CN214251747U - 制作土工真三轴试验用试样的制样装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及制作土工真三轴试验用试样的制样装置，包括承载平台、固结装置以及在竖向方向上对固结装置的顶部向下施加压力的加载装置，固结装置包括排水底座、至少两个螺杆、制样框、辅助框、乳胶膜、下透水板、第一滤纸、上透水板、第二滤纸以及压力板，制样框的侧壁上设有排气管，排水底座上设有第一排水管，压力板上设有第二排水管，固定槽、制样框的内腔以及辅助框的内腔的横截面均为正多边形或矩形。本实用新型可用来利用泥浆固结法制备立方体重塑试样，本装置可通过顶部施压压力和阀门控制排水体积，实现重塑样密度和含水量的控制；制样装置科学简便，可操作性强，具有较高的经济实用性。

Description

制作土工真三轴试验用试样的制样装置

技术领域

本实用新型涉及建筑领域，特别涉及一种制作土工真三轴试验用试样的制样装置。

背景技术

土体的力学和变形特性是指导岩土工程设计和施工的重要理论依据，现有土体强度和应力应变关系大多是通过常规三轴试验获得，然而常规三轴试验仅能考虑轴对称应力状态下的土体性质，未能考虑中主应力的影响。实际工程中土体应力状态复杂，是典型的三维问题。真三轴仪可以克服常规三轴的局限性，能合理模拟真实应力状态及复杂应力路径下土体的变形和强度特性，故真三轴仪逐渐被广泛应用。

在土工真三轴试验中，试验用土主要为原状土和重塑土，由于取样困难、易受扰动、均匀性差且成本高昂等原因，原状土样应用较少，目前，实验室中大多采用重塑土。土工三轴试验重塑土样制样方法主要有击实法、压实法和泥浆固结法等，由于泥浆固结法与土体真实沉积情况较为相似，且制样过程可控，土样均匀，逐渐受到了众多学者的青睐。目前，现有的泥浆固结法制样装置大多针对圆柱形试样，制备真三轴试样的装置较少且存在较多问题：土体制成立方体土样后，需要给土体脱模并安装乳胶膜，易造成土样损伤；若将乳胶膜直接置于制样筒内，随着固结压力的增大，乳胶膜易发生移动变形，使得制备的土样不均匀；制样过程中土样干密度等初始条件难以控制；试样制备完成后需要进行二次切削和移动，土样扰动较大。立方体试样由于棱角的存在相对圆柱状试样更易受到扰动和损伤，试样的制备和安装更加困难，因此一个针对岩土土工真三轴试验的泥浆固结法制样装置是非常有必要的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种制作土工真三轴试验用试样的制样装置。

本实用新型的制作土工真三轴试验用试样的制样装置，包括承载平台、固结装置以及在竖向方向上对固结装置的顶部向下施加压力的加载装置，所述固结装置设于所述承载平台上，所述固结装置包括具有固定槽的排水底座、设于排水底座的槽壁上的至少两个螺杆、插接在固定槽中且两端开口的筒状的制样框、设置在制样框上的辅助框、设于制样框中的筒状的乳胶膜、设于乳胶膜内侧底部的下透水板、设于下透水板上方第一滤纸、设于辅助框中的上透水板、设于上透水板下方的第二滤纸以及设于上透水板上方的压力板，所述乳胶膜的上端翻转套设在所述制样框的上端,所述制样框的侧壁上横向设有与真空抽气泵连接的排气管，所述制样框和辅助框的侧壁上均设有套设在对应所述螺杆上的固定耳板且通过固定耳板上方的螺母固定在对应所述螺杆上，所述排水底座上设有连通下透水板底部的第一排水孔，各所述第一排水孔与下方第一排水管连通，所述压力板上设有连通上透水板的第二排水管，所述固定槽、所述制样框的内腔以及所述辅助框的内腔的横截面均为正多边形或矩形。

