一种侧插探针式三轴土样制样装置及方法制造方法及图纸

技术编号:21887744 阅读:15 留言:0更新日期:2019-08-17 13:00
本发明专利技术公开了一种侧插探针式三轴土样制样装置及方法,包括试样顶帽、试样底座、对开模具和乳胶膜,乳胶膜顶部套装于顶帽凸台外部,乳胶膜底部套装于底座凸台外部,对开模具配合安装于乳胶膜外部,乳胶膜上开有耳环孔,对开模具上开有定位孔,对开模具的定位孔中安装有耳环,耳环由耳环部和筒体部组成,耳环部位于乳胶膜内侧,筒体部依次配合穿过耳环孔和定位孔,耳环内部安装探针传感器,探针传感器包括探针和线缆,探针置于乳胶膜的土样腔中,线缆置于耳环外部;试样顶帽开有与土样腔相连通的出水孔道,试样底座开有进水孔道。本发明专利技术可以完成预先植入探针传感器的三轴土样制备,用于测定土样内部的应力、温度、水分、声学或应力波等特征参数。

A Tri-Axis Soil Sampling Device with Side-inserted Probe and Its Method

【技术实现步骤摘要】
一种侧插探针式三轴土样制样装置及方法
本专利技术涉及岩土工程土工室内试验
,尤其涉及一种侧插探针式三轴土样制样装置及方法。
技术介绍
随着我国经济的持续发展,在交通、能源、矿山、水利水电等领域,越来越多的岩土工程正在兴建。准确获取岩土体的物理力学参数决定着岩土工程的长期安全稳定的运营,是岩土工程设计的重要依据。三轴土工试验是获取岩土体物理力学参数的重要方法,它可以模拟土体原位环境的受力情况,取得土体的强度参数,对工程实践和科学研究具有重要意义。通常情况下,常规三轴试验仅能获取岩土样品的抗剪强度参数。但是,在有些情况下,由于科学研究或者工程建设的需要,需要测定土样在三轴应力条件下,其土样内部的应力、温度、水分、声学、应力波等参数的分布特征和梯度变化规律。因而,需要在常规三轴样品沿高度方向预先植入相关传感器,来测定上述这些参数。但现有的用于常规土工三轴试验的制样装置,无法完成需要预先植入传感器的三轴土样的制备,进而无法开展后续的相关试验研究。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足之处,本专利技术的目的在于提供一种侧插探针式三轴土样制样装置及方法,制样装置与原有常规三轴底座配合使用,可以完成预先植入探针传感器的三轴土样制备,用于测量三轴应力条件下土样内部的应力、温度、水分、声学或应力波等参数的分布特征和梯度变化规律;本专利技术可以根据具体试验要求来调整植入传感器的间距,具有原理清晰、结构简单、安装和拆卸快速等优点。本专利技术的目的通过下述技术方案实现:一种侧插探针式三轴土样制样装置,包括试样顶帽、试样底座、对开模具和乳胶膜,所述试样顶帽底部具有顶帽凸台,所述试样底座顶部具有底座凸台,所述乳胶膜顶部套装于顶帽凸台外部,所述乳胶膜底部套装于底座凸台外部,所述乳胶膜内部具有土样腔;所述对开模具由两个半模组合而成,所述对开模具配合安装于乳胶膜外部,所述乳胶膜上开有若干个耳环孔,所述对开模具上开有与耳环孔相配合的定位孔,所述对开模具的定位孔中安装有耳环,所述耳环由耳环部和筒体部组成,所述耳环部内部具有筒腔A,所述筒体部内部具有与筒腔A相连通的筒腔B,所述耳环部的外径大于筒体部的外径,所述耳环部位于乳胶膜内侧,所述筒体部依次配合穿过乳胶膜的耳环孔和对开模具上的定位孔,所述耳环内部安装探针传感器,所述探针传感器包括探针和与探针连接的线缆,所述探针传感器的探针置于乳胶膜的土样腔中,所述线缆置于耳环外部;所述试样顶帽开有与土样腔相连通的出水孔道,所述试样底座开有与土样腔相连通的进水孔道。为了更好地实现本专利技术,所述乳胶膜顶部通过橡胶密封圈C紧密锁紧于顶帽凸台外部,所述乳胶膜底部通过橡胶密封圈B紧密锁紧于底座凸台外部。作为优选,本专利技术还包括插销组件,所述插销组件由连接板和固定于连接板底部的两个插销组成,所述对开模具的半模两侧对应开有与插销相配合的插销孔,所述对开模具的两个半模对应接触侧通过插销连接锁定。作为优选,所述乳胶膜上开有上下两个耳环孔,所述对开模具上开有上下两个定位孔,两个定位孔与两个耳环孔一一对应,两个定位孔中分别对应安装一个耳环。作为优选,所述对开模具的定位孔中密封安装有橡胶密封圈A,所述橡胶密封圈A紧密包裹于筒体部外侧壁上。作为优选,所述橡胶密封圈A、橡胶密封圈B、橡胶密封圈C均为○形橡胶圈。作为优选,所述耳环由橡胶材料制造而成。作为优选,所述乳胶膜的土样腔中装有土样。