CN211740831U - 旋压式粗粒土三轴实验制样器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及岩土工程学科的土力学性能测试的实验设备领域，一种旋压式粗粒土三轴实验制样器，包括底座、反力架、橡皮膜、制样筒、旋压装置、透水板、试样帽；所述底座包含上、中、下三层不同直径的圆柱形凸台，所述反力架包含环形底板、刚性反力柱、反力盖板；所述制样筒为筒状体，由三片圆弧状刚性模板组合而成，所述旋压装置包含旋压杆、手柄、推头圆饼。本实用新型在不破坏粗粒土结构性的前提下，能够在短时间内制取三轴压缩试验测试使用的粗粒土试样，设备结构简单，使用方便，能够精准控制分层、控制粗粒土总密度，制样均匀且经济实用。
Description
技术领域
本实用新型属于岩土工程学科的土力学性能测试的实验设备领域，具体涉及一种旋压式粗粒土三轴实验制样器。
背景技术
我国粗粒土地区分布广泛，兴建在粗粒土地基上的重大型工程的数量呈现出激增的态势。粗粒土的力学性能测试成为目前土木工程领域中的重要内容。实验室常通过测定软土三轴力学性能时，通常做成试样直径等于或者大于最大粒径5倍，一般采用直径200-500mm，试样高度为试样直径的2-2.5倍。如直径200mm，高度450mm的标准圆柱试样较为常见。
为了获得与实际工程中一致的试样总体密度的试样，实验室中常采用人工击实、目力测量等方式加以控制。但此类做法不易操作，很难控制试样密度的均匀性及密实度要求，在击实过程中容易对粗粒土结构造成损坏，影响试样的力学性能结果。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种：结构合理、经济实用，能够在保证试样均匀性及不损坏粗粒土结构的前提下，能简便且精确的控制试样的总体密度的旋压式粗粒土三轴实验制样器。
一种旋压式粗粒土三轴实验制样器，主要包括底座、反力架、橡皮膜、制样筒、旋压装置、透水板、试样帽；
所述底座包含上、中、下三层不同直径的圆柱形凸台，所述反力架包含环形底板、刚性反力柱、反力盖板，所述刚性反力柱下端固定于环形底板上，所述反力盖板上设有圆孔，所述刚性反力柱上端设有螺纹，刚性反力柱上端穿过反力盖板上的圆孔，与反力盖板利用螺母固定位置，所述反力盖板中部设有中心螺孔；所述环形底板设有中心穿孔，所述环形底板套在底座的上层凸台上，与底座下层凸台通过长杆螺栓连接；
所述制样筒为筒状体，由三片圆弧状刚性模板组合而成，每片所述圆弧状刚性模板的一个侧端上设有凸形卡槽，另一侧端设有相适配的凹形卡槽，三片所述圆弧状刚性模板首尾相接组合在一起形成筒状体，通过上述卡槽相互嵌合，每片所述圆弧状刚性模板上还设有螺杆卡片，相邻的两片所述圆弧状刚性模板上的螺杆卡片位置相对应，每个螺杆卡片设有紧固孔，并且通过紧固螺栓固定相邻的圆弧状刚性模板；
所述旋压装置包含旋压杆、手柄、推头圆饼，所述手柄固定于旋压杆的上端，所述推头圆饼固定于旋压杆的下端，所述旋压杆上设有螺纹，从所述反力盖板的中心螺孔中穿过且与反力盖板螺纹连接，所述旋压杆上还设有刻度线，所述推头圆饼的直径与制样筒的内径相适配，所述推头圆饼可从所述制样筒上方插入且上下运动；
所述橡皮膜设于底座的上层凸台外壁一周且向上延伸，所述制样筒下部套在上层凸台外围的橡皮膜的外壁一周，且使得橡皮膜贴近所述制样筒内壁，所述反力架的环形底板套设于所述制样筒下部的外壁，换句话说，也就是所述环形底板中心穿孔的内壁与上层凸台之间环形间隙，所述环形间隙的大小，跟所述橡皮膜的膜厚与制样筒的壁厚大小之和相适配，所述制样筒内径，与套在上层凸台外围的橡皮膜外径相适配，制样筒的外径，与所述环形底板的内径相适配；