优选的，所述制样框和所述排水底座的槽壁之间具有密封圈。

优选的，所述加载装置包括设于承载平台上的立柱、俯仰铰接在立柱上部的杠杆梁、旋拧在杠杆梁左端的平衡锤、铰接设置在杠杆梁右端的承载钢杆、设置在承载钢杆下端的砝码托盘以及铰接设置在杠杆梁中部的加载杆，加载杆的下端具有用于与压力板上端中部的定位槽顶压配合的半球部。

优选的，所述立柱上设置位于所述杠杆梁上方的横梁以及固设在横梁上的位移计，所述位移计的探测部顶压在所述压力板上表面。

优选的，所述排水底座的下表面上设置螺栓，螺栓向上穿过排水底座且与下透水板旋设固定，所述乳胶膜的两端均具有一圈内沿。

优选的，所述制样框的上端为阶梯轴状，所述辅助框的下端为与制样框上端吻合插接配合的阶梯孔状。

优选的，所述制样框包括两个扣合的C形板或两个扣合的L形板,每对扣合接触面中的至少一个上具有橡胶密封条,扣合接缝的两侧自下而上至少设置两组紧固耳板,通过耳板螺栓将两个C形板或两个L形板扣合紧固在一起。

本实用新型的有益效果如下：本实用新型的制作土工真三轴试验用试样的制样装置，利用泥浆固结法制备立方体重塑试样，通过顶部施压压力和阀门控制排水体积，实现重塑样密度和含水量的控制；制样框侧壁排气管的设置使得乳胶膜与制样框紧密贴合，有效避免了加载过程中由于乳胶膜移动造成的土体侧壁变形破损，使得土体直接形成正四棱柱，避免试样二次切削。整个制样过程简单易行，能较大程度的避免由人为原因造成的制样差异，制样装置科学简便，可操作性强，具有较高的经济实用性, 制样完成后,试样可连同制样框整体移至真三轴试验平台上，完成土样安装后卸除制样框,在转移安装试样过程中,尽量减少对试样的扰动,防止出现试样磕碰损伤,保证试样的性能。

更进一步的，所述制样框和所述排水底座的槽壁之间具有密封圈，保持水、气的密封性，有利于抽真空以及排水。

更进一步的，加载装置使用比较方便，利用杠杆原理，采用添加砝码的方式，平衡锤通过旋拧方式调节力臂长度进而无级调整压力大小，加载杆和定位槽的配合，方便加载，防止滑脱，使用比较方便。

更进一步的，立柱上位于杠杆梁上方的横梁以及固设在横梁上的位移计，位移计的探测部顶压在所述压力板上表面，方便测量土体沉降变形的幅度。

更进一步的，乳胶膜的两端均具有一圈内沿，排水底座的下表面上设置螺栓，螺栓向上穿过排水底座且与下透水板旋设固定，螺栓上紧后，下透水板紧压在内沿上，保持水、气的密封性，有利于抽真空以及排水。

