本發(fā)明涉及室內(nèi)三軸試驗(yàn)制樣裝置，更具體地說(shuō)涉及一種利用分層壓實(shí)法制備三軸試驗(yàn)試樣的裝置。

背景技術(shù)：

在土工試驗(yàn)中，原狀樣和重塑樣并重，原狀樣反映了土體的天然結(jié)構(gòu)、真實(shí)的力學(xué)性能，但是也存在取樣困難、樣本數(shù)量少、試樣不均勻，不便于科學(xué)研究的缺點(diǎn)；相比于原狀樣，重塑樣在試樣樣本數(shù)量、試驗(yàn)控制條件、試驗(yàn)時(shí)間、試樣均勻性方面都占有較大優(yōu)勢(shì)，因此重塑土樣在土工試驗(yàn)中具有更強(qiáng)、更普遍的適用性。

對(duì)試樣進(jìn)行重塑成型的關(guān)鍵是選擇一個(gè)精度高、能夠靈活控制重塑樣相對(duì)密度和均勻性且易于操作的儀器。傳統(tǒng)的三軸重塑樣擊實(shí)器分為兩種：一種是一次成型擊實(shí)器(如千斤頂)，這種擊實(shí)器能夠保證試樣一次成型，但是存在致命的弊端：使制成的試樣密度不均勻，出現(xiàn)“上緊下松”的現(xiàn)象，造成試樣沒(méi)有良好的整體力學(xué)性能，整體承載能力下降，且制樣時(shí)會(huì)帶出一定量的土，會(huì)引起所制土樣的干密度產(chǎn)生較大誤差，使試驗(yàn)精度大大降低。另一種是常見(jiàn)的三軸擊實(shí)儀，這種儀器在一次成型擊實(shí)器的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，采用了分層擊實(shí)的方法對(duì)試樣進(jìn)行重塑，使試樣“上緊下松”、整體性能差的現(xiàn)象得到了改善，但是使用這種儀器作為擊實(shí)工具，在制樣時(shí)存在各層層厚難以控制(只能用尺子去一層層測(cè)量)，對(duì)試樣的制備帶來(lái)了極大地不便， 且在各層土樣的擊實(shí)過(guò)程中，由于產(chǎn)生的較大沖擊力減短了儀器的使用壽命且造成土量的損失，使試驗(yàn)結(jié)果存在較大的誤差。因此，需要設(shè)計(jì)一種新型的重塑土樣成型儀器，避免上述問(wèn)題的發(fā)生，提高試驗(yàn)精度

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的旨在根據(jù)土工試驗(yàn)中關(guān)于土樣成型存在的問(wèn)題，并分析傳統(tǒng)的三軸重塑樣擊實(shí)器的原理，針對(duì)傳統(tǒng)儀器存在的問(wèn)題，提供一種新型的利用分層壓實(shí)法制備三軸試驗(yàn)試樣的裝置，結(jié)合機(jī)械領(lǐng)域和土領(lǐng)域的知識(shí)，將基于杠桿原理設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易壓實(shí)器成功的應(yīng)用到土樣壓實(shí)中，提高了試驗(yàn)操作的方便性和結(jié)果的精度。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種利用分層壓實(shí)法制備三軸試驗(yàn)試樣的裝置，其特征在于：包括土樣壓實(shí)器、土樣壓實(shí)筒和限位模塊；所述土樣壓實(shí)器包括主體基座，安裝在主體基座上并帶有多個(gè)位于不同高度的手柄掛孔的立柱，與立柱通過(guò)手柄掛孔活動(dòng)連接的手柄，以及活動(dòng)安裝在手柄中部的帶有壓錘的壓桿；所述土樣壓實(shí)筒包括底座、土樣成型筒和壓板，所述土樣成型筒是由多個(gè)弧形板拼接經(jīng)圓形套箍固定而成的，所述底座設(shè)有固定土樣成型筒底部的凹槽，所述壓板設(shè)有固定土樣成型筒頂部的貫穿孔，所述壓板與底座通過(guò)螺栓連接；所述土樣壓實(shí)筒活動(dòng)固定在土樣壓實(shí)器主體基座上的試樣孔中，所述限位模塊與土樣壓實(shí)器上的壓錘活動(dòng)固定。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于，還包括補(bǔ)高器，所述補(bǔ)高器為一個(gè)與土樣成型筒內(nèi)直徑相同的環(huán)形柱體。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于，所述限位模塊的底部可伸入土樣成型筒的內(nèi)部，且其頂部可卡在土樣成型筒的外部，所述限位模塊的底部設(shè)有一個(gè)圓形的水平面。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于，所述限位模塊為3種，其高度各不相同。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于，所述限位模塊與土樣壓實(shí)器上的壓錘通過(guò)磁力固定。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于，所述限位模塊與土樣壓實(shí)器上的壓錘之間設(shè)有具有吸附性的磁鐵。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于，所述土樣成型筒是由三個(gè)弧形板拼接經(jīng)圓形套箍固定而成的。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于，所述立柱設(shè)有兩個(gè)位于不同高度的手柄掛孔。

