專利名稱：一種含夾層三軸試驗試樣制樣裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種土工三軸實驗制樣技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種含夾層的三軸試驗試樣制樣裝置，本實用新型適用于對含夾層和裂隙發(fā)育的膨脹土及紅粘土的力學(xué)性質(zhì)研究，能夠填補目前常規(guī)制樣方式無法制作含夾層的三軸試驗試樣，并且能控制夾層的傾角、位置以及厚度的空白，為研究認識土體中裂隙及夾層對土體力學(xué)性質(zhì)的影響提供了技術(shù)支撐。
背景技術(shù)：
土體的強度參數(shù)是決定巖土工程的安全與設(shè)計關(guān)鍵力學(xué)參數(shù)，三軸試驗是獲取土體力學(xué)性質(zhì)的重要方法，可以較為接近的模擬土體實際環(huán)境的受力情況，取得土體合理的抗剪強度參數(shù)，為工程設(shè)計或數(shù)值計算提供依據(jù)。常規(guī)三軸試驗通常用4 5個圓柱形試樣分別在不同的圍壓條件下施加軸向壓力進行剪切直至破壞，從而獲得土體的抗剪強度，采用摩爾-庫侖理論求得總抗剪強度參數(shù)和有效抗剪強度參數(shù)。三軸試樣的制樣是將土體制成一定規(guī)格的圓柱形試樣，通常為39. lmmX80mm?，F(xiàn)有的制樣方式一般采用單一土樣壓實或利用原狀土樣切削，制備成三軸試驗要求的圓柱狀試樣，前者只能制作材料均勻的樣品，而后者雖能夠利用原狀土體的不均勻性，切削出含有裂隙的原狀試樣，但很難控制裂隙的厚度、傾角以及位置。針對以上制樣方式在控制裂隙厚度、傾角以及位置上的不足，本專利采用分段擊實、一定傾角(傾角范圍為0-45度)截面切削的思路，提出了一種能夠采用不同土樣、控制夾層的厚度、傾角及位置的三軸試驗制樣方法及其裝置。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是在于提供了一種含夾層三軸試驗試樣制樣裝置，結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，本裝置采用模塊化思路設(shè)計，包括通用的底座、螺桿、扳手、模具以及含有特定傾角截面的圓柱形模具，可依靠螺桿控制夾層的厚度及位置，僅更換中間的特定傾角模具塊實現(xiàn)對夾層傾角的控制，裝置簡潔易于操作。本實用新型的工作原理是(I)通過上、下傾斜截面制樣模具所具有的傾斜截面作為圓柱土體的切割邊界，切割形成斜截面，其中模具傾斜截面的傾角范圍為0-45度。(2)通過制樣模具組合填筑不同的制樣原料形成試樣主體和試樣夾層。(3)通過試樣推動裝置的推動作用移動試樣改變切割截面與試樣的相對位置，切割試樣主體和試樣夾層達到制樣目的。(4)試樣底座為工作平臺，為精確確定試樣夾層的厚度和空間位置提供標尺。一種含夾層三軸試驗試樣制樣裝置，該裝置包括土樣A、夾層土樣B、土樣C、制樣器底座、梯形牙試樣推動螺桿、試樣推動桿測距裝置、試樣推動桿驅(qū)動扳手、制樣模具固定螺桿、模具固定支架；上通用制樣模具、下通用制樣模具、上傾斜截面制樣模具、下傾斜截面制樣模具；梯形牙試樣推動螺桿、試樣推動桿測距裝置、試樣推動桿驅(qū)動扳手、制樣模具固定螺桿固定在制樣器底座上形成操作平臺。