多功能软黏土空心圆柱试样制样装置及制样方法制造方法及图纸

一种多功能软黏土空心圆柱试样制样装置，其手自两用试样内芯切取装置包括多功能底座、内芯切取圆柱状盛土容器及其支撑定位装置和内芯切取装置,所述内芯切取圆柱状盛土容器包括可拆卸分瓣式护筒和可拆卸分瓣式护筒底托，所述支撑定位装置由四根支撑定位竖杆和带标尺的支撑横杆组成，所述内芯切取装置包括内芯切取圆柱状钻筒、螺旋钻杆、转动手柄和可拆卸内芯取样定位探头；其空心圆柱试样外壁切削成型装置包括多功能底座、多根可拆卸粗、精切削土样外壁定位支撑竖杆、可拆卸切削护壁、顶板、顶部卡位护板和可拆卸削土顶托。该装置可为大型空心扭剪仪制取空心圆柱试样，将切削外壁和内芯切取功能的合二为一且实验全过程定位准确。

Multifunctional soft clay hollow column sample preparation device and sample preparation method

A multifunctional soft clay hollow cylinder sample manufacture device, the hand dual-purpose sample inner core cutting device comprises a multifunctional base, inner core cutting cylindrical soil container and supporting the positioning device and the inner core cutting device, wherein the inner core cutting cylindrical soil container including detachable flap type protective sleeve and a detachable split casing bottom bracket, the supporting positioning device is composed of a supporting rail four supporting vertical rod and a positioning belt scale, the inner core cutting device comprises an inner core cutting cylindrical drill tube, spiral drill pipe, a handle and can disassemble the inner core sampling positioning probe the outer wall of hollow cylinder specimen; cutting forming device comprises a multifunctional base, a plurality of removable coarse and fine cutting soil wall positioning supporting vertical rod and a detachable cutting wall, roof, the top card boards and a detachable soil cut backwater. The device can be used for hollow cylinder sample made of a large hollow torsional shear apparatus, and the cutting outer wall and the inner core cutting function are combined into one, and the whole process of the experiment is accurately positioned.

【技术实现步骤摘要】
多功能软黏土空心圆柱试样制样装置及制样方法
本专利技术涉及一种适用于研究土体动力特性扭剪试验的制样装置，特别涉及一种多功能软黏土空心圆柱试样制样装置，该装置适用于沿海软土、淤泥质土等高含水率、高压缩性、易扰动土体。
