一种土工试验无粘性土试样的制备装置及其制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种土工试验无粘性土试样的制备装置及其制备方法，该装置包括试样装填部分、试样压实部分、试样预饱和部分和抽真空部分；试样装填部分包括第一对开模、第二对开模、底部套环、顶部套环、两个环形箍、两个橡胶圈和橡皮膜；本发明专利技术通过抽真空的方法，使得橡皮膜平整地紧贴第一对开模和第二对开模的内壁，有助于减小试样侧面的缺陷，保证了试样侧面的均匀平整；底部套环提高了试样装填部分的底部稳定性，顶部套环有助于减少顶部试样制样过程中土样质量损失和对土工试验装置的污染；预饱和部分和抽真空部分具有通用性，根据土工试验装置和试样尺寸调整试样装填部分和试样压实部分的尺寸后，可用于不同的精密土工试验的无粘性土制样。

A device for preparing cohesive soil sample for geotechnical test and its preparation method

The invention discloses a preparation device for cohesionless soil sample in geotechnical test and a preparation method thereof, which comprises a sample loading part, a sample compacting part, a sample pre-saturating part and a vacuum extracting part, and a sample loading part including a first pair of open dies, a second pair of open dies, a bottom sleeve ring, a top sleeve ring, two annular hoops, etc. Two rubber rings and rubber film; the invention makes the rubber film smoothly adhere to the inner wall of the first and second pairs of open dies by means of vacuum evacuation, which helps to reduce the defect of the side of the sample and ensures the uniformity of the side of the sample; the bottom ring improves the bottom stability of the loading part of the sample, and the top ring helps. In order to reduce the loss of soil sample quality and the contamination of geotechnical test equipment during the top sample preparation, the pre-saturated part and the vacuum part are universal. After adjusting the size of sample loading part and sample compaction part according to the geotechnical test equipment and sample size, the non-cohesive soil sample preparation can be used in different precision geotechnical tests.

【技术实现步骤摘要】
一种土工试验无粘性土试样的制备装置及其制备方法
本专利技术涉及岩土工程的室内土工试验
，尤其涉及一种土工试验无粘性土试样的制备装置及其制备方法。
技术介绍