進(jìn)一步的技術(shù)方案還在于，所述底座上的凹槽為環(huán)形的；所述底座上的凹槽為圓形的。

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)土樣擊實(shí)器存在的制樣精度低、產(chǎn)生的沖擊力過(guò)大、儀器使用壽命短、費(fèi)時(shí)費(fèi)力、土量損失大等問(wèn)題，進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新，使得新制儀器構(gòu)造簡(jiǎn)單，造價(jià)低，能夠保證試樣各層層厚均一、各土層相對(duì)密度均勻，可根據(jù)需求制得不同分層高度和層數(shù)的土樣；且基于杠桿原理設(shè)計(jì)的壓實(shí)器具有省時(shí)省力的優(yōu)點(diǎn)，避免了傳統(tǒng)擊實(shí)方式存在的儀器使用壽命過(guò)短、在擊實(shí)過(guò)程中由于沖擊力引起土量損失等弊端，極大的滿足了重塑樣制作的要求；土樣壓實(shí)器與相應(yīng)型號(hào)的限位模塊之間通過(guò)磁力相 連，使土樣壓實(shí)器和限位模塊成為一體，進(jìn)一步確保了壓實(shí)過(guò)程的精確性和簡(jiǎn)便性。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中土樣壓實(shí)器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明中限位模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明中土樣壓實(shí)筒結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明中補(bǔ)高器結(jié)構(gòu)示意圖

其中:1、土樣壓實(shí)器；1-1、主體基座；1-2、立柱；1-3、壓桿；1-4、第一手柄掛孔；1-5、第二手柄掛孔；1-6、手柄；1-7、壓錘；1-8、試樣孔；2、限位模塊；3、土樣壓實(shí)筒；3-1、圓形套箍；3-2、壓板；3-3、土樣成型筒；3-4、螺栓；3-5、底座；4、補(bǔ)高器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明 不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施例的限制。

本發(fā)明采用了基于杠桿原理設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易壓實(shí)器，將機(jī)械領(lǐng)域的知識(shí)應(yīng)用到土工試驗(yàn)中，手柄1-6、壓桿1-3、壓錘1-7、立柱1-2構(gòu)成了一個(gè)杠桿設(shè)備，代替了靠較大沖擊力壓實(shí)土樣的傳統(tǒng)方式，技巧性的達(dá)到省時(shí)省力的效果。

如圖1所示，本發(fā)明包括土樣壓實(shí)器1、土樣壓實(shí)筒3和限位模塊2；

如圖2所示，土樣壓實(shí)器1包括主體基座1-1，安裝在主體基座1-1上并帶有多個(gè)位于不同高度的手柄掛孔的立柱1-2，與立柱1-2通過(guò)手柄掛孔活動(dòng)連接的手柄1-6，以及活動(dòng)安裝在手柄1-6中部的帶有壓錘1-7的壓桿1-3；

如圖3所示，土樣壓實(shí)筒3包括底座3-5、土樣成型筒3-3和壓板3-2，土樣成型筒3-3是由多個(gè)弧形板拼接經(jīng)圓形套箍3-1固定而成的，底座3-5設(shè)有固定土樣成型筒3-3底部的凹槽，壓板3-2設(shè)有固定土樣成型筒3-3頂部的貫穿孔，壓板3-2與底座3-5通過(guò)螺栓3-4連接；

如圖1所示，土樣壓實(shí)筒3活動(dòng)固定在土樣壓實(shí)器1主體基座1-1上的試樣孔1-8中，防止壓實(shí)過(guò)程中由于土樣壓實(shí)筒3移動(dòng)對(duì)土樣造成的破壞，限位模塊2與土樣壓實(shí)器1上的壓錘1-7活動(dòng)固定。

如圖5所示，本發(fā)明還包括補(bǔ)高器4，補(bǔ)高器4為一個(gè)與土樣成型筒3-3內(nèi)直徑相同的環(huán)形柱體。

優(yōu)選的，限位模塊2的底部可伸入土樣成型筒3-3的內(nèi)部，且其 頂部可卡在土樣成型筒3-3的外部，限位模塊2的底部設(shè)有一個(gè)圓形的水平面。

如圖4所示，限位模塊2為3種，其高度各不相同。每種限位模塊2均由三部分構(gòu)成：頂部為直徑43.6mm(略大于土樣成型筒3-3內(nèi)直徑)，高25mm的圓柱；底部為直徑38.3mm(略小于樣成型筒3-3內(nèi)直徑)，高5mm的圓餅；中間為直徑18.5mm，高為15mm、35mm、55mm三種不同型號(hào)的細(xì)長(zhǎng)圓柱。

