[發明專利]一種高度可視化土工三軸試驗試樣裝置及試樣制備方法

在審

• 申請號: 201510657102.5
• 申請日: 2015-10-12
• 公開（公告）號: CN105181416A
• 公開（公告）日: 2015-12-23
• 發明（設計）人: 杜修力;張佩;路德春
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

技術領域

本發明屬于土木工程設備技術領域，涉及一種土工三軸試驗制樣裝置，并涉及一種土工三軸試驗試樣制備方法。

背景技術

土力學的四大支柱，理論土力學、試驗土力學、應用土力學與計算土力學。試驗土力學作為土力學發展的基礎，不僅僅是建立在采樣、制作、模擬影響因素而進行的重復性測試，必將與理論土力學緊密結合。隨著土力學理論和土工實驗技術的提升，土工三軸試驗已成為一種常用的測量土體力學參數的方法。

在進行土體試驗時，英國GDS公司生產的STDTTS標準應力路徑三軸儀在各高校及科研機構中廣泛應用。只是，GDS公司沒有給出統一的試樣制備裝置，不同的科研人員根據試驗要求及目的，開發出了不同的試樣制備裝置。常規土樣制備模有直筒式和組裝式。直筒式模具制樣時把土樣倒入直筒模中，然后分層壓實到試樣所需的高度，再借助外力把試樣頂出來即可。組裝式就是把上述直筒式模具軸向切割拆開分成若干塊的再組裝的形式，制樣時把各部分拼接成筒狀，在筒外使用鐵環將其固定，灌土分層壓實成型后再取下鐵環，掰開模具即可。

但是，在試樣制備過程中，常規的試樣制備裝置具由金屬材料加工而成，無法直觀地判斷與控制裝樣高度。對于需嚴格控制試樣直徑和高度的土體力學試驗，目前只能通過重復性的“裝樣—量測—拆樣”過程，來獲得相同的試樣。

因此設計一種合理的土工三軸試驗試樣制備裝置，用來制備較規范的土工三軸試樣，是十分有必要的；同時對三軸試驗成套設備的完善，也具有一定的實際意義。本發明的有益效果是：該三軸試驗試樣制備模具，結構簡單，方便實用，能快速組裝、拆卸，且組裝后整體性好，試樣制備效果良好。

發明內容

本發明的目的在于提供一種土工三軸試驗制樣裝置，該裝置可準確控制試樣高度，制作密實度較為均勻的三軸試樣。

本發明的目的還在于提供一種土工三軸試驗試樣的制備方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為一種高度可視化土工三軸試驗試樣裝置及試樣制備方法，其中，一種土工三軸試驗制樣裝置，包括雙瓣膜和套環兩部分，雙瓣膜用以控制試樣，套環用以調節試樣密實度，所述套環套在雙瓣膜外表面；雙瓣膜被軸向分為能嚴密合實的兩部分：對開半筒A和對開半筒B。雙瓣膜為鋼化玻璃材質。雙瓣膜分為上部、中部、底部三部分。雙瓣膜的底部為雙瓣膜與試驗儀器底座結合的部分，其高度與儀器底座高度一致。雙瓣膜中部為形成試樣的部分，雙瓣膜中部的高度滿足所制試樣高度與直徑之比為2.0～2.5的要求。雙瓣膜上部為放置與固定試樣帽的部分。為便于橡皮膜的固定及橡皮筋的綁扎，雙瓣膜的底部和上部內徑大于中部內徑，且上部與中部的外徑通過圓滑過渡銜接。

雙瓣膜上設有刻度且相互對稱。對開半筒A和對開半筒B拼裝后形成連接縫，刻度垂直于連接縫，對開半筒A和對開半筒B的兩側設置分別有刻度線(3)?？潭染€(3)的零點位于壓力室底座上透水石的頂部，其最小值為1mm。

在雙瓣膜中部，對開半筒A中間設有鋼化玻璃材質的真空抽氣孔(1)并連接橡膠抽氣導管(2)，從而使橡皮膜覆蓋并緊貼雙瓣膜的內表面。

所述套環為不銹鋼材質，套環包括套環環體(4)、連接螺栓桿、連接螺栓(5)；套環環體(4)上設有連接螺栓桿及連接螺栓(5)，通過調節連接螺栓(5)進而實現連接螺栓桿的鎖緊程度。

一種土工三軸試驗試樣制備方法：該制備方法包含以下步驟：步驟1：組裝雙瓣膜；步驟2：裝填土樣；步驟3：拆除雙瓣膜；具體而言，該步驟包括以下詳細步驟，

步驟一，組裝雙瓣膜。先在壓力室底座上依次放上透水石、濾紙，用橡皮筋將橡皮膜一端固定在壓力室底座上，保證橡皮膜不漏水漏氣。將對開半筒A與對開半筒B放置在壓力室底座兩側，并進行對接組裝。將套環環體(4)套在雙瓣膜的柱體中部，擰緊連接螺栓(5)，箍緊雙瓣膜。將連接抽氣孔的橡膠抽氣導管(2)與真空泵連接進行抽氣，使橡皮膜緊貼對開筒的內壁。

步驟二：裝填土樣。在模內注入適量無氣水，將在水中煮沸冷涼后的砂子，填入橡皮膜內，通過雙瓣膜上的刻度線(3)控制試樣高度。整平試樣表面，依次放上濾紙，透水石，試樣帽，并扎緊橡皮膜。

步驟三：拆除雙瓣膜。對試樣內部施加10KPa的負壓，使試樣站立。停止真空抽氣，將雙瓣膜柱體外部的套環拆除，然后將雙瓣膜拆除，試樣制備完成。

本發明的有益效果是：試樣裝置組裝方便快捷，試樣制備過程直觀，通過雙瓣膜上的刻度線可精確控制試樣制備高度，且真空抽氣確保試樣直徑沿高度保持一致，從而制作的三軸試樣密實度較均勻，獲得較為可靠的土工三軸試驗數據。

附圖說明