所述透水板设有透水孔，位于所述制样筒内部且在上层凸台上，其直径大小与上层凸台的直径大小相适配；所述试样帽的结构包含塞顶、塞柱，所述塞柱的直径与制样筒的内径相适配，所述塞柱从所述制样筒上端口可塞入。
作为优选，所述旋压杆上刻的刻度线为6条，最高刻度线的位置在于：当旋压杆的最高刻度线与所述反力盖板的中心螺孔的上边缘重合时，所述推头圆饼的下表面至透水板顶面的距离，等于预制土样的高度的1/6；最低刻度线的位置在于：当旋压杆的最低刻度线与所述反力盖板的中心螺孔的上边缘重合时，所述推头圆饼的下表面至透水板顶面的距离，等于预制土样的高度；其他刻度线的位置为最高刻度线与最低刻度线之间的五等分线。
作为优选，所述刚性反力柱为四根，所述刚性反力柱顶部均设有螺纹，四根刚性反力柱通过螺母与反力盖板固定，且可在螺纹可调范围内，将反力盖板固定于一个水平面上。
作为优选，其特征在于组合成所述制样筒的三片式圆弧状钢性模板，其中每片圆弧状刚性模板对应圆心角为120度，相邻的圆弧状钢性模板接缝外侧，且在制样筒高度2/3处设置螺杆卡片，通过手动拧紧紧固螺栓来固定螺杆卡片的相对位置。
作为优选，所述橡胶膜的高度大于所述制样筒的高度。
作为优选，所述制样筒内径为206mm，制样筒高度为550mm；橡胶膜厚度为3mm，高度为580mm；旋压杆长度为760mm；圆形推头圆饼厚度为：10mm，直径为200mm。
所述粗粒土预制土样的尺寸高度为450mm、直径200mm的标准圆柱体。
在具体实施时，所述底座上、中、下三层圆柱固接为一体，其直径从上至下依次增大分别为200mm、320mm、460mm；各层圆台高分别为60mm、30mm、50mm。所述的下层凸台表面设有螺栓孔，与反力架的环形底板上的螺孔位置、螺纹相匹配，并用长杆螺栓连接。
在所述旋压杆上刻有6个标准刻度线，6个标准刻度线分别控制推头圆饼下表面至凸台上的透水板顶面的距离为1/6、2/6、3/6、4/6、5/6、6/6的试样高度，旋压杆长度设置为760mm，圆形推头圆饼厚度为10mm。实际制作中，6个标准刻度线位置可根据旋压杆长度、反力架高度、反力盖板厚度具体设定。
所述制样筒的内径为206mm，橡皮膜厚度3mm，橡皮膜内径与所需制备的圆柱形标准土样直径相同，推头圆饼为直径200mm的钢饼。
所述制样筒的高度，应大于所需制备的圆柱形标准土样的高度、上层凸台高度、所述透水板厚度、制样筒高出标准土样的尺寸之和，宜取550mm，橡皮膜的高度为580mm，所述橡胶模超出制样筒高度的部分，外翻至制样筒顶部外侧。
本实用新型在实际使用时，具体操作步骤包括：
（1）在底座上层凸台外壁套入并扎好橡皮膜，保证橡胶模底部拉至底座的上层凸台的底部且贴紧上层凸台外壁。
（2）将固接有四根反力柱的环形底板套装在底座的上层凸台外围，旋转对准下方底座下层凸台的螺孔，并插入螺栓。
（3）安装制样筒。将三片圆弧状钢性模板，依次放入反力架环形底板内径侧与橡胶膜外侧间的空隙。固定三片钢性模板相对位置，在制样筒接缝外侧的螺杆卡片的紧固孔内，手动插入螺杆，箍紧制样筒。将橡胶膜顶部高出制样筒的长度外翻在制样筒外侧筒壁，并使橡胶膜顺直和紧贴成型筒内壁。
（4）再次对准反力架环形底板与底座下层凸台的螺孔，并拧紧螺栓。将刚性旋压杆穿过圆形反力盖板中心螺孔，用螺栓将圆形反力盖板固定在一个水平面上，将旋压杆旋转拧至推头圆饼高出制样筒顶部的位置。