其特征在于制樣器底座為有鋼板焊接的門形結(jié)構(gòu)，制樣器底座的頂板厚16mm,中央從上到下一次有直徑53. 1mm、厚5mm,直徑29. 1mm、厚Ilmm的同心圓形開口，此開口固定下通用制樣模具同時也是梯形牙試樣推動螺桿垂直運動的通道；在開口的下方由四顆螺絲同心固定有試樣推動桿固定基座，推動桿固定基座內(nèi)側(cè)有與梯形牙試樣推動螺桿配套的5_螺距螺紋，起到固定并約束梯形牙試樣推動螺桿垂直運動的作用；開口的兩側(cè)各垂直固定有一根長215mm、直徑12mm的制樣模具固定螺桿,制樣模具固定螺桿伸出制樣器底座頂面200mm起到固定試樣模具的作用；在制樣器底座正面左邊側(cè)板內(nèi)側(cè)固定有量程200_、精度為O.1mm的標尺即試樣推動桿定位標尺起到量測梯形牙試樣推動螺桿垂直運動距離的作用。梯形牙試樣推動螺桿表面有5mm螺距梯形螺紋，由試樣推動桿固定基座內(nèi)側(cè)配套螺紋固定；試樣推動桿測距裝置由固定在梯形牙試樣推動螺桿底部的試樣推動桿定位標及固定在制樣器底座的側(cè)板內(nèi)的試樣推動桿定位標尺組成，通過試樣推動桿定位標與試樣推動桿定位標尺的比較起到確定梯形牙試樣推動螺桿垂直運動距離的作用；試樣推動桿驅(qū)動扳手為固定在梯形牙試樣推動螺桿底端的雙柄可拆卸棘輪扳手。下通用制樣模具為一內(nèi)徑39. 1mm、高82. 48壁厚7mm的圓筒形模具，其頂端設(shè)有便于插入其他模具固定的止口、側(cè)面對稱布置兩個帶開口的固定支架，制樣時通過模具固定支架和制樣模具固定螺母將模具固定在兩根制樣模具固定螺桿上；上通用制樣模具與下通用制樣模具僅高度略有不同，其高度為46mm;上傾斜截面制樣模具為內(nèi)徑39. 1mm、壁厚7_，頂部截面垂直軸線，底部截面為特定傾角，兩端分別設(shè)內(nèi)凹止口，垂直截面止口為與上通用制樣模具外凸止口的連接機構(gòu)，斜截面內(nèi)凹止口為與下傾斜截面制樣模具斜截面外凸止口的連接機構(gòu)，制樣時通過模具固定支架和制樣模具固定螺母將模具固定在固定螺桿上，為試樣上部制樣沖擊壓實形成圓柱提供模具；下傾斜截面制樣模具為內(nèi)徑39. 1mm、壁厚7_頂部為特定傾角截面，底部為垂直軸線截面，該截面有內(nèi)凹止口，與下通用試樣模具外凸止口連接固定、斜截面設(shè)外凸止口作為切削試樣的邊界同時作為與上傾斜截面制樣模具斜截面凸起止口的連接機構(gòu)，制樣時通過模具固定支架和制樣模具固定螺母將模具固定在兩根制樣模具固定螺桿上，為試樣下部土體填筑沖擊壓實提供模具，同時為試樣夾層的切削提供斜截面。需要說明的是，由于本裝置通過模具的傾斜截面切削樣品形成夾層傾角，故對于不同的傾角有專門的傾斜截面模具，即上、下傾斜截面制樣模具，其傾角可根據(jù)實際的研究需要在O 45度范圍進行加工，例如上、下15度傾斜截面制樣模具、上、下30度傾斜截面制樣模具、上、下45度傾斜截面制樣模具等組合，還可依據(jù)實際的需要制作任意角度(O 45度)傾斜截面的制樣模具。其特征在于制樣器底座為鋼板焊接的門形結(jié)構(gòu)，制樣器底座的頂板厚16mm，中央從上到下一次有直徑53. 1mm、厚5mm,直徑29. 1mm、厚Ilmm的同心圓形開口，開口的兩側(cè)各垂直固定有一根長215_、直徑12_螺桿，該螺桿伸出頂面200_形成制樣器固定螺桿。