技术介绍
近年来，随着国内城市轨道交通工程的蓬勃发展，带动了一大批关于土体动力特性的研究项目，这些研究项目中通常均需要开展土体扭剪试验研究。目前针对此类项目开展试验最常用的大型仪器基本都是GCTS、GDS等少数国外品牌，试验前均需制取大尺寸试样，但是仪器本身均不配备制样装置。如何制取符合试验要求的空心圆柱试样，特别是如何在尽量减小对土体扰动情况下将原状土体制成满足扭剪试验要求的空心圆柱形试样，就成为当前亟待解决的棘手问题。此前国外对制取空心圆柱试样的制样方法大多分为机械式取芯法和电渗式取芯法两种，前者以英国帝国理工学院的研究成果为代表，应用对象是强度很高的伦敦超固结黏土，采用方法是先切削外壁使之符合要求，然后水平固定试样后采用钻刀渐进修正掏挖土样，使内径符合要求；后者以以色列科学技术研究所的研究成果为代表，针对土样是天然含水率达到80％-100％，液限接近90％的高灵敏度软土，采用方法是通过施加直流电源正负极，利用电势降使试样中的水产生流动而形成润滑作用，切割外壁和内芯时也是联通电极，用张紧的电线切割掏挖土样，使土屑自然分离。国内目前采用的制样方法以浙江大学方法为主，采用机械式掏挖内芯，先切削外壁，然后采用螺旋钻头从土样底部即从下而上的方式掏空土样。经过分析比较发现上述方法均有其制约性，比如机械式取芯法针对大尺寸试样缺乏定位孔心的校准手段，再加上分步骤实施，很容易在实施过程由于缺少着力支撑点造成偏孔，且对软黏土扰动过大；电渗式取芯法对于国内沿海地区软黏土不适合，由于很多土的含水量达不到国外该方法的制取前提条件，导致通电渗流过程较难产生理想的润滑效果，而用来切割内芯的电线对于较大尺寸和较高尺寸试验制取时候同样出现校准定位不准确，张拉不到位，最终导致制样失败；国内浙大的方法虽然有一定进步性，但是先切削外壁的方法一旦遇到后期内芯取土偏孔造成的尺寸不符，整个试样只好废掉，同时，从底部旋转式掏挖土样的方法也同样遇到没有准确定位和直线切削偏孔造成的尺寸不符问题。另外，上述三种方法都有一个通病，即土样内芯切削和外壁切削由于装置未能合二为一，在转移土样和制样过程对土的扰动过大，影响后期试验参数准确性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于研发弥补现有技术空白，而提供一种多功能软黏土空心圆柱试样制样装置，该装置适用于沿海高含水量、高压缩性、高灵敏度的软黏土土样，既可以为GCTS、GDS等主流大型空心扭剪仪制取空心圆柱试样，又能实现切削外壁和内芯切取功能的合二为一，尽量减小对土样的扰动，同时在制样过程中充分考虑到土样特点，可完美实现实验全过程的准确定位。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种多功能软黏土空心圆柱试样制样装置，其特征在于：由手自两用试样内芯切取装置和空心圆柱试样外壁切削成型装置组成，两套装置共用一个多功能底座，该多功能底座内附带定位标尺和可升降削土底托，底托上制有多个插针；其中手自两用试样内芯切取装置包括多功能底座、内芯切取圆柱状盛土容器及其支撑定位装置和内芯切取装置,所述内芯切取圆柱状盛土容器包括可拆卸分瓣式护筒和可拆卸分瓣式护筒底托，可拆卸分瓣式护筒安装在可拆卸分瓣式护筒底托上，可拆卸分瓣式护筒底托与多功能底座连接，所述支撑定位装置由四根支撑定位竖杆和带标尺的支撑横杆组成，四根支撑定位竖杆均布在可拆卸分瓣式护筒外围且与可拆卸分瓣式护筒底托固接，相邻两根支撑定位竖杆之间连接带标尺的支撑定位横杆，相对两根支撑定位竖杆之间连接定位水平标尺，所述内芯切取装置包括可替换尺寸的内芯切取圆柱状钻筒、螺旋钻杆、转动手柄和可拆卸内芯取样定位探头；空心圆柱试样外壁切削成型装置的多功能底座外围固装多根可拆卸粗切削土样外壁定位支撑竖杆，多根可拆卸粗切削土样外壁定位支撑竖杆内侧固装多根可拆卸精切削土样外壁定位支撑竖杆，这些定位支撑竖杆之间安装可拆卸切削护壁、这些定位支撑竖杆的顶部连接顶板，顶板的上部和底部分别连接顶部卡位护板和可拆卸削土顶托，可拆卸削土顶托的上部安装螺栓，下端制有插针。上述可拆卸分瓣式护筒内放置可拆卸分瓣式护筒固定卡扣。上述可拆卸分瓣式护筒底托与多功能底座之间通过护筒-多功能底座固定螺栓连接。