室内土工试验是揭示土体的各种物理、力学性质的主要途径之一，可为工程设计、理论或数值计算等过程中土性参数的确定提供科学依据。室内土工试验是基于合适的土单元体试样开展的，原状土经原位取样后再通过切削的方法可以直接获取试验所需试样，但由于实际工程实践和研究项目中常常遇到原位取样扰动大、取样难度大、或原状样数量有限、难以运输、保存等情况，通常采用重塑土来进行系统详尽的室内土工试验研究。已有的研究表明，当采用重塑土进行室内土工试验时，土单元体试样的制样质量对精密土工试验的结果和精度均有显著影响，特别是对采用精密土单元体试验装置(如GDS高级三轴/动三轴试验装置、GDS共振柱试验装置等)开展的室内土工试验。由于粘性土一般均具有较大的粘聚力，重塑土试样有良好的整体稳定性，可以直接购买到所需的粘性土制样模具，通过成熟的固结法或击实法技术获得土工试验所需的试样。然而，无粘性土(例如砂)几乎不具有粘聚力，土体具有散粒性的特征，如若不采取科学的制样模具和有效的制样措施，很难获得室内土工试验所需的无粘性土试样。此外，若采用无粘性土试样与土工试样装置分离的制样，极易对无粘性土试样造成不同程度的损伤，将影响制样质量和后续的试验精度，因此，建议无粘性土试样直接在土工试样装置的试样安装底座上进行制样。目前，尚无公认统一的无粘性土试样制备装置，已有的文献和专利中的无粘性土试样制备装置仍存在如下三个缺点：(1)采用的双瓣模直接套在土工试样装置的试样安装底座上，不采取任何对双瓣模与试样安装底座连接处的保护措施，不能保证无粘性土制样过程中敲击双瓣模和击实试样对双瓣模与试样安装底座连接的影响，从而可能影响制备的试样底部的均匀性以及试样与试样安装底座的中轴线重合连接；(2)无粘性土制样过程中，不采取辅助的击实措施，即不能保证击实的下落高度一致，也不能定位每次击实时击实锤的击实区域(可能存在偏心击实)，对制样的均匀性将造成不利影响；(3)双瓣模顶部与试样顶部齐平，且不采取措施辅助顶层土制样，顶层土填筑时浇筑的高度超过双瓣模高度，一方面，在击实过程中浇筑的土样的质量可能损失并污染土工试验装置，另一方面，为减少试样质量损失，一般试样顶层表面的土体会尽量浇筑于试样的顶部中心区域，导致试样顶层区域的土体密度不均匀。事实上，以GDS共振柱试验为例，试样的轴向和径向位移传感器均安装于试样的顶部区域，试样顶层的制样质量将直接影响试验。为克服上述缺点，需要研制与土工试样装置的试样安装底座有效连接的精准的无粘性土试样制备装置及其制备方法。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种土工试验无粘性土试样的制备装置及试验制备方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种土工试验无粘性土试样的制备装置，包括试样装填部分、试样压实部分、试样预饱和部分和抽真空部分；所述试样装填部分包括第一对开模、第二对开模、底部套环、顶部套环、第一环形箍、第二环形箍、第一橡胶圈、第二橡胶圈、橡皮膜；所述第一对开模和第二对开模的内壁设有导气槽；所述第二对开模中部设有通气孔；所述第一对开模和第二对开模通过第一环形箍、第二环形箍上下对齐连接，两者相接后的截面为一个完整的圆形；所述第一对开模和第二对开模连接后通过底部套环围绕土单元体试样底座垂直地安装在土工试验仪器底座上；所述土工试验仪器底座上具有连通试样底部的阀门；所述顶部套环安装在第一对开模和第二对开模的顶部，用于试样装填部分和试样压实部分的连接；所述橡胶膜平整地紧贴于第一对开模和第二对开模的内壁，一端套在土单元体试样底座上并通过第一橡胶圈固定，另一端套在第一对开模和第二对开模顶部的外壁并通过第二橡胶圈固定；所述试样压实部分包括压实套筒、压实锤和压实杆；所述压实套筒上具有压实套筒刻度线，所述压实杆上具有压实杆刻度线；压实套筒零刻度线位于压实套筒刻度线的底部，压实杆零刻度线位于压实杆刻度线的顶部；所述压实套筒的底部与顶部套环可拆卸连接；所述压实杆正交连接于压实锤的中心；所述压实锤在压实杆的带动下能够在压实套筒、第一对开模和第二对开模构成的腔体内上下运动，对试样进行压实；在压实后的试样顶面上安装土单元体试样顶帽，土单元体试样顶帽上具有顶帽通管；所述试样预饱和部分由抽真空预饱和配件、通水预饱和配件和二氧化碳气罐组成；所述抽真空预饱和配件包括第一有机玻璃圆筒、第一有机玻璃底座、第一进气/进水阀、第一负压表、盖帽、抽真空阀门、通气口；所述第一有机玻璃圆筒通过橡皮圈与盖帽密封连接；第一有机玻璃圆筒的底部与第一有机玻璃底座连接，第一有机玻璃底座安装有第一进气/进水阀和第一负压表；第一进气/进水阀与顶帽通管连接；所述盖帽上具有通气口并设置有抽真空阀门；所述通水预饱和配件包括第二有机玻璃圆筒、第二有机玻璃底座、第二进气/进水阀、第二负压表；所述第二有机玻璃圆筒的顶部是敞口的；第二有机玻璃圆筒的底部与第二有机玻璃底座连接；第二有机玻璃底座安装有第二进气/进水阀和第二负压表；第二进气/进水阀通过管路连接土工试验仪器底座上连通试样底部的阀门；所述二氧化碳气罐通过管路连接土工试验仪器底座上连通试样底部的阀门；所述抽真空部分包括带真空压力控制阀的真空泵，所述真空泵分别连接第一对开模和第二对开模内壁的导气槽、盖帽上的通气口。进一步地，所述第一对开模和第二对开模相接处的切面是光滑，通过第一环形箍、第二环形箍使得第一对开模和第二对开模相接处是密封连接的；所述第一环形箍安装于靠近第一对开模和第二对开模底部1/3高度处；所述第二环形箍安装于靠近第一对开模和第二对开模顶部1/3高度处。