制樣過程中，下通用制樣模具、上通用試樣模具、上傾斜截面制樣模具、下傾斜截面制樣模具依據(jù)制樣步驟的實際組合，通過固定螺桿和制樣模具固定螺母固定在制樣器基座上,形成內(nèi)徑39.1mm的圓筒形試樣。在制樣器底座側(cè)板內(nèi)側(cè)固定有量程200mm、精度為O.1mm的標尺。[0016]試樣推動頂板制樣時直接置于梯形牙試樣推動螺桿頂部，梯形牙試樣推動螺桿表面有5mm螺距梯形螺紋，試樣推動桿固定基座正中設(shè)有與試樣推動螺桿表面螺紋配套的螺紋，起到固定試樣推動螺桿作用，試樣推動桿固定基座通過4個螺絲與制樣器底座固定；試樣推動桿測距裝置由固定在試樣頂桿底部的定位標及固定在制樣器底座的側(cè)板內(nèi)的標尺組成；試樣推動桿驅(qū)動扳手為固定在試樣推動桿底端的雙柄可拆卸棘輪扳手。下通用制樣模具為一內(nèi)徑39. 1mm、高82. 48壁厚7mm的圓筒形模具,其頂端設(shè)有便于插入其他模具固定的止口、側(cè)面對稱布置兩個帶開口的固定支架，制樣時通過模具固定支架將模具固定在兩根制樣模具固定螺桿上。上通用制樣模與下通用制樣模具相似其高度為47. 61mm,側(cè)面對稱布置兩個帶開口的固定支架。如圖2、3、4所示，上傾斜截面制樣模具為內(nèi)徑39. 1mm、壁厚7mm—端垂直軸線一端為特定傾角、兩端分別設(shè)止口的圓筒形機構(gòu)，側(cè)面對稱布置兩個帶開口的模具固定支架，制樣時通過模具固定支架將模具固定在兩根制樣模具固定螺桿上。如圖5、6、7所示，下傾斜截面制樣模具為內(nèi)徑39. 1mm、壁厚7mm—端垂直軸線一端為特定傾角垂直軸線斷面內(nèi)凹止口、斜截外凸止口作為切削試樣的邊界同時作為與上傾斜截面制樣模具斜截面突起機構(gòu)連接的卡槽、垂直截面內(nèi)凹作為與通用底部制樣模具的連接機構(gòu)，制樣時通過模具固定支架將模具固定在兩根制樣模具固定螺桿上。如圖1所示，即為各制樣模具組裝情況。本實用新型具有下列優(yōu)點(I)可以進行三種不同材料的混合制樣。(2)可以制作不同傾角的夾層。( 3)可以控制夾層的厚度。(4)可以控制夾層在整個試樣中的空間位置。

圖1為一種含夾層三軸試驗試樣制樣裝置不意圖。圖2為一種上30度傾斜截面制樣模具俯視圖。圖3為一種上30度傾角傾斜截面模具剖面圖。圖4為一種上30度傾角傾斜截面模具正視圖。圖5為一種下30度傾斜截面制樣模具俯視圖。圖6為一種下30度傾角傾斜截面模具剖面圖。圖7為一種下30度傾角傾斜截面模具正視圖。圖8為一種傾角30度、厚度IOmm試樣示意圖。圖9為一種含夾層三軸試驗試樣制樣裝置正視圖。其中I一制樣模具固定螺桿；2—制樣模具固定螺母；3—上通用制樣模具；4一上傾斜截面制樣模具；5_下傾斜截面制樣模具；6_下通用制樣模具；7_固定支架；8_制樣器底座；9_試樣推動桿固定基座；10_梯形牙試樣推動螺桿；11_試樣推動桿定位標尺；12_試樣推動桿定位標；13-試樣推動桿驅(qū)動扳手；14一墊塊；15-土樣A ; 16-夾層土樣B ; 17-土樣C。
具體實施方式