上述支撑定位竖杆与带标尺的支撑横杆之间、支撑定位竖杆与定位水平标尺之间均通过固定螺栓连接。上述顶板和顶部卡位护板之间、顶板和多根可拆卸粗切削土样外壁定位支撑竖杆之间、可拆卸切削护壁与顶板和顶部卡位护板之间均采用固定螺栓连接。本装置进行制样步骤如下：①将取得的原状软黏土大尺寸土样轻置在可拆卸分瓣式护筒中，并用可拆卸分瓣式护筒固定卡扣固定，将可拆卸分瓣式护筒、可拆卸分瓣式护筒底托通过护筒底托-多功能底座固定螺栓固定在多功能底座上；②将四根支撑定位竖杆固定立置在可拆卸分瓣式护筒底托上，将定位水平标尺连接在相对的支撑定位竖杆之间，将可拆卸内芯取样定位探头安装在定位水平标尺上，根据试验用试样的空心内径和试样外径尺寸进行中心定位留标记，确定后将可拆卸内芯取样定位探头取下固定在需要钻取的空心内经圆心处。然后拆卸定位水平标尺；③更换安装内芯切取套筒的支撑横杆并与支撑定位竖杆固定，根据试验用尺寸选取合适的内芯切取圆柱状钻筒及配套螺旋钻杆和配套转动手柄，并依次安装好；调试支撑横杆位置，使得内芯切取圆柱状钻筒下部刚刚好接触土样表面，此时固定支撑横杆，根据已经确定的钻芯的内径和圆心，按照横杆上标尺位置，调整钻筒使得钻筒圆心和上一步确定的需钻取的内芯圆心刚好重合，最后确定否连接外部电机；④安装完毕后检查装置彼此连接完好，旋转配套手柄确定螺旋钻杆带动内芯切取圆柱状钻筒均匀向下；⑤当内芯切取圆柱状钻筒每次钻入原状试样的内芯深度达到20mm-30mm时，将旋转手柄反方向旋转操作，旋出钻筒，将钻筒内土体清除，再重新钻入；⑥当内芯切取圆柱状钻筒取芯的累计深度超过试样标准高度的30mm时停止钻孔，将旋转手柄反方向旋转操作，旋出钻筒；⑦完成上述工作后即可以按照以下顺序拆除手自两用试样内芯切取装置；⑧更换空心圆柱试样外壁削切成型装置，先将可拆卸粗切削土样外壁定位支撑竖杆安装在多功能底座上，然后旋转底座内升降控制按钮，将隐藏在多功能底座内可升降削土底托升起，将底托按照定位插入护筒内的土体下端，底托上的针刚好扎入并抓牢土体，随后调整可拆卸削土定位顶托使得顶托下端针刚好将护筒内土体的上端抓牢且定位准确,定位顶托上部螺栓从下向上穿过顶板、顶部卡位护板拧紧,将顶部卡位护板和顶板、顶板和可拆卸粗切削土样外壁定位支撑竖杆固定，此时松开可拆卸分瓣式护筒固定卡扣，去掉可拆卸分瓣式护筒，用钢丝锯沿可拆卸切削外壁定位支撑竖杆对原状空心试样进行外壁切割，确保土样尺寸初步符合精确削切土样外壁定位支撑杆的最大外围尺寸；⑨确保削土底托、空心土样、顶托定位不变，轻轻松开顶托上部螺栓，拿开顶板、顶部卡位护板，重新插入可拆卸精确削切土样外壁定位支撑杆及用于保护土样且配合定位支撑杆使用的可拆卸切削护壁，重新放回固定顶板、顶部卡位护板，重复之前固定步骤，确保顶板和可拆卸粗切削土样外壁定位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能软黏土空心圆柱试样制样装置，其特征在于：由手自两用试样内芯切取装置和空心圆柱试样外壁切削成型装置组成，两套装置共用一个多功能底座，该多功能底座内附带定位标尺和可升降削土底托，底托上制有多个插针；其中手自两用试样内芯切取装置包括多功能底座、内芯切取圆柱状盛土容器及其支撑定位装置和内芯切取装置,所述内芯切取圆柱状盛土容器包括可拆卸分瓣式护筒和可拆卸分瓣式护筒底托，可拆卸分瓣式护筒安装在可拆卸分瓣式护筒底托上，可拆卸分瓣式护筒底托与多功能底座连接，所述支撑定位装置由四根支撑定位竖杆和带标尺的支撑横杆组成，四根支撑定位竖杆均布在可拆卸分瓣式护筒外围且与可拆卸分瓣式护筒底托固接，相邻两根支撑定位竖杆之间连接带标尺的支撑定位横杆，相对两根支撑定位竖杆之间连接定位水平标尺，所述内芯切取装置包括可替换尺寸的内芯切取圆柱状钻筒、螺旋钻杆、转动手柄和可拆卸内芯取样定位探头；空心圆柱试样外壁切削成型装置的多功能底座外围固装多根可拆卸粗切削土样外壁定位支撑竖杆，多根可拆卸粗切削土样外壁定位支撑竖杆内侧固装多根可拆卸精切削土样外壁定位支撑竖杆，这些定位支撑竖杆之间安装可拆卸切削护壁、这些定位支撑竖杆的顶部连接顶板，顶板的上部和底部分别连接顶部卡位护板和可拆卸削土顶托，可拆卸削土顶托的上部安装螺栓，下端制有插针。...

