CN212159282U - 一种适用于三轴试验空心圆柱体软土土样制作装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于三轴试验空心圆柱体软土土样制作装置，包括底座、支撑柱、切土机构和钻取机构；所述支撑柱和所述底座固定连接；所述支撑柱垂直设于所述底座上；所述底座中心位置设有第一圆形通孔；所述切土机构和所述支撑柱滑动连接；所述钻取机构设于所述底座的下方；所述钻取机构包括取土圆筒、升降杆、第一电机和第二电机；所述取土圆筒为一端开口的中空圆柱体；所述取土圆筒的底部和所述第一电机的输出轴固定连接；所述第一电机用于带动所述取土圆筒的转动；所述第二电机用于带动所述升降杆沿竖直方向的移动；通过底座、支撑柱、切土机构和钻取机构的设置，使得空心圆柱体土样的制作更加便捷。

Description

一种适用于三轴试验空心圆柱体软土土样制作装置

技术领域

本实用新型涉及切土装置技术领域，尤其涉及一种适用于三轴试验空心圆柱体软土土样制作装置。

背景技术

随着轨道交通和跨海隧道的迅速发展，其对地基的稳定、变形要求也越来越高。因此开展主应力轴旋转的试验非常重要，而国内外能够在实验室模拟此应力状况的设备主要为空心圆柱扭剪仪(简称HCA)，该仪器的土样为空心圆柱体土样，尺寸为180mm×80mm×50mm(高度×外直径×内直径)，土样的好坏直接影响了实验结果是否准确，尤其是珠三角多以软土、淤泥地基为主，能否成功制备空心圆柱体土样是空心圆柱扭剪试验是否成功的关键。

目前进行空心圆柱土样的切削与钻取空心绝大多数都是人工完成。人工法需要的工具为一根20cm左右的细钢丝、带有角度刻度的转盘、量角器、直尺以及带有长臂杆的取土筒，通常将待切土样放置在制样台转盘上并固定，利用量角器以土样中心点为圆心，将待切土样划分成20个18°的不规则三角形，由两个人拉住细钢丝将土样由上至下进行切削，完成切割后旋转转盘同时带动土样旋转18°，继续上述切削操作，以此类推，转盘转动19次后可切出一个正20边型(非常接近圆形)，于是外壁完成切削。在削平顶面后，再用带有长臂钻杆的取土筒对准土样顶面中心往下切削，直到取土筒接触到底面，这样一个空心圆柱体土样便制作完成了。

但上述方法有几种缺点：首先，转盘旋转时土样可能会滑动，角度上就会存在偏差，导致土样切削的形状不规则；其次，两个人在拉着细钢丝由上往下切削时，可能使纵截面发生倾斜；另外，利用带有长臂杆的取土筒切削出土样内壁时，极有可能受到很大的阻力，而使土样发生扰动，甚至产生一定程度的破坏。最后，上述制样方法极其耗费试验人员的时间与精力，切一个土样至少需要1个小时。当然现在也有环刀式切土器，不过都是切取实心圆柱体土样，对于钻取空心并无成熟技术。

综上所述，目前制作空心圆柱体土样的制作过程复杂，而且使得制作的空心圆柱体土样的不精准，影响了工作效率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种适用于三轴试验空心圆柱体软土土样制作装置，用于方便制作空心圆柱体土样，使空心圆柱体土样的制作更加简便，节省试验人员的时间与精力。

有鉴于此，本实用新型提供一种适用于三轴试验空心圆柱体软土土样制作装置,包括底座、支撑柱、切土机构和钻取机构；所述支撑柱和所述底座固定连接；所述支撑柱垂直设于所述底座上；所述支撑柱为四根；四根所述支撑柱设于所述底座的四个角位上；所述底座中心位置设有第一圆形通孔；

所述切土机构和所述支撑柱滑动连接；所述切土机构包括方形框、切土圆环和切土刀片；所述方形框的中间设有空腔；所述切土刀片和所述空腔的内侧壁固定连接；所述切土圆环和所述切土刀片远离所述空腔的内侧壁的一端固定连接；

所述钻取机构设于所述底座的下方；所述钻取机构包括取土圆筒、升降杆、第一电机、第二电机和电机底座；所述取土圆筒为一端开口的中空圆柱体；所述取土圆筒的底部和所述第一电机的输出轴固定连接；所述第一电机用于带动所述取土圆筒的转动；