一种侧插探针式三轴土样制样方法,包括制样装置,其方法步骤如下:1)、首先清理制样桌面,检查制样装置的所有探针传感器是否干净整洁且完好无损;2)、预先在乳胶膜上开有上下两个与耳环的筒体部外径相配合的耳环孔,根据预制样品的干密度、孔隙比指标计算并称取所需重量的土样,并分成若干等份;3)、将制样装置的试样底座水平置于制样桌面上,并在试样底座的底座凸台上表面放置一张滤纸,将乳胶膜下端套在试样底座的底座凸台外侧壁上,并用橡胶密封圈B环向扎紧于底座凸台上,将对开模具的两个半模配合安装于乳胶膜外部以使对开模具底部内壁压紧底座凸台外的橡胶密封圈B,同时保证对开模具上的定位孔与乳胶膜上的耳环孔一一对应;将耳环的筒体部穿过乳胶膜的耳环孔和对开模具的定位孔,耳环的耳环部紧密贴合于乳胶膜内壁,并用橡胶密封圈A压紧乳胶膜外壁使乳胶膜密封套装于耳环的筒体部根部外壁上,同时使耳环整体将乳胶膜紧密贴合在对开模具的内壁面上;然后,将插销组件的插销对应插入对开模具上的插销孔中以连接锁紧对开模具;4)、将步骤2)中的第一份土样采用砂雨法经漏斗落入乳胶膜内,将土样表面刮平,采用橡皮锤敲击对开模具外侧壁以使土样沉降,直至土样上表面与对开模具最下部的定位孔的圆心处于同一高度;5)、取一个探针传感器,在探针传感器外侧面涂抹一层凡士林,将探针传感器安装于下部耳环中,调整探针传感器的探针位置并使探针传感器的探针置于土样的中心位置,以使得探针传感器的探针与土样紧密接触,然后刮毛土样的上表面;6)、继续取步骤2)中的等份土样经漏斗落入乳胶膜内,将土样表面刮平,采用橡皮锤敲击对开模具外侧壁以使土样沉降,直至土样上表面与对开模具上一层的定位孔的圆心处于同一高度;再取一个探针传感器,在探针传感器外侧面涂抹一层凡士林,将探针传感器安装于上部耳环中,调整探针传感器的探针位置并使探针传感器的探针置于土样的中心位置,以使得探针传感器的探针与土样紧密接触,然后刮毛土样的上表面;7)、向乳胶膜中继续添加土样,直至将对开模具侧壁上的所有探针传感器的探针全部置于土样的中心位置,使得探针传感器的探针与土样紧密接触,然后刮毛土样的上表面;往乳胶膜中继续添加土样和敲击对开模具外侧壁使土样沉降,直至土样达到预定高度位置;8)、将乳胶膜顶部向下翻并套在对开模具顶端,在土样顶面放一张滤纸,然后安装试样顶帽,再将乳胶膜向上翻并套在试样顶帽的顶帽凸台外侧壁上,并用一个橡胶密封圈C扎紧乳胶膜,至此装样完毕,所有探针传感器得以精确地埋入到沿土样高度的预设位置,从而获得侧插探针的三轴土样;9)、将两个插销组件拔出,轻轻敲开并取走对开膜具的两个半模,制样完成,可以开展后续的三轴试验。本专利技术较现有技术相比,具有以下优点及有益效果:(1)本专利技术可根据实验方案的需求来选配应力、温度、水分、声学或应力波等不同类型的探针传感器,可以在三轴土样内部预先植入探针传感器,且植入探针传感器的数量根据实际需要来选择。(2)本专利技术提供了一种可侧插探针式的三轴土样制样装置,可以根据需要,在原有三轴土样制样底座上等间距加工出定位孔,并安装对应数量的探针传感器,辅以简单的密封部件,即可实现制备可插探针式的三轴土样,进而可以研究土样在三轴应力条件下,土样内部压力、温度、水分、声学或应力波等特征参数的变化。(3)本专利技术具有原理清晰、结构简单、安装和拆卸快速等优点。附图说明图1为本专利技术的结构示意图;图2为插销组件的结构示意图;图3为耳环的结构示意图;图4为本专利技术实施例中所用的φ4型声波探针传感器的示意图;图5为本专利技术实施例中所用的φ4型声波探针传感器的结构示意图;图6为采用本专利技术制备三轴土样后,在三轴应力条件下进行土体声衰减试验测试的试验结果案例;图7为声衰减测试原理图。其中,附图中的附图标记所对应的名称为:1-试样顶帽,2-探针传感器,21-探杆管,211-探头防水保护套,212本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种侧插探针式三轴土样制样装置,其特征在于:包括试样顶帽(1)、试样底座(7)、对开模具(13)和乳胶膜(10),所述试样顶帽(1)底部具有顶帽凸台(11),所述试样底座(7)顶部具有底座凸台(71),所述乳胶膜(10)顶部套装于顶帽凸台(11)外部,所述乳胶膜(10)底部套装于底座凸台(71)外部,所述乳胶膜(10)内部具有土样腔;所述对开模具(13)由两个半模组合而成,所述对开模具(13)配合安装于乳胶膜(10)外部,所述乳胶膜(10)上开有若干个耳环孔,所述对开模具(13)上开有与耳环孔相配合的定位孔(4),所述对开模具(13)的定位孔(4)中安装有耳环(6),所述耳环(6)由耳环部(62)和筒体部(61)组成,所述耳环部(62)内部具有筒腔A,所述筒体部(61)内部具有与筒腔A相连通的筒腔B,所述耳环部(62)的外径大于筒体部(61)的外径,所述耳环部(62)位于乳胶膜(10)内侧,所述筒体部(61)依次配合穿过乳胶膜(10)的耳环孔和对开模具(13)上的定位孔(4),所述耳环(6)内部安装有探针传感器(2),所述探针传感器(2)包括探针和与探针连接的线缆(3),所述探针传感器(2)的探针置于乳胶膜(10)的土样腔中,所述线缆(3)置于耳环(6)外部;所述试样顶帽(1)开有与土样腔相连通的出水孔道(8),所述试样底座(7)开有与土样腔相连通的进水孔道(14)。...

