一种三轴试验中钙质砂自立试样的制样装置及制样方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种三轴试验中钙质砂自立试样的制样装置及制样方法，该装置包括制样系统、承样模具系统、辅助设备以及试样饱和系统；所述承样模具系统包括位于三轴仪上的相互固定的圆柱形下底座和上底座、一端套在上底座外壁并通过下橡皮圈固定的橡皮膜、包裹在橡皮膜外由三个通过水解保护胶粘结围合在一起的圆弧形板组成的三瓣膜、试样帽；所述试样饱和系统用于对试样进行二氧化碳饱和以及反压饱和。本发明专利技术制样的全过程都使用三瓣膜使试样直立，避免了对试样施加负压而导致试样体积改变，以及试样歪斜造成加载偏心产生的试验误差的问题，使得试样制备精度更高。使得试样制备精度更高。使得试样制备精度更高。

【技术实现步骤摘要】
一种三轴试验中钙质砂自立试样的制样装置及制样方法


[0001]本专利技术涉及岩土工程的室内土工试验
，具体为一种三轴试验中钙质砂自立试样的制样装置及制样方法。

技术介绍

[0002]三轴试验是土工试验中对岩土材料力学特性测定的常用方法之一。现有技术中，对砂土制样主要采用以下两种方法：1.用对开膜采用击样法或砂雨法，在仪器外制样后，将试样转移到仪器上；2.采用冰冻法，将对开膜内制样完成的试样浸水后进行冰冻，然后将冰冻试样脱模后完成试样制备。但是对于易破碎砂，如钙质砂，是一种内孔隙丰富，颗粒强度低的岩土介质。采用击样法或砂雨法在仪器外制样，可能造成试样在移动过程中受到扰动从而对试验结果造成影响。同时，击样法还会造成钙质砂颗粒破碎，试验级配改变，使试验的初始条件发生变化，从而影响试验准确性。采用冰冻法冰冻过程中则会产生以下两个问题：1.冰冻过程中，试样体积会增大，影响制样初始孔隙比；2.钙质砂颗粒内孔隙的水冰冻过程中体积增大，也可能造成颗粒破碎，影响试样级配，这些都对试验结果有重要影响。
[0003]砂土由于没有黏聚力，试样制备过程中拆除对开膜后，试样往往无法保持垂直自立，特别是对于松砂试验。现有技术中，例如申请公布号为CN108663249A的中国专利技术专利申请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，该装置是利用对开模将试样成型，然后通过施加负压使试样保持直立，拆除开模，最后进行饱和处理；但是为保持试样直立而施加的负压往往会影响试样的初始体积，改变试验设定的初始条件，并且试样容易歪斜导致加载偏心而产生试验误差。
[0004]对于钙质砂这类易破碎砂，由于具有丰富内孔隙，采用传统水头饱和及反压饱和的单一方法一般难以达到规定的饱和度，通常采用二氧化碳与反压饱和联合饱和的方法，但是仪器管道中没有预留相应端口，现有技术多是通过不断拆卸管道接口来进行操作，较为繁琐。
[0005]因此，有必要对钙质砂这类易破碎、难自立的岩土材料的制样装置和制样方法进行研制，以保证其制样的精度和均匀性。