所述升降杆的一端和所述第一电机的一侧面固定连接；所述升降杆的另一端和所述第二电机的输出轴固定连接；所述第二电机用于带动所述升降杆沿竖直方向的移动；所述升降杆的另一端设于所述电机底座内；所述第二电机设于所述电机底座内；所述支撑柱贯穿所述底座垂直设于所述电机底座上。

可选的，所述底座的上端面固定设有托盘；所述托盘的中心位置设有第二圆形通孔；所述第一圆形通孔和所述第二圆形通孔相连通。

可选的，所述装置还包括固定盖板，所述固定盖板和所述支撑柱滑动连接；所述固定盖板的四个角位设有和所述支撑柱套接的定位螺栓；所述固定盖板的中心位置设有第三圆形通孔；所述第一圆形通孔和所述第三圆形通孔的中心在一条直线上；所述第二圆形通孔和所述第三圆形通孔的中心在一条直线上；所述第一圆形通孔、所述第二圆形通孔、所述第三圆形通孔的直径都小于目标土样的直径。

可选的，四根所述支撑柱到所述第二圆形通孔的中心位置的距离相等。

可选的，所述切土刀片为三棱柱形；所述切土刀片的长度为所述托盘的对角线长度的一半减去所述切土圆环的外半径。

可选的，所述方形框的外侧面设有扶手，所述扶手沿所述方形框的对角线向外延伸。

可选的，所述取土圆筒的上端面为三角型锯齿状。

可选的，所述升降杆还和升降手轮连接，所述升降手轮用于手动调节所述升降杆在竖直方向上的移动。

可选的，所述升降杆上设有刻度。

可选的，所述底座和所述电机底座之间的所述支撑柱的长度大于目标土样的高度。

本实用新型的有益效果：包括底座、支撑柱、切土机构和钻取机构；所述支撑柱和所述底座固定连接；所述支撑柱为四根；四根所述支撑柱设于所述底座的四个角位上；所述底座中心位置设有第一圆形通孔；所述切土机构和所述支撑柱滑动连接；所述切土机构包括方形框、切土圆环和切土刀片；所述方形框的中间设有空腔；所述切土刀片和所述空腔的内侧壁固定连接；所述切土圆环和所述切土刀片远离所述空腔的内侧壁的一端固定连接；所述钻取机构设于所述底座的下方；所述钻取机构包括取土圆筒、升降杆、第一电机、第二电机和电机底座；所述取土圆筒为一端开口的中空圆柱体；所述取土圆筒的底部和所述第一电机的输出轴固定连接；所述第一电机用于带动所述取土圆筒的转动；所述升降杆的一端和所述第一电机的一侧面固定连接；所述升降杆的另一端和所述第二电机的输出轴固定连接；所述第二电机用于带动所述升降杆沿竖直方向的移动；所述升降杆的另一端设于所述电机底座内；所述第二电机设于所述电机底座内；所述支撑柱贯穿所述底座垂直设于所述电机底座上。通过底座、支撑柱、切土机构和钻取机构的设置，使得空心圆柱体土样的制作更加便捷，能够在短时间内精确制得空心圆柱体土样，大大节省了试验人员的时间与精力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种适用于三轴试验空心圆柱体软土土样制作装置的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种适用于三轴试验空心圆柱体软土土样制作装置的仰视结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种适用于三轴试验空心圆柱体软土土样制作装置的俯视结构示意图。

图中：

1、底座；101、第一圆形通孔；2、支撑柱；3、切土机构；30、方形框；31、切土圆环；32、切土刀片；33、扶手；4、钻取机构；40、取土圆筒；41、升降杆；42、第一电机；43、第二电机；44、电机底座；45、升降手轮；5、托盘；501、第二圆形通孔；6、固定盖板；601、第三圆形通孔；602、定位螺栓。

具体实施方式

本实用新型实施例提供了一种适用于三轴试验空心圆柱体软土土样制作装置，用于方便制作空心圆柱体土样，使空心圆柱体土样的制作更加简便，节省试验人员的时间与精力。

为使得本实用新型的实用新型目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

请参考图1，图1为本实用新型实施例提供的一种适用于三轴试验空心圆柱体软土土样制作装置，包括底座1、支撑柱2、切土机构3和钻取机构4；所述支撑柱2和所述底座1固定连接；所述支撑柱2垂直设于所述底座1上；所述支撑柱2为四根；四根所述支撑柱2设于所述底座1的四个角位上；所述底座1中心位置设有第一圆形通孔101；