更进一步的，制样框的上端为阶梯轴状，辅助框的下端为与制样框上端吻合插接配合的阶梯孔状，该结构使得辅助框和制样框固定紧密牢固。

更进一步的，制样框上端和所述辅助框的下端之间具有矩形密封垫圈，保持水、气的密封性，有利于抽真空以及排水。

附图说明

图1为本实用新型制作土工真三轴试验用试样的制样装置结构示意图；

图2为固结装置爆炸图；

图3为排水底座俯视结构示意图；

图4为压力板俯视结构示意图；

图5为乳胶膜结构示意图；

图6为分体式结构的制样框的俯视结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案作出进一步的说明。

实施例1

制作土工真三轴试验用试样的制样装置，如图1-5所示，包括承载平台、固结装置以及在竖向方向上对固结装置的顶部向下施加压力的加载装置，承载平台为一带支腿的平板8，固结装置设于承载平台上，固结装置包括具有固定槽的排水底座9、设于排水底座的槽壁上的至少两个螺杆18、插接在固定槽中且两端开口的筒状的制样框22、设置在制样框上的辅助框25、设于制样框中的筒状的乳胶膜19、设于乳胶膜内侧底部的下透水板14、设于下透水板上方第一滤纸15、设于辅助框中的上透水板24、设于上透水板下方的第二滤纸34以及设于上透水板上方的压力板26，制样框的上端为阶梯轴状，辅助框的下端为与制样框上端吻合插接配合的阶梯孔状，乳胶膜的上端翻转套设在制样框的上端,在辅助框插入制样框上端后起到插接部的密封作用。制样框22和排水底座9的槽壁之间具有密封圈13，制样框22的侧壁上横向设有与真空抽气泵16连接的排气管20，制样框22和辅助框25的侧壁上均设有套设在对应螺杆18上的固定耳板33且通过固定耳板上方的螺母固定在对应螺杆上，排水底座上设有连通下透水板底部的第一排水孔31，各所述第一排水孔与下方第一排水管11连通，本实施例中，第一排水管为L形排水管，压力板26上设有连通上透水板24的第二排水管23，所述固定槽、所述制样框的内腔以及所述辅助框的内腔的横截面均为正多边形或矩形，本实施例中为正方形。排水底座的下表面上设置螺栓10，下透水板上设有螺纹孔30，螺栓向上穿过排水底座且与下透水板的螺纹孔旋设配合实现固定，乳胶膜的两端均具有一圈内沿34。

加载装置包括设于承载平台上的立柱6、俯仰铰接在立柱上部的杠杆梁4、旋拧在杠杆梁左端的平衡锤7、铰接设置在杠杆梁右端的承载钢杆3、设置在承载钢杆下端的砝码托盘2以及铰接设置在杠杆梁中部的加载杆5，加载杆的下端具有用于与压力板上端中部的定位槽27顶压配合的半球部。

立柱上设置位于杠杆梁上方的横梁32以及固设在横梁上的位移计29，位移计29位于杠杆梁的一侧，位移计的探测部顶压在压力板上表面。

实施例2

与上述实施例不同的是，如图6所示,制样框为分体式结构，包括两个扣合的C形板或两个扣合的L形板,本实施例采用L形板221、222,每对扣合接触面中的至少一个上具有橡胶密封条223,每个扣合接缝的两侧自下而上至少设置两组紧固耳板,每组两个正对设置的紧固耳板224、225，通过耳板螺栓226和对应的各组紧固耳板224、225将两个L形板扣合紧固在一起,橡胶密封条防止在抽气时接缝漏气,该结构的制样框,方便在真三轴试验平台上放置式样后,在不损伤式样的前提下拆下制样框。

在其他实施例中,与上述实施例不同的是,加载装置还可以为门形支撑架以及设于门形支撑架上的液压推杆或者电动推杆。

本实用新型的制样装置在使用的时候，制样的方法和原理如下：

如图1-6所示，包括以下步骤:1）将试验土样烘干、碾碎、过筛，添加2倍及以上液限的蒸馏水，充分混合后搅拌均匀，然后将其置于真空饱和器中抽真空24h；2）将下透水板放置在乳胶膜19底部，下透水板14上放置第一滤纸15，将乳胶膜和透水板通过螺栓10固定在排水底座9上，将制样框22插入固定槽中，用力按压，使得密封圈箍在制样框底部，然后将乳胶膜上部外翻套接固定在制样框上端，接着将辅助框25放在制样框上，通过旋拧螺母下压对应的固定耳板33进行固定，完成固结装置的装配；3）将接头式橡胶软管21与制样框的排气管20相连，接头式橡胶软管另一端连接真空抽气泵16，通过真空抽气泵抽出乳胶膜与制样框之间的空气，使乳胶膜紧密贴合在制样框上，通过两根带阀门17、28的橡胶软管分别连接第一排水管以及第二排水管，第一排水管和第二排水管的排水端插入量筒12中；4）将步骤1）中抽真空后的泥浆液通过漏斗倒入制样框中达到设定高度，泥浆液上依次放置第二滤纸、上透水板和压力板；5）调整加载杆，使得加载杆下端和压力板凹槽接触，位移计的探测部顶压在压力板上表面，打开阀门，通过砝码1分级加载，直至固结完成。步骤3）中，在排水底座的下表面上插入螺栓，螺栓向上穿过排水底座且与下透水板旋设固定，使得排水底座向下压紧乳胶膜下端的内沿上。步骤5)中,在试样固结完成后, 卸载并关闭真空抽气泵，依次移除位移计、压力板、第二滤纸、橡胶圈和辅助框；将制样框和排水底座整体上下翻转，卸去排水底座上的螺栓和螺杆上的螺母，卸除排水底座。然后,将试样连同制样框整体移至真三轴试验平台上，完成土样安装后卸除制样框。