进一步地，所述第一对开模、第二对开模、底部套环、顶部套环的材质为耐磨损的金属，包括不锈钢、铝合金；所述第一环形箍、第二环形箍的材质为不锈钢；所述压实套筒的材质为透明的有机玻璃；所述压实锤、压实杆的材质为黄铜或者不锈钢。进一步地，所述第一对开模和第二对开模的高度为试样高度与土单元体试样底座高度之和；对接后的带橡皮膜的第一对开模和第二对开模的内径等于试样的直径；所述第一对开模和第二对开模的底部具有容纳土单元体试样底座和第一橡胶圈的槽口，槽口尺寸由橡皮膜的厚度和第一橡胶圈的直径确定；所述第一对开模和第二对开模靠近顶部/高度范围内的外径小于靠近底部2/3高度范围内的外径；所述底部套环的内径由对接后的第一对开模和第二对开模的底部外径确定；所述顶部套环的开口直径等于试样直径；所述顶部套环的内径由对接后的第一对开模和第二对开模的顶部外径、橡皮膜的厚度确定；所述压实套筒的套筒内径等于试样直径；所述压实套筒的底部环内径等于顶部套环的外径；所述压实套筒的内部高度由试样高度、压实锤的高度和压实试样的落距确定；所述压实套筒的顶部正中开有圆孔，所述圆孔的直径由试样直径、压实锤直径和压实杆直径确定；所述压实锤的直径由试样的直径确定。进一步地，所述第一对开模和第二对开模内壁的导气槽有如下两类形式：第一类导气槽为沿第一对开模和第二对开模内壁平行排布的圆环形导气槽，所述圆环形导气槽通过直线槽与通气孔连通。第二类导气槽为沿第一对开模和第二对开模内壁的螺旋本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种土工试验无粘性土试样的制备装置，其特征在于：包括试样装填部分(1)、试样压实部分(2)、试样预饱和部分和抽真空部分；所述试样装填部分(1)包括第一对开模(1‑1)、第二对开模(1‑2)、底部套环(1‑3)、顶部套环(1‑4)、第一环形箍(1‑5)、第二环形箍(1‑6)、第一橡胶圈(1‑7)、第二橡胶圈(1‑8)和橡皮膜(1‑9)；所述第一对开模(1‑1)和第二对开模(1‑2)的内壁设有导气槽；所述第二对开模(1‑2)中部设有通气孔(1‑2‑4)；所述第一对开模(1‑1)和第二对开模(1‑2)通过第一环形箍(1‑5)、第二环形箍(1‑6)上下对齐连接，两者相接后的截面为一个完整的圆形；所述第一对开模(1‑1)和第二对开模(1‑2)连接后通过底部套环(1‑3)围绕土单元体试样底座(5)垂直地安装在土工试验仪器底座(7)上；所述土工试验仪器底座(7)上具有连通试样底部的阀门；所述顶部套环(1‑4)安装在第一对开模(1‑1)和第二对开模(1‑2)的顶部，用于试样装填部分(1)和试样压实部分(2)的连接；所述橡胶膜(1‑9)平整地紧贴于第一对开模(1‑1)和第二对开模(1‑2)的内壁，一端套在土单元体试样底座(5)上并通过第一橡胶圈(1‑7)固定，另一端套在第一对开模(1‑1)和第二对开模(1‑2)顶部的外壁并通过第二橡胶圈(1‑8)固定；所述试样压实部分(2)包括压实套筒(2‑1)、压实锤(2‑3)和压实杆(2‑4)；所述压实套筒(2‑1)上具有压实套筒刻度线(2‑2)，所述压实杆(2‑4)上具有压实杆刻度线(2‑5)；压实套筒零刻度线(2‑2‑1)位于压实套筒刻度线(2‑2)的底部，压实杆零刻度线(2‑5‑1)位于压实杆刻度线(2‑5)的顶部；所述压实套筒(2‑1)的底部与顶部套环(1‑4)可拆卸连接；所述压实杆(2‑4)正交连接于压实锤(2‑3)的中心；所述压实锤(2‑3)在压实杆(2‑4)的带动下能够在压实套筒(2‑1)、第一对开模(1‑1)和第二对开模(1‑2)构成的腔体内上下运动，对试样进行压实；在压实后的试样顶面上安装土单元体试样顶帽(6)，土单元体试样顶帽(6)上具有顶帽通管(6‑1)；所述试样预饱和部分由抽真空预饱和配件(3)、通水预饱和配件(4)和二氧化碳气罐组成；所述抽真空预饱和配件(3)包括第一有机玻璃圆筒(3‑1)、第一有机玻璃底座(3‑2)、第一进气/进水阀(3‑3)、第一负压表(3‑4)、盖帽(3‑5)、抽真空阀门(3‑6)和通气口(3‑7)；所述第一有机玻璃圆筒(3‑1)通过橡皮圈与盖帽(3‑5)密封连接；第一有机玻璃圆筒(3‑1)的底部与第一有机玻璃底座(3‑2)连接，第一有机玻璃底座(3‑2)安装有第一进气/进水阀(3‑3)和第一负压表(3‑4)；第一进气/进水阀(3‑3)与顶帽通管(6‑1)连接；所述盖帽(3‑5)上具有通气口(3‑7)并设置有抽真空阀门(3‑6)；所述通水预饱和配件(4)包括第二有机玻璃圆筒(4‑1)、第二有机玻璃底座(4‑2)、第二进气/进水阀(4‑3)和第二负压表(4‑4)；所述第二有机玻璃圆筒(4‑1)的顶部是敞口的；第二有机玻璃圆筒(4‑1)的底部与第二有机玻璃底座(4‑2)连接；第二有机玻璃底座(4‑2)安装有第二进气/进水阀(4‑3)和第二负压表(4‑4)；第二进气/进水阀(4‑3)通过管路连接土工试验仪器底座(7)上连通试样底部的阀门；所述二氧化碳气罐通过管路连接土工试验仪器底座(7)上连通试样底部的阀门；所述抽真空部分包括带真空压力控制阀的真空泵，所述真空泵分别连接第一对开模(1‑1)和第二对开模(1‑2)内壁的导气槽、盖帽(3‑5)上的通气口(3‑7)。...