實施例1 :下面根據(jù)附圖對本實用新型作進一步詳細描述一種含夾層三軸試驗試樣制樣裝置，它由制樣模具固定螺桿1、制樣模具固定螺母2、上通用制樣模具3、上傾斜截面制樣模具4、下傾斜截面制樣模具5、下通用制樣模具6、模具固定支架7、制樣器底座8、試樣推動桿固定基座9、梯形牙試樣推動螺桿10、試樣推動桿定位標尺11、試樣推動桿定位標12、試樣推動桿驅(qū)動扳手13、墊塊14、土樣A15、夾層土樣B16、土樣C17組成。其特征在于制樣器底座7為有鋼板焊接的門形結(jié)構(gòu)，制樣器底座的頂板厚16mm，中央從上到下一次有直徑53. 1mm、厚5mm,直徑29. 1mm、厚Ilmm的同心圓形開口，此開口固定下通用制樣模具6同時也是梯形牙試樣推動螺桿10垂直運動的通道；在開口的下方由四顆螺絲同心固定有試樣推動桿固定基座9，推動桿固定基座9內(nèi)側(cè)有與梯形牙試樣推動螺桿10配套的5mm螺距螺紋，起到固定并約束梯形牙試樣推動螺桿10垂直運動的作用；開口的兩側(cè)各垂直固定有一根長215mm、直徑12mm的制樣模具固定螺桿I，制樣模具固定螺桿I伸出制樣器底座8頂面200mm起到固定試樣模具的作用；在制樣器底座8正面左邊側(cè)板內(nèi)側(cè)固定有量程200_、精度為O.1mm的標尺即試樣推動桿定位標尺11起到量測梯形牙試樣推動螺桿10垂直運動距離的作用。梯形牙試樣推動螺桿10表面有5mm螺距梯形螺紋，由試樣推動桿固定基座9內(nèi)側(cè)配套螺紋固定；試樣推動桿測距裝置由固定在梯形牙試樣推動螺桿10底部的試樣推動桿定位標12及固定在制樣器底座7的側(cè)板內(nèi)的試樣推動桿定位標尺11組成，通過試樣推動桿定位標12與試樣推動桿定位標尺11的比較起到確定梯形牙試樣推動螺桿10垂直運動距離的作用；試樣推動桿驅(qū)動扳手13為固定在梯形牙試樣推動螺桿10底端的雙柄可拆卸棘輪扳手。下通用制樣模具6為一內(nèi)徑39. 1mm、高82. 48壁厚7_的圓筒形模具通過制樣模具固定螺母2將模具固定在兩根制樣模具固定螺桿I上；上通用制樣模具3與下通用制樣模具6僅高度略有不同為46mm ;上傾斜截面制樣模具4為內(nèi)徑39. 1mm、壁厚7mm，頂部截面垂直軸線，底部截面為特定傾角，兩端分別設(shè)內(nèi)凹止口，垂直截面止口為與上通用制樣模具3外凸止口的連接機構(gòu)，斜截面內(nèi)凹止口為與下傾斜截面制樣模具5斜截面外凸止口的連接機構(gòu)，在上傾斜截面制樣模具4通過制樣模具固定螺母2將模具固定在兩根制樣模具固定螺桿I上，為試樣上部制樣沖擊壓實形成圓柱提供模具；下傾斜截面制樣模具5為內(nèi)徑39. 1mm、壁厚7mm頂部為特定傾角截面，底部為垂直軸線截面，該截面有內(nèi)凹止口，與下通用試樣模具6外凸止口連接固定、斜截面設(shè)外凸止口作為切削試樣的邊界同時作為與上傾斜截面制樣模具4通過制樣模具固定螺母2將模具固定在兩根制樣模具固定螺桿I上，為試樣下部土體填筑沖擊壓實提供模具，同時為試樣夾層的切削提供斜截面。
權(quán)利要求1.一種含夾層三軸試驗試樣制樣裝置，它包括制樣模具固定螺桿(1)、上通用制樣模具(3)、上傾斜截面制樣模具(4)、下傾斜截面制樣模具(5)、模具固定支架(7)、制樣器底座(8)、試樣推動桿固定基座(9)、梯形牙試樣推動螺桿(10)，其特征在于制樣器底座(8)為有鋼板焊接的門形結(jié)構(gòu)，在開口的下方由四顆螺絲同心固定有試樣推動桿固定基座(9)，推動桿固定基座(9)內(nèi)側(cè)有與梯形牙試樣推動螺桿(10)配套的螺距螺紋，固定梯形牙試樣推動螺桿(10