[發明專利]濕搗法制備空心圓柱砂土試樣的擊實裝置

在審

• 申請號: 201710024058.3
• 申請日: 2017-01-13
• 公開（公告）號: CN106644647A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 孫奇;董全楊;谷川;郭林;王鵬;楊璐;陳峰
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司33241
• 代理人: 鄭書利

技術領域

本發明涉及一種濕搗法制備空心圓柱砂土試樣的擊實裝置。

背景技術

天然沉積形成的土體力學特性十分復雜，由于受到沉積環境、地質歷史等因素的影響，土體具有明顯的結構性。土的結構性定義為土顆粒和孔隙的大小、形狀，顆粒排列形式，以及顆粒之間的相互作用力，并將顆粒排列的幾何特征稱為組構，將顆粒之間的相互作用力稱為顆粒聯結，即廣義的土體結構性包括組構與顆粒聯結。關于土的結構性研究的重要性，早在1925年就由Terzaghi指出，沈珠江院士稱之為21世紀土力學的核心，謝定義等認為土的結構性是決定各類土力學特性的一個最為根本的內在因素。然而對于土的結構性研究，施斌指出結構性難以測量和定量化，相比而言，組構較易定量化研究，結構中的許多信息可以從相應的組構中獲得，因而要了解土的結構性特征，首先要開展組構的研究。

在研究組構對砂土力學特性影響時，由于很難獲取原狀砂樣，往往采用不同制樣方法制備砂樣進行室內單元體試驗。制樣方法主要有落砂法、濕搗法、砂雨法、水下沉積法、水下震動法、濕振法等。已有研究表明，不同制樣方法制備的砂樣具有不同的組構。由落砂法制得的砂樣，其顆粒長軸的排列方向近于水平方向；由濕搗法制得的砂樣，其顆粒排列無最優排列方向，近于雜亂無章排列。濕搗法的具體操作為將試樣所需的砂烘干后與一定質量的無氣水均勻攪拌后用塑料薄膜包裹后放入密封容器內靜置；后將濕砂分成若干等份依次倒入成樣模具中，每份砂土經擊實器擊實，每層高度根據需要進行控制，通過施加不同程度的擊實能可以制成具有不同相對密實度的試樣。

已有的關于組構對砂土力學特性影響的試驗研究，多數基于三軸試驗。研究者通過對不同組構砂土的三軸不排水試驗研究發現，相同相對密實度和應力狀態下不同組構試樣在相同應力路徑下的力學性狀不同；通過對不同組構砂樣進行的三軸壓縮、三軸拉伸和扭剪試驗發現，無論在何種剪切模式和圍壓大小條件下，相同試驗條件下，落砂法試樣呈現出較強的剪縮性，而濕搗法試樣具有較強的剪脹性和較大剛度。然而，傳統的三軸試驗只能施加豎向力，無法實現更為復雜的應力路徑，因此研究內容較少。

自20世紀80年代以來，空心圓柱扭剪儀逐漸發展，該儀器可以獨立控制內外圍壓、軸向力以及扭矩，從而可以實現大主應力方向連續旋轉，中主應力系數變化等復雜應力路徑，進一步研究土體在波浪荷載、交通荷載等作用下的動力特性。但是，利用該儀器研究組構對砂土在復雜應力路徑下力學特性的影響卻鮮有報道。究其主要原因是，三軸試驗是實心圓柱試樣，進行濕搗法制樣時，采用配套的三軸圓柱體擊實器即可；而空心圓柱扭剪試驗沒有配套的擊實裝置。對于空心圓柱扭剪試樣，在內、外制樣模具形成的狹小空心圓柱空間中，傳統的圓柱體擊實器根本無法放入，而且模具高度較大，即使傳統的圓柱體擊實器縮小尺寸能夠放入其中，當擊實較底層土體時，很難將擊實器的小錘提起，另外，空心圓柱試樣是環形試樣，若采用縮小的傳統擊實器，由于與土樣接觸面較小，需要多次圍繞模具對砂樣進行擊實，如此以來，砂樣均勻性有很大的不確定性。因此利用傳統的擊實器無法制備空心圓柱扭剪砂樣。沒有空心圓柱扭剪試驗擊實裝置，則無法進行濕搗法制樣，嚴重限制了利用空心圓柱扭剪儀進行組構對砂土力學特性影響的研究。

發明內容

鑒于背景技術的不足，本發明所要解決的技術問題是提供一種濕搗法制備空心圓柱砂土試樣的擊實裝置，該裝置能夠在內、外制樣模具形成的圓柱空心空間內更加方便快捷且均勻地擊實砂土試樣。

為此，本發明提供的濕搗法制備空心圓柱砂土試樣的擊實裝置，包括基座和擊錘，其特征是：所述基座上帶有多個豎向分布的導向桿，每個導向桿上均套接有扇環形的擊錘，擊錘上固定有固定桿，固定桿上端與橫向分布的圓環固定連接。

本發明提供的濕搗法制備空心圓柱砂土試樣的擊實裝置能夠實現在內、外制樣模具形成的圓柱空心空間內采用濕搗法制備砂土試樣，同時解決鋼錘每次擊實試樣后無法從內、外制樣模具形成的狹小圓柱空心空間中提起的難題，從而可以獲取特定組構的砂土試樣，為后續進行利用空心圓柱扭剪儀研究組構（顆粒排列方式）對砂土力學特性的影響提供高質量砂土試樣。該裝置具有提高擊實效率，操作簡單方便等特點。

附圖說明

圖1為本發明第一種實施例提供的濕搗法制備空心圓柱砂土試樣的擊實裝置的結構示意圖。

圖2為圖1中的基座及導向桿在試驗筒體中的俯視圖示意圖。

圖3為圖1中的鋼錘及兩固定桿在試驗筒體中的俯視圖示意圖。

圖4為圖1中的橫向細圓環俯視圖示意圖。