（5）按规程的规定备好土料。根据试验要求的干密度、含水率及试样尺寸计算并称取试验所需的土样将备好的土样，按要装填粗粒土的层数，分成6等份。应防止粗细颗粒分离，保证试样的均匀性。
（6）在制样筒的底部，放入透水板，再装入第1层粗粒土土样，拂平表面，旋转旋压杆手柄，使下部推头圆饼压实粗粒土，直到旋压杆上的最高刻度线与螺纹孔的上边缘重合，使土样达到预计高度后，然后反向旋转手柄，驱动推头圆饼退出制样筒添加粗粒土样，或拆卸反力盖板添加粗粒土。再以同样方法填入第2层土样，如此继续，直至装完最后一层，整平土样表面。
（7）土样的上部扣紧试样帽，土样的下部有透水板，将橡皮套下部多出部分，翻至透水板的下端，扎紧橡皮膜。
（8）针对粘性土样可直接拆制样筒。针对不能直立的无黏聚性粗粒土土样，从土样顶部抽气，使土样在30KPa负压下直立，再依次拆卸制样筒、反力架底板及连接螺栓。圆柱形粗粒土土样制样完毕，可供三轴压缩试验测试使用。
本实用新型提供了一种旋压式粗粒土三轴实验制样器，该装置在不破坏粗粒土结构性的前提下，能够在短时间内制取三轴压缩试验测试使用的粗粒土试样，设备结构简单，使用方便，能够精准控制分层、控制粗粒土总密度，制样均匀，是一种经济实用的旋压式粗粒土三轴实验制样器。
附图说明
图1为在本实用新型结构主体的结构示意图。
图2为本实用新型结构中试样帽的结构示意图。
图3为图2的俯视结构示意图。
图4为图1结构中反力架、旋压装置、底座的连接关系拆解结构示意图。
图5为图1结构中反力架、底座、试样帽的连接关系拆解结构示意图。
图6为图1中旋压装置的连接关系拆解结构示意图。
图7是本实用新型三片式制样筒组合后结构示意图。
图8是图7的俯视结构示意图。
图9是图8的局部放大结构示意图。
图10是环形底板的俯视结构示意图。
图11是底座的俯视结构示意图。
图12为图1结构中反力架、旋压装置、底座、试样筒的连接关系拆解结构示意图。
图13为本实用新型第一次加粗粒土后制样的结构示意图。
图14为本实用新型第六次加粗粒土后制样的结构示意图。
图中所示：1为底座，2为环形底板，3为透水板，4为橡皮膜，5为制样筒，6为刚性反力柱，7为反力盖板，8为圆孔，9为中心螺孔，10为螺纹，11为手柄，12为旋压杆，13为螺母，14为推头圆饼，15为中心穿孔，16为长杆螺栓，17为透水孔，18为试样帽，18-1为塞顶，18-2为塞柱，19为上层凸台，20为中层凸台，21为下层凸台，22为凸形卡槽，23为螺杆卡片，24为紧固螺栓，25为圆弧状刚性模板，26为凹形卡槽，27为紧固孔，28为最高刻度线，29为最低刻度线，30为土样。
具体实施方式
实施例1：
参照图1－图14，为本实用新型实施例的结构示意图，一种旋压式粗粒土三轴实验制样器，主要包括底座1、反力架、橡皮膜4、制样筒5、旋压装置、透水板3、试样帽18；
所述底座1包含上、中、下三层不同直径的圆柱形凸台，即上层凸台19、中层凸台20、下层凸台21；所述反力架包含环形底板2、刚性反力柱6、反力盖板7，所述刚性反力柱6下端固定于环形底板2上，所述反力盖板7上设有圆孔8，所述刚性反力柱6上端设有螺纹，刚性反力柱6上端穿过反力盖板7上的圆孔8，与反力盖板7利用螺母13固定位置，所述反力盖板7中部设有中心螺孔9；所述环形底板2设有中心穿孔15，所述环形底板2套在底座1的上层凸台19上，与底座1的下层凸台21通过长杆螺栓16连接。