【技术特征摘要】
1.一种多功能软黏土空心圆柱试样制样装置，其特征在于：由手自两用试样内芯切取装置和空心圆柱试样外壁切削成型装置组成，两套装置共用一个多功能底座，该多功能底座内附带定位标尺和可升降削土底托，底托上制有多个插针；其中手自两用试样内芯切取装置包括多功能底座、内芯切取圆柱状盛土容器及其支撑定位装置和内芯切取装置,所述内芯切取圆柱状盛土容器包括可拆卸分瓣式护筒和可拆卸分瓣式护筒底托，可拆卸分瓣式护筒安装在可拆卸分瓣式护筒底托上，可拆卸分瓣式护筒底托与多功能底座连接，所述支撑定位装置由四根支撑定位竖杆和带标尺的支撑横杆组成，四根支撑定位竖杆均布在可拆卸分瓣式护筒外围且与可拆卸分瓣式护筒底托固接，相邻两根支撑定位竖杆之间连接带标尺的支撑定位横杆，相对两根支撑定位竖杆之间连接定位水平标尺，所述内芯切取装置包括可替换尺寸的内芯切取圆柱状钻筒、螺旋钻杆、转动手柄和可拆卸内芯取样定位探头；空心圆柱试样外壁切削成型装置的多功能底座外围固装多根可拆卸粗切削土样外壁定位支撑竖杆，多根可拆卸粗切削土样外壁定位支撑竖杆内侧固装多根可拆卸精切削土样外壁定位支撑竖杆，这些定位支撑竖杆之间安装可拆卸切削护壁、这些定位支撑竖杆的顶部连接顶板，顶板的上部和底部分别连接顶部卡位护板和可拆卸削土顶托，可拆卸削土顶托的上部安装螺栓，下端制有插针。2.根据权利要求1所述的多功能软黏土空心圆柱试样制样装置，其特征在于：上述可拆卸分瓣式护筒内放置可拆卸分瓣式护筒固定卡扣。3.根据权利要求1所述的多功能软黏土空心圆柱试样制样装置，其特征在于：上述可拆卸分瓣式护筒底托与多功能底座之间通过护筒-多功能底座固定螺栓连接。4.根据权利要求1所述的多功能软黏土空心圆柱试样制样装置，其特征在于：上述支撑定位竖杆与带标尺的支撑横杆之间、支撑定位竖杆与定位水平标尺之间均通过固定螺栓连接。5.根据权利要求1所述的多功能软黏土空心圆柱试样制样装置，其特征在于：上述顶板和顶部卡位护板之间、顶板和多根可拆卸粗切削土样外壁定位支撑竖杆之间、可拆卸切削护壁与顶板和顶部卡位护板之间均采用固定螺栓连接。6.一种根据权利要求1所述的多功能软黏土空心圆柱试样制样装置的制样方法，其特征在于：包括如下步骤：①将取得的原状软黏土大尺寸土样轻置在可拆卸分瓣式护筒中，并用可拆卸分瓣式护筒固定卡扣固定，将可拆卸分瓣式护筒、可拆卸分瓣式护筒底托通过护筒底托-多功能底座固定螺栓固定在多功能底座上；②将四根支撑定位竖杆固定立置在可拆卸分瓣式护筒底托上，将定位水平标尺...

【专利技术属性】
技术研发人员：张彦，刘中宪，毕铭，赵瑞斌，曾西，尚伟，
申请(专利权)人：天津城建大学，
类型：发明
国别省市：天津,12