技术实现思路

[0006]为了解决钙质砂制样过程中砂样颗粒破碎、初始体积发生改变、实验中偏心受力、繁琐的设备操作等问题，本专利技术的目的在于提供一种无需外力击实试样、制样过程试样始终绝对直立、仪器操作简单的钙质砂制样装置及制样方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种三轴试验中钙质砂自立试样的制样装置，包括制样系统、承样模具系统、辅助设备以及试样饱和系统；
[0008]所述制样系统用于盛放砂样，并使砂样落入承样模具系统中，进行装样；
[0009]所述承样模具系统包括位于三轴仪上的相互固定的圆柱形下底座和上底座、一端套在上底座外壁并通过下橡皮圈固定的橡皮膜、包裹在橡皮膜外的三瓣膜、试样帽，所述试
样位于橡皮膜内，所述上底座顶部从下至上依次设置有透水石、滤纸、试样、滤纸、透水石、试样帽，所述橡皮膜上端套在试样帽上并通过上橡皮圈固定，所述三瓣膜由三个相同的通过水解保护胶粘结围合在一起的圆弧形板组成，所述三瓣膜设置有抽气孔，内壁设置有抽气槽并与抽气孔连通，用于抽取橡皮膜与三瓣膜之间的空气，使橡皮膜与三瓣膜紧贴；
[0010]所述辅助设备包括与抽气孔依次连接的可调压过滤器和真空泵、固化所述水解保护胶的紫外线固化灯；
[0011]所述试样饱和系统用于对试样进行二氧化碳饱和以及反压饱和。
[0012]进一步地，所述三瓣膜外壁设置有下标注线和上标注线，所述下标注线和上标注线分别与试样的底部和顶部平齐。
[0013]进一步地，所述制样系统包括竖直设置的固定杆、通过十字夹水平固定在固定杆上的铁圈、出口端穿过铁圈并卡在铁圈内的漏斗、与漏斗出口端连接的竖直设置的圆柱形串桶，砂样依次通过漏斗、串桶进入承样模具系统形成试样，所述漏斗内还设置有将出口端封堵的木塞，所述木塞上固定一提升结构，可将木塞从漏斗内提出，装样完成前，所述固定杆固定在下底座上，所述串桶与橡皮膜的上部连接。
[0014]进一步地，装样完成前，所述橡皮膜上端翻转套入三瓣膜并用上橡皮圈固定。
[0015]进一步地，所述试样饱和系统包括固定于加载架上的密封压力室、穿过压力室顶部并压在试样帽上的带测力计的轴向加载杆，所述承样模具系统位于压力室内，所述压力室顶部中央设置有供轴向加载杆穿过的孔，所述压力室顶部还设置有排空阀，所述轴向加载杆上设置有位移计，所述试样饱和系统还包括位于压力室外部的用于测量试样孔压的孔压传感器、用于充入二氧化碳的充气口、水气瓶、用于施加围压的围压控制器、用于施加反压的反压控制器。
[0016]进一步地，所述下底座和上底座内开设有贯通的孔压测量孔和排水孔，所述孔压测量孔一端与试样连通、另一端与压力室外的三通阀一的第一端连通，所述三通阀一的第二端与孔压传感器连通，并在两者间设置有阀门一，所述三通阀一的第三端与三通阀二的第一端连通，所述三通阀二的第二端与充气口连通，并在两者间设置有阀门二，所述三通阀二的第三端与三通阀三的第一端连通，并在两者间设置有阀门三，所述三通阀三的第二端与围压控制器连通，所述三通阀三的第三端与压力室内部连通，并在两者间设置有阀门五，所述试样帽内开设有一端与试样连通、另一端与位于压力室内的硬管连通的通道，所述硬管将试样帽内部通道与排水孔连通，所述排水孔一端与硬管连通、另一端与位于压力室外的三通阀四的第一端连通，所述三通阀四的第二端与反压控制器连通，并在两者间设置有阀门四，所述三通阀四的第三端与水气瓶连通，并在两者间设置有阀门六。
[0017]一种三轴试验中钙质砂自立试样的制样方法，包括以下步骤：
[0018]S1：将三个圆弧形板通过涂抹水解保护胶围合粘结成三瓣膜，然后打开紫外线固化灯，将三瓣膜粘结处进行紫外线照射，关闭紫外线固化灯，抹干三瓣膜内外表面的水解保护胶，接着继续打开紫外线固化灯，对三瓣膜粘结处进行紫外线照射，待水解保护胶固化；
[0019]S2：将橡皮膜下端套入上底座，用下橡皮圈扎紧并嵌入上底座预留的圆形凹槽内，将三瓣膜插入上底座并套在橡皮膜外，将橡皮膜上端外翻套入三瓣膜，并用上橡皮圈扎紧；在三瓣膜的抽气孔套入气管，气管依次连接可调压过滤器、真空泵，用真空泵施加3kPa负压，使橡皮膜紧贴三瓣膜且不陷入三瓣膜的螺旋和纵向抽气槽内，形成承样模具，在上底座
的顶部从下至上分别放置透水石和滤纸，滤纸正好位于三瓣膜外壁的下标注线处；
[0020]S3：安装制样系统；
[0021]S4：利用制样系统使得砂样落入所述承样模具中，完成装样；
[0022]S5：在试样上依次放置滤纸、透水石、试样帽，并将原来固定于三瓣膜上的橡皮膜上端翻转套在试样帽上，用上橡皮圈扎紧；
[0023]S6：拆除制样系统，关闭真空泵，拔掉三瓣膜抽气孔上的气管；