所述切土机构3和所述支撑柱2滑动连接；所述切土机构3包括方形框30、切土圆环31和切土刀片32；所述方形框30的中间设有空腔；所述切土刀片32和所述空腔的内侧壁固定连接；所述切土圆环31和所述切土刀片32远离所述空腔的内侧壁的一端固定连接；

如图3所示，切土圆环31与方形框30必须保持水平，方形框30与支撑柱2的接触要保持光滑。

所述钻取机构4设于所述底座1的下方；所述钻取机构4包括取土圆筒40、升降杆41、第一电机42、第二电机43和电机底座44；所述取土圆筒40为一端开口的中空圆柱体；所述取土圆筒40的底部和所述第一电机42的输出轴固定连接；所述第一电机42用于带动所述取土圆筒40的转动；

具体的，切土圆环31与取土圆筒40必须具有足够的刚度。

所述升降杆41的一端和所述第一电机42的一侧面固定连接；所述升降杆41的另一端和所述第二电机43的输出轴固定连接；所述第二电机43用于带动所述升降杆41沿竖直方向的移动；所述升降杆41的另一端设于所述电机底座44内；所述第二电机43设于所述电机底座44内；所述支撑柱2贯穿所述底座1垂直设于所述电机底座44上。

具体的，第一电机42以及第二电机43可以替换成与PLC控制系统相连的步进电机，达到同样的匀速转动的效果。

具体的，如图1所示，本实用新型实施例中，底座1是用来盛放土样的，首先，将所取的原状土样放到底座1上，再将切土机构3装到四根支撑柱2上，切土机构3的方形框30的四个角位设有和四根支撑柱2相套接的四个通孔，切土机构3的方形框30内的切土圆环31和切土刀片32随着方形框的上下移动对土样进行切割。切割完成之后，人工将土样顶部削至水平，固定好土样，启动第二电机43使得升降杆41带动取土圆筒40向上匀速移动一端距离，同时启动第一电机42，带动取土圆筒40匀速转动，进行钻取空心，钻进一段距离后，通过控制第二电机43使取土圆筒向下移动一段距离后并关闭两个电动机，人工取出取土圆筒40中的土体。然后继续上述过程，直至取土圆筒40穿过土样的顶部，完成钻取空心，至此，空心圆柱体试样制作完成。

优选的，支撑柱2的材料可自由选择，可以是铁柱或者钢柱、但必须保证其刚度。

进一步的，如图1所示，所述底座1的上端面固定设有托盘5；所述托盘5的中心位置设有第二圆形通孔501；所述第一圆形通孔101和所述第二圆形通孔501相连通。

具体的，在本实用新型的实施例中，如图1所示，底座1的上端面设有托盘5，托盘5的作用是更好的支撑住原状土样，并限制在托盘5的范围内，更好的承托住原状土样。

进一步的，如图2所示，所述装置还包括固定盖板6，所述固定盖板6和所述支撑柱2滑动连接；所述固定盖板6的四个角位设有和所述支撑柱2套接的定位螺栓602；所述固定盖板6的中心位置设有第三圆形通孔601；所述第一圆形通孔101和所述第三圆形通孔601的中心在一条直线上；所述第二圆形通孔501和所述第三圆形通孔601的中心在一条直线上；所述第一圆形通孔101、所述第二圆形通孔501、所述第三圆形通孔601的直径都小于所需土样的直径。

具体的，如图1所示，固定盖板6的作用是固定土样的上表面的位置，固定盖板6通过定位螺栓602拧紧，固定在支撑柱2上。此外，固定盖板6、托盘5和底座1三者的通孔中心对齐，而且通孔处于同一直线上，其直径小于所需土样的直径。优选的，固定盖板40内直径55mm，外直径90mm，切土圆环31的内直径80mm，厚度0.2mm；托盘5的内圆直径55mm，厚度10mm；取土圆筒40的外直径50mm，厚0.2mm。

进一步的，如图1所示，四根所述支撑柱2到所述第二圆形通孔501的中心位置的距离相等。

具体的，四根支撑柱设于底座1的四个角上，支撑柱2与底座1垂直，且四根支撑柱到托盘5的第二圆形通孔的中心点的距离相等。这样保证了切土圆环31对土样的切割能够以中心点出发，切出正圆形的圆柱体。