最后所应说明的是：上述实施例仅用于说明而非限制本实用新型的技术方案，任何对本实用新型进行的等同替换及不脱离本实用新型精神和范围的修改或局部替换，其均应涵盖在本实用新型权利要求保护的范围之内。

Claims (7)

1.制作土工真三轴试验用试样的制样装置，其特征在于:包括承载平台、固结装置以及在竖向方向上对固结装置的顶部向下施加压力的加载装置，所述固结装置设于所述承载平台上，所述固结装置包括具有固定槽的排水底座、设于排水底座的槽壁上的至少两个螺杆、插接在固定槽中且两端开口的筒状的制样框、设置在制样框上的辅助框、设于制样框中的筒状的乳胶膜、设于乳胶膜内侧底部的下透水板、设于下透水板上方第一滤纸、设于辅助框中的上透水板、设于上透水板下方的第二滤纸以及设于上透水板上方的压力板，所述乳胶膜的上端翻转套设在所述制样框的上端,所述制样框的侧壁上横向设有与真空抽气泵连接的排气管，所述制样框和辅助框的侧壁上均设有套设在对应所述螺杆上的固定耳板且通过固定耳板上方的螺母固定在对应所述螺杆上，所述排水底座上设有连通下透水板底部的第一排水孔，各所述第一排水孔与下方第一排水管连通，所述压力板上设有连通上透水板的第二排水管，所述固定槽、所述制样框的内腔以及所述辅助框的内腔的横截面均为正多边形或矩形。

2.根据权利要求1所述的制作土工真三轴试验用试样的制样装置，其特征在于:所述制样框和所述排水底座的槽壁之间具有密封圈。

3.根据权利要求1所述的制作土工真三轴试验用试样的制样装置，其特征在于:所述加载装置包括设于承载平台上的立柱、俯仰铰接在立柱上部的杠杆梁、旋拧在杠杆梁左端的平衡锤、铰接设置在杠杆梁右端的承载钢杆、设置在承载钢杆下端的砝码托盘以及铰接设置在杠杆梁中部的加载杆，加载杆的下端具有用于与压力板上端中部的定位槽顶压配合的半球部。

4.根据权利要求3所述的制作土工真三轴试验用试样的制样装置，其特征在于:所述立柱上设置位于所述杠杆梁上方的横梁以及固设在横梁上的位移计，所述位移计的探测部顶压在所述压力板上表面。

5.根据权利要求1所述的制作土工真三轴试验用试样的制样装置，其特征在于:所述排水底座的下表面上设置螺栓，螺栓向上穿过排水底座且与下透水板旋设固定，所述乳胶膜的两端均具有一圈内沿。

6.根据权利要求1所述的制作土工真三轴试验用试样的制样装置，其特征在于:所述制样框的上端为阶梯轴状，所述辅助框的下端为与制样框上端吻合插接配合的阶梯孔状。

7.根据权利要求6所述的制作土工真三轴试验用试样的制样装置，其特征在于:所述制样框包括两个扣合的C形板或两个扣合的L形板,每对扣合接触面中的至少一个上具有橡胶密封条,扣合接缝的两侧自下而上至少设置两组紧固耳板,通过耳板螺栓将两个C形板或两个L形板扣合紧固在一起。

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