所述制样筒5为筒状体，由三片圆弧状刚性模板25组合而成，每片所述圆弧状刚性模板25的一个侧端上设有凸形卡槽22，另一侧端设有相适配的凹形卡槽26，三片所述圆弧状刚性模板25首尾相接组合在一起形成筒状体，通过上述卡槽相互嵌合，每片所述圆弧状刚性模板25上还设有螺杆卡片23，相邻的两片圆弧状刚性模板25上的螺杆卡片23位置相对应，每个螺杆卡片23设有紧固孔27，并且通过紧固螺栓24固定相邻的圆弧状刚性模板25。
所述旋压装置包含旋压杆12、手柄11、推头圆饼14，所述手柄11固定于旋压杆12的上端，所述推头圆饼14固定于旋压杆12的下端，所述旋压杆12上设有螺纹10，从所述反力盖板7的中心螺孔9中穿过，且与反力盖板7螺纹连接，所述旋压杆12上还设有刻度线，所述推头圆饼14的直径与制样筒5的内径相适配，所述推头圆饼14可从所述制样筒5上方插入且上下运动；
所述橡皮膜4设于底座1的上层凸台19外壁一周且向上延伸，所述制样筒5下部套在上层凸台19外围的橡皮膜4的外壁一周，且使得橡皮膜4贴近所述制样筒5内壁，所述反力架的环形底板2套设于所述制样筒5下部的外壁；所述制样筒5内径，与套在上层凸台19外围的橡皮膜4的外径相适配，制样筒5的外径与所述环形底板2的内径相适配。
所述透水板3设有透水孔17，位于所述制样筒5内部且在上层凸台19上，其直径大小与上层凸台19的直径大小相适配；所述试样帽18的结构包含塞顶18-1、塞柱18-2，所述塞柱18-2的直径与制样筒5的内径相适配。
所述旋压杆12上刻的刻度线为6条，最高刻度线28的位置在于：当旋压杆12的最高刻度线28与所述反力盖板7的中心螺孔9的上边缘重合时，所述推头圆饼14的下表面至透水板3顶面的距离等于预制土样30的高度的1/6；最低刻度线29的位置在于：当旋压杆12的最低刻度线29与所述反力盖板7的中心螺孔9的上边缘重合时，所述推头圆饼14的下表面至透水板3顶面的距离等于预制土样30的高度；其他刻度线的位置为最高刻度线28与最低刻度线29之间的五等分线。
所述刚性反力柱6为四根，所述刚性反力柱6顶部均设有螺纹，四根刚性反力柱6通过螺母13与反力盖板7固定，且可在螺纹可调范围内，将反力盖板7固定于一个水平面上。
组合成所述制样筒的三片式圆弧状钢性模板25，其中每片圆弧状刚性模板25对应圆心角为120度，相邻的圆弧状钢性模板25接缝外侧，且在制样筒5高度2/3处设置螺杆卡片23，通过手动拧紧所述紧固螺栓24来固定螺杆卡片23的相对位置。
所述橡胶膜4的高度大于所述制样筒5的高度。
所述制样筒5内径为206mm，制样筒5高度为550mm；橡胶膜4厚度为3mm，高度为580mm；旋压杆12长度为760mm；推头圆饼14厚度为10mm，直径为200mm。
Claims (9)
1.一种旋压式粗粒土三轴实验制样器，其特征在于主要包括底座、反力架、橡皮膜、制样筒、旋压装置、透水板、试样帽；
所述底座包含上、中、下三层不同直径的圆柱形凸台，所述反力架包含环形底板、刚性反力柱、反力盖板，所述刚性反力柱下端固定于环形底板上，所述反力盖板上设有圆孔，所述刚性反力柱上端设有螺纹，刚性反力柱上端穿过反力盖板上的圆孔，与反力盖板利用螺母固定位置，所述反力盖板中部设有中心螺孔；所述环形底板设有中心穿孔，所述环形底板套在底座的上层凸台上，与底座下层凸台通过长杆螺栓连接；