【技术特征摘要】
1.一种土工试验无粘性土试样的制备装置，其特征在于：包括试样装填部分(1)、试样压实部分(2)、试样预饱和部分和抽真空部分；所述试样装填部分(1)包括第一对开模(1-1)、第二对开模(1-2)、底部套环(1-3)、顶部套环(1-4)、第一环形箍(1-5)、第二环形箍(1-6)、第一橡胶圈(1-7)、第二橡胶圈(1-8)和橡皮膜(1-9)；所述第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)的内壁设有导气槽；所述第二对开模(1-2)中部设有通气孔(1-2-4)；所述第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)通过第一环形箍(1-5)、第二环形箍(1-6)上下对齐连接，两者相接后的截面为一个完整的圆形；所述第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)连接后通过底部套环(1-3)围绕土单元体试样底座(5)垂直地安装在土工试验仪器底座(7)上；所述土工试验仪器底座(7)上具有连通试样底部的阀门；所述顶部套环(1-4)安装在第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)的顶部，用于试样装填部分(1)和试样压实部分(2)的连接；所述橡胶膜(1-9)平整地紧贴于第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)的内壁，一端套在土单元体试样底座(5)上并通过第一橡胶圈(1-7)固定，另一端套在第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)顶部的外壁并通过第二橡胶圈(1-8)固定；所述试样压实部分(2)包括压实套筒(2-1)、压实锤(2-3)和压实杆(2-4)；所述压实套筒(2-1)上具有压实套筒刻度线(2-2)，所述压实杆(2-4)上具有压实杆刻度线(2-5)；压实套筒零刻度线(2-2-1)位于压实套筒刻度线(2-2)的底部，压实杆零刻度线(2-5-1)位于压实杆刻度线(2-5)的顶部；所述压实套筒(2-1)的底部与顶部套环(1-4)可拆卸连接；所述压实杆(2-4)正交连接于压实锤(2-3)的中心；所述压实锤(2-3)在压实杆(2-4)的带动下能够在压实套筒(2-1)、第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)构成的腔体内上下运动，对试样进行压实；在压实后的试样顶面上安装土单元体试样顶帽(6)，土单元体试样顶帽(6)上具有顶帽通管(6-1)；所述试样预饱和部分由抽真空预饱和配件(3)、通水预饱和配件(4)和二氧化碳气罐组成；所述抽真空预饱和配件(3)包括第一有机玻璃圆筒(3-1)、第一有机玻璃底座(3-2)、第一进气/进水阀(3-3)、第一负压表(3-4)、盖帽(3-5)、抽真空阀门(3-6)和通气口(3-7)；所述第一有机玻璃圆筒(3-1)通过橡皮圈与盖帽(3-5)密封连接；第一有机玻璃圆筒(3-1)的底部与第一有机玻璃底座(3-2)连接，第一有机玻璃底座(3-2)安装有第一进气/进水阀(3-3)和第一负压表(3-4)；第一进气/进水阀(3-3)与顶帽通管(6-1)连接；所述盖帽(3-5)上具有通气口(3-7)并设置有抽真空阀门(3-6)；所述通水预饱和配件(4)包括第二有机玻璃圆筒(4-1)、第二有机玻璃底座(4-2)、第二进气/进水阀(4-3)和第二负压表(4-4)；所述第二有机玻璃圆筒(4-1)的顶部是敞口的；第二有机玻璃圆筒(4-1)的底部与第二有机玻璃底座(4-2)连接；第二有机玻璃底座(4-2)安装有第二进气/进水阀(4-3)和第二负压表(4-4)；第二进气/进水阀(4-3)通过管路连接土工试验仪器底座(7)上连通试样底部的阀门；所述二氧化碳气罐通过管路连接土工试验仪器底座(7)上连通试样底部的阀门；所述抽真空部分包括带真空压力控制阀的真空泵，所述真空泵分别连接第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)内壁的导气槽、盖帽(3-5)上的通气口(3-7)。