一种重塑土的制样装置及其制样方法

摘要

本发明公开了一种重塑土的制样装置，包括压力模块、制样模块、压实模块和反力架装置，所述制样模块包括多个重塑土桶，重塑土桶置于反力架装置上，所述压力模块与压实模块连接并驱动压实模块沿竖直方向移动，所述压实模块包括压力承载板和安装在压力承载板下方的多个伸缩压力推头装置，所述伸缩压力推头装置置于重塑土桶内并沿重塑土桶内腔上下移动。该制样装置可同时制多个土样，实现了重塑土固结完成后可单独取出，并且其他的重塑土不需要卸载，可以继续固结或者保存。

说明书

技术领域

本发明涉及土工试验技术领域，特别涉及一种重塑土的制样装置，还涉及一种重塑土的制样装置的制样方法。

背景技术

土的强度、变形和渗流参数的确定主要依赖于土工试验测试技术，常用的土工试验测试技术主要有室内试验和现场原位试验。从理论上讲，现场原位试验能够真实地反映现场原状土的结构性以及环境因素的影响，但是基于试验条件、试验仪器以及经费预算等方面考虑，室内试验仍然是广大学者和工程师的首选方案。

由于原状土样具有各向异性和不确定性,在实验过程中离散型较大,因此土体力学本构关系研究很大程度依赖于结构相对单一的重塑样,目前重塑样的制样方法主要包括真空抽吸法、击样法和压样法。真空抽吸法使用密封膜将试样封住，再通过抽真空产生负压，利用大气压力将土压实固结，这种方法制成重塑土均匀性佳，但仪器复杂，对密封效果要求高，且只能加压到一个大气压强。采用击样法制作特定含水量的重塑粘性土样时,虽然操作简单，但是冲击力的作用会在土体内产生封闭气泡和超孔隙水压力,造成土体试样密度不均匀,同时影响其力学性质。

静压法利用排水固结的方法将配置好的泥浆压制成重塑试样，常用于高含水率试样的制备。此方法过程较为繁琐、固结时间较长，并且对制样设备要求较高。为提升制样效率，有学者采用大直径重塑土试样制备装置，一次性制备大直径重塑土土块，每次可同时提供多个单元体试样，但是土块切分后，多余土样不易保存。没有及时使用的重塑土其应力环境、含水率均将发生改变，影响试验重复性；还有基于静压法利用塔型结构同时制作多个独立试样，但固结完成后所有试样只能一次性取出。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供可批量制作重塑土样且单独取样的一种重塑土的制样装置。

为此，本发明提供的一种重塑土的制样装置，包括压力模块、制样模块、压实模块和反力架装置，所述制样模块包括多个重塑土桶，重塑土桶置于反力架装置上，所述压力模块与压实模块连接并驱动压实模块沿竖直方向移动，所述压实模块包括压力承载板和安装在压力承载板下方的多个伸缩压力推头装置，所述伸缩压力推头装置置于重塑土桶内并沿重塑土桶内腔上下移动。

优选，所述伸缩压力推头装置包括一层空心圆管、二层空心圆管、管内活动开关和加压板，所述加压板固定在二层空心圆管下端部，所述二层空心圆管上端套接在一层空心圆管下端，所述一层空心圆管上端固定在压力承载板上，所述管内活动开关设于一层空心圆管下端部，并控制二层空心圆管沿一层空心圆上下移动。

优选，所述反力架装置包括至少两根立柱、反力盖板和底座板，所述底座板可拆卸安装在立柱的下端，所述反力盖板可上下移动调节的安装在立柱的上端，所述底座板上放置底座排水板，所述多个重塑土桶排列放置于底座排水板上，所述底座排水板上具有排水槽。

优选，所述压力模块包括空压机、压力控制器、通气管道和压力表，所述压力控制器设于反力盖板上，压力控制器具有传动杆，所述传动杆穿过反力盖板与压力承载板连接，所述压力控制器通过通气管道与空压机连接。

优选，所述重塑土桶呈中空状，所述重塑土桶呈透明重塑土桶，所述重塑土桶采用三瓣结构，重塑土桶外部通过铁箍可拆卸连接。

优选，所述管内活动开关包括至少一个可伸缩卡珠，所述二层空心圆管上具有与可伸缩卡珠适配的两个卡孔，所述两个卡孔分别位于二层空心圆管上端和下端，两个卡孔之间设置有滑道，可伸缩卡珠可沿滑道上下滑动。可伸缩卡珠包括卡珠本体和复位弹簧。