【技术特征摘要】
1.一种侧插探针式三轴土样制样装置,其特征在于:包括试样顶帽(1)、试样底座(7)、对开模具(13)和乳胶膜(10),所述试样顶帽(1)底部具有顶帽凸台(11),所述试样底座(7)顶部具有底座凸台(71),所述乳胶膜(10)顶部套装于顶帽凸台(11)外部,所述乳胶膜(10)底部套装于底座凸台(71)外部,所述乳胶膜(10)内部具有土样腔;所述对开模具(13)由两个半模组合而成,所述对开模具(13)配合安装于乳胶膜(10)外部,所述乳胶膜(10)上开有若干个耳环孔,所述对开模具(13)上开有与耳环孔相配合的定位孔(4),所述对开模具(13)的定位孔(4)中安装有耳环(6),所述耳环(6)由耳环部(62)和筒体部(61)组成,所述耳环部(62)内部具有筒腔A,所述筒体部(61)内部具有与筒腔A相连通的筒腔B,所述耳环部(62)的外径大于筒体部(61)的外径,所述耳环部(62)位于乳胶膜(10)内侧,所述筒体部(61)依次配合穿过乳胶膜(10)的耳环孔和对开模具(13)上的定位孔(4),所述耳环(6)内部安装有探针传感器(2),所述探针传感器(2)包括探针和与探针连接的线缆(3),所述探针传感器(2)的探针置于乳胶膜(10)的土样腔中,所述线缆(3)置于耳环(6)外部;所述试样顶帽(1)开有与土样腔相连通的出水孔道(8),所述试样底座(7)开有与土样腔相连通的进水孔道(14)。2.按照权利要求1所述的一种侧插探针式三轴土样制样装置,其特征在于:所述乳胶膜(10)顶部通过橡胶密封圈C(52)紧密锁紧于顶帽凸台(11)外部,所述乳胶膜(10)底部通过橡胶密封圈B(51)紧密锁紧于底座凸台(71)外部。3.按照权利要求1所述的一种侧插探针式三轴土样制样装置,其特征在于:还包括插销组件(15),所述插销组件(15)由连接板和固定于连接板底部的两个插销(151)组成,所述对开模具(13)的半模两侧对应开有与插销(151)相配合的插销孔(12),所述对开模具(13)的两个半模对应接触侧通过插销(151)连接锁定。4.按照权利要求1所述的一种侧插探针式三轴土样制样装置,其特征在于:所述乳胶膜(10)上开有上下两个耳环孔,所述对开模具(13)上开有上下两个定位孔(4),两个定位孔(4)与两个耳环孔一一对应,两个定位孔(4)中分别对应安装一个耳环(6)。5.按照权利要求1或4所述的一种侧插探针式三轴土样制样装置,其特征在于:所述对开模具(13)的定位孔(4)中密封安装有橡胶密封圈A(5),所述橡胶密封圈A(5)紧密包裹于筒体部(61)外侧壁上。6.按照权利要求5所述的一种侧插探针式三轴土样制样装置,其特征在于:所述橡胶密封圈A(5)、橡胶密封圈B(51)、橡胶密封圈C(52)均为○形橡胶圈。7.按照权利要求1或4所述的一种侧插探针式三轴土样制样装置,其特征在于:所述耳环(6)由橡胶材料制造而成。8.按照权利要求1所述的一种侧插探针式三轴土样制样装置,其特征在于:所述乳胶膜(10)的土样腔中装有土样(9)。9.一种侧插探针式三轴土样制样方法,包括权利要求1~8任一项的制样装置,其特征在于:其方法步骤如下:1)、首先清理制样桌面,检查制样装置的所有探针传感器(2)是否干净整洁且完好无损;2)、预先在乳胶膜(10)上开有上下两个与耳环...

【专利技术属性】
技术研发人员:王勇杨志勇孔令伟徐国方王艳丽韩珠峰
申请(专利权)人:中国科学院武汉岩土力学研究所
类型:发明
国别省市:湖北,42

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