[0024]S7：安装试样饱和系统，并利用试样饱和系统对试样进行二氧化碳饱和和反压饱和，完成试样饱和。
[0025]进一步地，所述步骤S3具体为：将固定杆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三轴试验中钙质砂自立试样的制样装置，其特征在于，包括制样系统、承样模具系统、辅助设备以及试样饱和系统；所述制样系统用于盛放砂样，并使砂样落入承样模具系统中，进行装样；所述承样模具系统包括位于三轴仪上的相互固定的圆柱形下底座(14)和上底座(13)、一端套在上底座(13)外壁并通过下橡皮圈(12)固定的橡皮膜(10)、包裹在橡皮膜(10)外的三瓣膜(9)、试样帽(22)，所述试样(8)位于橡皮膜(10)内，所述上底座(13)顶部从下至上依次设置有透水石(11)、滤纸(15)、试样(8)、滤纸(15)、透水石(11)、试样帽(22)，所述橡皮膜(10)上端套在试样帽(22)上并通过上橡皮圈(7)固定，所述三瓣膜(9)由三个相同的通过水解保护胶(20)粘结围合在一起的圆弧形板组成，所述三瓣膜(9)设置有抽气孔(16)，内壁设置有抽气槽(21)并与抽气孔(16)连通，用于抽取橡皮膜(10)与三瓣膜(9)之间的空气，使橡皮膜(10)与三瓣膜(9)紧贴；所述辅助设备包括与抽气孔(16)依次连接的可调压过滤器(17)和真空泵(18)、固化所述水解保护胶(20)的紫外线固化灯；所述试样饱和系统用于对试样(8)进行二氧化碳饱和以及反压饱和。2.如权利要求1所述的一种三轴试验中钙质砂自立试样的制样装置，其特征在于，所述三瓣膜(9)外壁设置有下标注线(40)和上标注线(41)，所述下标注线(40)和上标注线(41)分别与试样(8)的底部和顶部平齐。3.如权利要求1所述的一种三轴试验中钙质砂自立试样的制样装置，其特征在于，所述制样系统包括竖直设置的固定杆(1)、通过十字夹(2)水平固定在固定杆(1)上的铁圈(4)、出口端穿过铁圈(4)并卡在铁圈(4)内的漏斗(3)、与漏斗(3)出口端连接的竖直设置的圆柱形串桶(6)，砂样依次通过漏斗(3)、串桶(6)进入承样模具系统形成试样(8)，所述漏斗(3)内还设置有将出口端封堵的木塞(5)，所述木塞(5)上固定一提升结构，可将木塞(5)从漏斗(3)内提出，装样完成前，所述固定杆(1)固定在下底座(14)上，所述串桶(6)与橡皮膜(10)的上部连接。4.如权利要求1或3所述的一种三轴试验中钙质砂自立试样的制样装置，其特征在于，装样完成前，所述橡皮膜(10)上端翻转套入三瓣膜(9)并用上橡皮圈(7)固定。5.如权利要求1所述的一种三轴试验中钙质砂自立试样的制样装置，其特征在于，所述试样饱和系统包括固定于加载架(24)上的密封压力室(38)、穿过压力室(38)顶部并压在试样帽(22)上的带测力计的轴向加载杆(36)，所述承样模具系统位于压力室(38)内，所述压力室(38)顶部中央设置有供轴向加载杆(36)穿过的孔，所述压力室(38)顶部还设置有排空阀(37)，所述轴向加载杆(36)上设置有位移计(35)，所述试样饱和系统还包括位于压力室(38)外部的用于测量试样(8)孔压的孔压传感器(23)、用于充入二氧化碳的充气口(33)、水气瓶(34)、用于施加围压的围压控制器(25)、用于施加反压的反压控制器(26)。6.如权利要求5所述的一种三轴试验中钙质砂自立试样的制样装置，其特征在于，所述下底座(14)和上底座(13)内开设有贯通的孔压测量孔(46)和排水孔(48)，所述孔压测量孔(46)一端与试样(8)连通、另一端与压力室(38)外的三通阀一(42)的第一端连通，所述三通阀一(42)的第二端与孔压传感器(23)连通，并在两者间设置有阀门一(27)，所述三通阀一(42)的第三端与三通阀二(43)的第一端连通，所述三通阀二(43)的第二端与充气口(33)连通，并在两者间设置有阀门二(28)，所述三通阀二(43)的第三端与三通阀三(44)的第一端
连通，并在两者间设置有阀门三(29)，所述三通阀三(44)的第二端与围压控制器(25)连通，所述三通阀三(44)的第三端与压力室(38)内部连通，并在两者间设置有阀门五(31)，所述试样帽(22)内开设有一端与试样(8)连通、另一端与位于压力室(38)内的硬管(47)连通的通道，所述硬管(47)将试样帽(22)内部通道与排水孔(48)连通，所述排水孔(48)一端与硬管(47)连通、另一端与位于压力室(38)外的三通阀四(45)的第一端连通，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗明星，钟丽，路亚妮，刘伟静，
申请(专利权)人：湖北工程学院，
类型：发明
国别省市：