进一步的，如图3所示，所述切土刀片32为三棱柱形；所述切土刀片的长度为所述托盘的对角线长度的一半减去所述切土圆环的外半径。

具体的，切土刀片32的三棱柱形设计增强了切土刀片32的切割能力，当原状土样比较大时，三棱柱形的切土刀片32和原状土样的切割接触面积变小，使得切割土样更加容易。

进一步的，如图3所示，所述方形框30的外侧面设有扶手33，所述扶手33沿所述方形框30的对角线向外延伸。

具体的，在方形框30沿对角线的位置设置相对应的往外延伸的扶手33，切割土样时握住方形框30对角线上的扶手33，使得切割土样更方便，更容易出力，提高切割效率。

进一步的，所述取土圆筒40的上端面为三角型锯齿状。

具体的，取土圆筒40与土样接触的顶面有低于1.2mm的三角形锯齿，使得取土圆筒40接触面沿土样锐角切入，以增加旋转取土时的摩擦力。

进一步的，所述升降杆41还和升降手轮45连接，所述升降手轮45用于手动调节所述升降杆41在竖直方向上的移动。

具体的，还设有升降手轮45，控制升降手轮45，使升降杆41略微上升至指定刻度并记录，使得切割更加精确。

进一步的，所述升降杆41上设有刻度。

具体的，升降杆41上的刻度可以让技术人员清楚的知道上下移动的精确位置，使得切割更加精确。

进一步的，所述底座和所述电机底座之间的所述支撑柱的长度大于目标土样的高度。

具体的，底座和电机底座之间的所述支撑柱的长度大于目标土样的高度，当目标土样的高度为180mm时，第二支撑柱的高度建议可为200mm。这样使得升降杆能穿过土样的顶部，实现钻取空心圆柱体土样。

在本实用新型的实施例中，切取空心圆柱体土样的工作步骤：进行切土工作前，先将固定盖板6和方形框30取下，将所取原状土放在托盘5上，再安装方形框30利用切土圆环31由上至下对土样进行切割，切割完成后，人工将土样顶部削至水平，同时安装固定盖板6，将固定盖板6调整至待切削土样的上表面的位置，并通过定位螺栓602拧紧，使其对土样在钻取空心时的摆动加以限制。此时完成了对土样外壁的切削。

随后控制升降手轮45，使升降杆41略微上升至指定刻度并记录，启动第二电机，使得升降杆带动取土圆筒40向上匀速移动一段刻度的距离，同时启动第一电机，带动取土圆筒40匀速转动，进行钻取空心，钻进一段刻度距离后，通过控制第二电机使取土圆筒40向下移动一段刻度距离后关闭两个电动机，人工取出取土圆筒中的土体。然后再继续上述过程，直至取土圆筒40穿过固定盖板6中心的空心圆时即完成钻取空心。于是空心圆柱体试样制作完成。

与现有的人工制作空心圆柱体土样相比，其优点是切土圆环的31厚度仅为0.2mm，相对于切土铁丝更为锋利，同时对土样外壁的扰动能达到最小，切削的外壁精确度更高，一次成型，减少因人工操作带来的误差。第二目前钻取空心并无成熟方法，本实用新型提供了第一电机42带动取土圆筒40匀速转动钻取空心的方法，同时利用固定盖板6对土样顶部进行限制，减小了土样因上下摆动而产生的误差，相比传统人工法，其降低了直接切削时因内壁的摩擦阻力对土样产生的破坏，增加了土样制作时过程中的稳定性。同时取土圆筒40的转动速度均匀，以及每一次的取土量一样，钻取空心的效果很好。