2.根据权利要求1所述的一种土工试验无粘性土试样的制备装置，其特征在于：所述第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)相接处的切面是光滑，通过第一环形箍(1-5)、第二环形箍(1-6)使得第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)相接处是密封连接的；所述第一环形箍(1-5)安装于靠近第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)底部1/3高度处；所述第二环形箍(1-6)安装于靠近第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)顶部1/3高度处。3.根据权利要求1所述的一种土工试验无粘性土试样的制备装置，其特征在于：所述第一对开模(1-1)、第二对开模(1-2)、底部套环(1-3)、顶部套环(1-4)的材质为耐磨损的金属，包括不锈钢、铝合金；所述第一环形箍(1-5)、第二环形箍(1-6)的材质为不锈钢；所述压实套筒(2-1)的材质为透明的有机玻璃；所述压实锤(2-3)、压实杆(2-4)的材质为黄铜或者不锈钢。4.根据权利要求1所述的一种土工试验无粘性土试样的制备装置，其特征在于：所述第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)的高度为试样高度与土单元体试样底座(5)高度之和；对接后的带橡皮膜(1-9)的第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)的内径等于试样的直径；所述第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)的底部具有容纳土单元体试样底座(5)和第一橡胶圈(1-7)的槽口，槽口尺寸由橡皮膜(1-9)的厚度和第一橡胶圈(1-7)的直径确定；所述第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)靠近顶部1/3高度范围内的外径小于靠近底部2/3高度范围内的外径；所述底部套环(1-3)的内径由对接后的第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)的底部外径确定；所述顶部套环(1-4)的开口直径等于试样直径；所述顶部套环(1-4)的内径由对接后的第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)的顶部外径、橡皮膜(1-9)的厚度确定；所述压实套筒(2-1)的套筒内径等于试样直径；所述压实套筒(2-1)的底部环内径等于顶部套环(1-4)的外径；所述压实套筒(2-1)的内部高度由试样高度、压实锤(2-3)的高度和压实试样的落距确定；所述压实套筒(2-1)的顶部正中开有圆孔(2-1-1)，所述圆孔(2-1-1)的直径由试样直径、压实锤(2-3)直径和压实杆(2-4)直径确定；所述压实锤(2-3)的直径由试样的直径确定。5.根据权利要求1所述的一种土工试验无粘性土试样的制备装置，其特征在于：所述第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)内壁的导气槽有如下两类形式：第一类导气槽为沿第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)内壁平行排布的圆环形导气槽(1-2-1)，所述圆环形导气槽(1-2-1)通过直线槽(1-2-2)与通气孔(1-2-4)连通。第二类导气槽为沿第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)内壁的螺旋线导气槽(1-2-3)，所述螺旋线导气槽(1-2-3)经过通气孔(1-2-4)。6.一种土工试验无粘性土试样的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)上下对齐后，通过第一环形箍(1-5)、第二环形箍(1-6)进行侧壁密封连接；(2)将橡胶膜(1-9)的一端通过第一橡胶圈(1-7)固定在土单元体试样底座(5)上；然后，将对接好的第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)通过底部套环(1-3)围绕土单元体试样底...

【专利技术属性】
技术研发人员：章丽莎，张世民，王霄，孙银锁，邢丽，崔允亮，孙苗苗，
申请(专利权)人：浙江大学城市学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33