)，開口的兩側(cè)各垂直固定有制樣模具固定螺桿(1)，制樣模具固定螺桿(I)伸出制樣器底座(8)頂面通過模具固定支架(7)起到固定試樣模具，在制樣器底座(8)左邊側(cè)板內(nèi)側(cè)固定試樣推動桿定位標尺(11)，梯形牙試樣推動螺桿(10)表面有螺距梯形螺紋，試樣推動桿固定基座(9)內(nèi)側(cè)配套螺紋固定，試樣推動桿測距裝置由固定在梯形牙試樣推動螺桿(10)底部的試樣推動桿定位標(12)及固定在制樣器底座(8)的側(cè)板內(nèi)的試樣推動桿定位標尺(12)，試樣推動桿驅(qū)動扳手(13)固定在梯形牙試樣推動螺桿(10)底端，下通用制樣模具(6)通過模具固定支架(7)和固定螺母(2)將模具固定在兩根制樣模具固定螺桿(1)上，兩端分別設(shè)內(nèi)凹止口，垂直截面止口為與上通用制樣模具(3)外凸止口的連接機構(gòu)，斜截面內(nèi)凹止口為與下傾斜截面制樣模具(5 )斜截面外凸止口的連接機構(gòu)，在上傾斜截面制樣模具(4)通過固定螺母(2)將模具固定在兩根制樣模具固定螺桿(I)上，下傾斜截面制樣模具(5)為內(nèi)徑39. 1mm、壁厚7mm頂部為傾角截面，底部為垂直軸線截面，截面有內(nèi)凹止口，與下通用試樣模具(6 )通過模具固定支架(7 )和固定螺母(2 )將模具固定在兩根制樣模具固定螺桿(I)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含夾層三軸試驗試樣制樣裝置，所述的制樣器底座(8)的頂板厚16mm,中央從上到下一次有直徑53. 1mm、厚5mm,直徑29. 1mm、厚Ilmm的同心圓形開口，開口固定下通用制樣模具(6 )同時是梯形牙試樣推動螺桿(10 )垂直運動的通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含夾層三軸試驗試樣制樣裝置，所述的制樣模具(4)為內(nèi)徑39. 1mm、壁厚7mm，頂部截面垂直軸線，底部截面為傾斜。
專利摘要本實用新型公開了一種含夾層三軸試驗試樣制樣裝置，制樣器底座為有鋼板焊接的門形結(jié)構(gòu)，在開口的下方由四顆螺絲同心固定有試樣推動桿固定基座，固定梯形牙試樣推動螺桿,開口的兩側(cè)各垂直固定有制樣模具固定螺桿，在制樣器底座左邊側(cè)板內(nèi)側(cè)固定試樣推動桿定位標尺,試樣推動桿測距裝置由固定在梯形牙試樣推動螺桿底部的試樣推動桿定位標及固定在制樣器底座的側(cè)板內(nèi)的試樣推動桿定位標尺,試樣推動桿驅(qū)動扳手固定在梯形牙試樣推動螺桿底端,下通用制樣模具通過模具固定支架和固定螺母將模具固定在兩根制樣模具固定螺桿上。結(jié)構(gòu)簡單,操作簡便,本裝置采用模塊化思路設(shè)計，更換中間的特定傾角模具塊實現(xiàn)對夾層傾角的控制，裝置簡潔易于操作。
文檔編號G01N1/28GK202853954SQ20122051034
公開日2013年4月3日 申請日期2012年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月8日
發(fā)明者陸定杰, 羅紅明, 陳善雄, 許錫昌 申請人:中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所