所述制样筒为筒状体，由三片圆弧状刚性模板组合而成，每片所述圆弧状刚性模板的一个侧端上设有凸形卡槽，另一侧端设有相适配的凹形卡槽，三片所述圆弧状刚性模板首尾相接组合在一起形成筒状体，通过上述卡槽相互嵌合，每片所述圆弧状刚性模板上还设有螺杆卡片，相邻的两片所述圆弧状刚性模板上的螺杆卡片位置相对应，每个螺杆卡片设有紧固孔，并且通过紧固螺栓固定相邻的圆弧状刚性模板；
所述旋压装置包含旋压杆、手柄、推头圆饼，所述手柄固定于旋压杆的上端，所述推头圆饼固定于旋压杆的下端，所述旋压杆上设有螺纹，从所述反力盖板的中心螺孔中穿过且与反力盖板螺纹连接，所述旋压杆上还设有刻度线，所述推头圆饼的直径与制样筒的内径相适配，所述推头圆饼可从所述制样筒上方插入且上下运动；
所述橡皮膜设于底座的上层凸台外壁一周且向上延伸，所述制样筒下部套在上层凸台外围的橡皮膜的外壁一周，且使得橡皮膜贴近所述制样筒内壁，所述反力架的环形底板套设于所述制样筒下部的外壁；所述制样筒内径，与套在上层凸台外围的橡皮膜外径相适配，制样筒的外径，与所述环形底板的内径相适配；
所述透水板设有透水孔，位于所述制样筒内部且在上层凸台上，其直径大小与上层凸台的直径大小相适配；所述试样帽的结构包含塞顶、塞柱，所述塞柱的直径与制样筒的内径相适配，所述塞柱从所述制样筒上端口可塞入。
2.如权利要求1所述的旋压式粗粒土三轴实验制样器，其特征在于所述旋压杆上刻的刻度线为6条，最高刻度线的位置在于：当旋压杆的最高刻度线与所述反力盖板的中心螺孔的上边缘重合时，所述推头圆饼的下表面至透水板顶面的距离等于预制土样的高度的1/6；最低刻度线的位置在于：当旋压杆的最低刻度线与所述反力盖板的中心螺孔的上边缘重合时，所述推头圆饼的下表面至透水板顶面的距离等于预制土样的高度；其他刻度线的位置为最高刻度线与最低刻度线之间的五等分线。
3.如权利要求1或2所述的旋压式粗粒土三轴实验制样器，其特征在于所述刚性反力柱为四根，所述刚性反力柱顶部均设有螺纹，四根刚性反力柱通过螺母与反力盖板固定，且可在螺纹可调范围内，将反力盖板固定于一个水平面上。
4.如权利要求1或2所述的旋压式粗粒土三轴实验制样器，其特征在于组合成所述制样筒的三片式圆弧状钢性模板，其中每片圆弧状刚性模板对应圆心角为120度，相邻的圆弧状钢性模板接缝外侧，且在制样筒高度2/3处设置螺杆卡片，通过手动拧紧紧固螺栓来固定螺杆卡片的相对位置。
5.如权利要求3所述的旋压式粗粒土三轴实验制样器，其特征在于组合成所述制样筒的三片式圆弧状钢性模板，其中每片圆弧状刚性模板对应圆心角为120度，相邻的圆弧状钢性模板接缝外侧，且在制样筒高度2/3处设置螺杆卡片，通过手动拧紧紧固螺栓来固定螺杆卡片的相对位置。
6.如权利要求1或2所述的旋压式粗粒土三轴实验制样器，其特征在于所述橡皮膜的高度大于所述制样筒的高度。
7.如权利要求5所述的旋压式粗粒土三轴实验制样器，其特征在于所述橡皮膜的高度大于所述制样筒的高度。
8.如权利要求1或2所述的旋压式粗粒土三轴实验制样器，其特征在于所述制样筒内径为206mm，制样筒高度为550mm；橡胶膜厚度为3mm，高度为580mm；旋压杆长度为760mm；圆形推头圆饼厚度为10mm，直径为200mm。
9.如权利要求7所述的旋压式粗粒土三轴实验制样器，其特征在于所述制样筒内径为206mm，制样筒高度为550mm；橡胶膜厚度为3mm，高度为580mm；旋压杆长度为760mm；圆形推头圆饼厚度为10mm，直径为200mm。
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