每種限位模塊2的上部為一“矮胖型”圓柱，其直徑略大于樣成型筒3-3上端內(nèi)直徑，下部為一直徑略小于樣成型筒3-3上端內(nèi)直徑的圓餅，其可在樣成型筒3-3自由出入，中間為一細(xì)長(zhǎng)柱，用于傳力；

本發(fā)明中，限位模塊2與土樣壓實(shí)器1上的壓錘1-7通過(guò)磁力固定。

優(yōu)選的，限位模塊2與土樣壓實(shí)器1上的壓錘1-7之間設(shè)有具有吸附性的磁鐵。

土樣壓實(shí)器1與相應(yīng)型號(hào)的限位模塊2之間通過(guò)磁力相連，使土樣壓實(shí)器1和限位模塊2成為一體，確保了壓實(shí)過(guò)程的精確性和簡(jiǎn)便性。在壓實(shí)時(shí)，土樣壓實(shí)器1和限位模塊2由于壓力的作用下移，當(dāng)達(dá)到要求的土層厚度時(shí)，限位模塊2的頂部分則會(huì)卡住，則壓實(shí)完成。

優(yōu)選的，土樣成型筒3-3是由三個(gè)弧形板拼接經(jīng)圓形套箍3-1固定而成的。

優(yōu)選的，立柱1-2設(shè)有兩個(gè)位于不同高度的手柄掛孔，分別為第一手柄掛孔1-4、第二手柄掛孔1-5。當(dāng)土樣分層層數(shù)為4層時(shí)，壓 實(shí)第一、二、三層土樣時(shí)，不需要使用補(bǔ)高器4，則選擇第一手柄掛孔1-4，而進(jìn)行最后一層土樣壓實(shí)時(shí)，需要配合使用補(bǔ)高器4，高度增加40mm，則選擇第二手柄掛孔1-5，手柄1-6上的槽形孔卡到右側(cè)立柱的槽形位置時(shí)，限位模塊2也剛好被卡住，完成該層土樣的擊實(shí)；

優(yōu)選的，底座3-5上的凹槽為環(huán)形的；底座3-5上的凹槽為圓形的。用來(lái)放置由三塊弧形板拼接而成的土樣成型筒3-3；

具體操作步驟如下：

1.將三塊弧形板拼接成圓筒，并通過(guò)圓形套箍進(jìn)行固定，組成土樣成型筒3-3，土樣成型筒3-3內(nèi)直徑為39.1mm，高為80mm，將土樣成型筒3-3置于底座3-5的凹槽上，壓板3-2置于土樣成型筒3-3頂端相應(yīng)位置處，壓板3-2并通過(guò)豎向的螺栓3-4與底座3-5連接，構(gòu)成土樣壓實(shí)筒3。

2.將土樣壓實(shí)筒3分別放置在土樣壓實(shí)器1主體基座1-1的試樣孔1-8處，加以固定，此時(shí)將土樣壓實(shí)器1的手柄1-6掛鉤掛到第一手柄掛孔1-4處。

3.稱量所需壓實(shí)的第一層土樣的質(zhì)量，并將其放入土樣壓實(shí)筒3中，將磁鐵固定在土樣壓實(shí)器1上，并吸附中間細(xì)柱高度為55mm(入筒高度為60mm)的限位模塊2，使施力手柄1-6右側(cè)抬到一定高度，并用力下壓，此時(shí)由于壓桿1-3的連動(dòng)作用，壓錘1-7和限位模塊2下移，通過(guò)限位模塊2，對(duì)土樣進(jìn)行壓實(shí)，隨著限位模塊2的不斷下移，限位模塊2的頂部卡在土樣壓實(shí)筒3上端，完成這一層土樣的壓實(shí)，此時(shí)手柄1-6上的槽形孔也剛好卡到右側(cè)立柱的槽形位置。

4.壓實(shí)完畢后，卸下此型號(hào)的限位模塊2，并對(duì)第一層土樣進(jìn)行刮毛處理。

5.稱量第二層土樣的質(zhì)量，且使土樣壓實(shí)器1上的磁鐵吸附中間細(xì)柱高度為35mm(入筒高度為40mm)的限位模塊2，重復(fù)步驟3和4。

6.稱量第三層土樣的質(zhì)量，且使土樣壓實(shí)器1上的磁鐵吸附中間細(xì)柱高度為15mm(入筒高度為20mm)的限位模塊2，重復(fù)步驟3和4。

7.稱量第四層土樣的質(zhì)量，將補(bǔ)高器4放置在土樣壓實(shí)筒3的上端且使土樣壓實(shí)器1上的磁鐵吸附中間細(xì)柱高度為35mm的限位模塊2，此時(shí)將土樣壓實(shí)器1的手柄1-6掛鉤掛到第二掛孔1-5處，重復(fù)步驟3和4。

8.一個(gè)分四層進(jìn)行壓實(shí)成型的三軸試樣制備完成，也可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求選擇適當(dāng)?shù)姆謱痈叨群头謱訑?shù)，取出試樣，保證各設(shè)備恢復(fù)到最初狀態(tài)。