综上所述，包括底座、支撑柱、切土机构和钻取机构；所述支撑柱和所述底座固定连接；所述支撑柱垂直设于所述底座上；所述支撑柱为四根；四根所述支撑柱设于所述底座的四个角位上；所述底座中心位置设有第一圆形通孔；所述切土机构和所述支撑柱滑动连接；所述切土机构包括方形框、切土圆环和切土刀片；所述方形框的中间设有空腔；所述切土刀片和所述空腔的内侧壁固定连接；所述切土圆环和所述切土刀片远离所述空腔的内侧壁的一端固定连接；所述钻取机构设于所述底座的下方；所述钻取机构包括取土圆筒、升降杆、第一电机、第二电机和电机底座；所述取土圆筒为一端开口的中空圆柱体；所述取土圆筒的底部和所述第一电机的输出轴固定连接；所述第一电机用于带动所述取土圆筒的转动；所述升降杆的一端和所述第一电机的一侧面固定连接；所述升降杆的另一端和所述第二电机的输出轴固定连接；所述第二电机用于带动所述升降杆沿竖直方向的移动；所述升降杆的另一端设于所述电机底座内；所述第二电机设于所述电机底座内；所述支撑柱贯穿所述底座垂直设于所述电机底座上。通过底座、支撑柱、切土机构和钻取机构的设置，使得空心圆柱体土样的制作更加便捷，能够在短时间内精确制得空心圆柱体土样，大大节省了试验人员的时间与精力。

以上所述，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种适用于三轴试验空心圆柱体软土土样制作装置,其特征在于，包括底座、支撑柱、切土机构和钻取机构；所述支撑柱和所述底座固定连接；所述支撑柱垂直设于所述底座上；所述支撑柱为四根；四根所述支撑柱设于所述底座的四个角位上；所述底座中心位置设有第一圆形通孔；

所述切土机构和所述支撑柱滑动连接；所述切土机构包括方形框、切土圆环和切土刀片；所述方形框的中间设有空腔；所述切土刀片和所述空腔的内侧壁固定连接；所述切土圆环和所述切土刀片远离所述空腔的内侧壁的一端固定连接；

所述钻取机构设于所述底座的下方；所述钻取机构包括取土圆筒、升降杆、第一电机、第二电机和电机底座；所述取土圆筒为一端开口的中空圆柱体；所述取土圆筒的底部和所述第一电机的输出轴固定连接；所述第一电机用于带动所述取土圆筒的转动；

所述升降杆的一端和所述第一电机的一侧面固定连接；所述升降杆的另一端和所述第二电机的输出轴固定连接；所述第二电机用于带动所述升降杆沿竖直方向的移动；所述升降杆的另一端设于所述电机底座内；所述第二电机设于所述电机底座内；所述支撑柱贯穿所述底座垂直设于所述电机底座上。

2.根据权利要求1所述的一种适用于三轴试验空心圆柱体软土土样制作装置，其特征在于，所述底座的上端面固定设有托盘；所述托盘的中心位置设有第二圆形通孔；所述第一圆形通孔和所述第二圆形通孔相连通。

3.根据权利要求2所述的一种适用于三轴试验空心圆柱体软土土样制作装置，其特征在于，所述装置还包括固定盖板，所述固定盖板和所述支撑柱滑动连接；所述固定盖板的四个角位设有和所述支撑柱套接的定位螺栓；所述固定盖板的中心位置设有第三圆形通孔；所述第一圆形通孔和所述第三圆形通孔的中心在一条直线上；所述第二圆形通孔和所述第三圆形通孔的中心在一条直线上；所述第一圆形通孔、所述第二圆形通孔、所述第三圆形通孔的直径都小于目标土样的直径。

4.根据权利要求2所述的一种适用于三轴试验空心圆柱体软土土样制作装置，其特征在于，四根所述支撑柱到所述第二圆形通孔的中心位置的距离相等。

5.根据权利要求2所述的一种适用于三轴试验空心圆柱体软土土样制作装置，其特征在于，所述切土刀片为三棱柱形；所述切土刀片的长度为所述托盘的对角线长度的一半减去所述切土圆环的外半径。

6.根据权利要求1所述的一种适用于三轴试验空心圆柱体软土土样制作装置，其特征在于，所述方形框的外侧面设有扶手，所述扶手沿所述方形框的对角线向外延伸。

7.根据权利要求1所述的一种适用于三轴试验空心圆柱体软土土样制作装置，其特征在于，所述取土圆筒的上端面为三角型锯齿状。

8.根据权利要求1所述的一种适用于三轴试验空心圆柱体软土土样制作装置，其特征在于，所述升降杆还和升降手轮连接，所述升降手轮用于手动调节所述升降杆在竖直方向上的移动。

9.根据权利要求1所述的一种适用于三轴试验空心圆柱体软土土样制作装置，其特征在于，所述升降杆上设有刻度。

10.根据权利要求1所述的一种适用于三轴试验空心圆柱体软土土样制作装置，其特征在于，所述底座和所述电机底座之间的所述支撑柱的长度大于目标土样的高度。

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