本发明的有益效果如下：

1、通过设置多个重塑土桶，通过压力模块和压实模块可以同时制多个重塑土样；

2、伸缩压力推头装置中二层空心圆管套接在一层空心圆管外并可沿一层空心圆管伸缩，通过收缩其中一个二层空心圆管，将其中一个重塑土桶取出，实现了重塑土固结完成后单独取出，并且其他的重塑土不需要卸载，可以继续固结或者保存。

3、重塑土桶采取三瓣结构的模式，在固结完成之后，将腔体取下，解开铁箍，将三瓣结构分开，即可得到完整的重塑软粘土试样，对土体扰动较小。

附图说明

图1为本发明提供的一种重塑土的制样装置的结构示意图；

图2为图1提供的一种重塑土的制样装置的伸缩压力推头装置的结构示意图；

图3为本发明实施例二提供的一种重塑土的制样装置的伸缩压力推头装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

参照图1-2所示，本发明第一实施例提供一种重塑土的制样装置，包括压力模块、制样模块、压实模块和反力架装置。所述制样模块包括多个重塑土桶1，重塑土桶1置于反力架装置上。所述重塑土桶1呈中空状，所述重塑土桶1为透明重塑土桶，重塑土桶1的材质优选透明亚克力。透明材质的重塑土桶清楚看到重塑土的压实制样的变化过程。重塑土桶的尺寸优选直径100 mm以及高度300 mm。所述重塑土桶1采用三瓣结构，重塑土桶外部通过铁箍2可拆卸连接。

所述压力模块与压实模块连接并驱动压实模块沿竖直方向移动。所述压力模块包括空压机3、压力控制器4、通气管道5和压力表6，所述压力控制器4设于反力架装置的反力盖板11上，所述压力控制器4通过通气管道7与空压机3连接。所述压实模块包括压力承载板8和安装在压力承载板下方的多个伸缩压力推头装置9。所述反力架装置包括至少两根立柱10、反力盖板11和底座板12。所述底座板12可拆卸安装在立柱10的下端，所述反力盖板11可上下移动调节的安装在立柱10的上端。压力控制器4具有传动杆13，所述传动杆13穿过反力盖板11与压力承载板8连接，所述伸缩压力推头装置9伸入重塑土桶1内并可沿重塑土桶1内腔上下移动。制备重塑土时，在底座板12上放置底座排水板14，所述底座排水板14上具有排水槽15。多个重塑土桶1排列放置于底座排水板14上，多个重塑土桶1分别与多个伸缩压力推头装置9相对应放置。所述重塑土桶1的数量优选七个，伸缩压力推头装置9的数量也为七个。多个重塑土桶1排列方式优选，中间放置一个，其余重塑土桶1围绕中间的重塑土桶外圈均匀有序排列。

所述伸缩压力推头装置9包括一层空心圆管15、二层空心圆管16、管内活动开关和加压板17。所述加压板17固定在二层空心圆管16下端部，所述二层空心圆管16上端套接在一层空心圆管15下端，所述一层空心圆管15上端固定在压力承载板8上。所述管内活动开关设于一层空心圆管15下端部，并控制二层空心圆管16沿一层空心圆管15外径上下移动。所述管内活动开关包括至少一个可伸缩卡珠，所述二层空心圆管16上具有与可伸缩卡珠适配的两个卡孔，所述两个卡孔分别位于二层空心圆管16上端和下端，两个卡孔包括上卡孔18和下卡孔19。两个卡孔之间设置有滑道20，可伸缩卡珠可沿滑道20上下滑动。可伸缩卡珠包括卡珠本体21和复位弹簧22，一层空心圆管15下端相对设置有凹槽23，复位弹簧22置于凹槽23内，所述卡珠本体置于复位弹簧22上，所述卡珠本体21上端的弧面端凸出与凹槽23开口处。

制样时，泥浆上端和下端分别放置上透水石24和下透水石25。伸长二层空心圆管，将二层空心圆管16上端部套接在一层空心圆管15下端，伸缩卡珠卡于二层空心圆管上端的上卡孔18内。伸缩压力推头装置的加压板17抵于泥浆上端部的上透水石24上，并通过压力控制器4和空压机3对伸缩压力推头装置加压。制备所有重塑土桶1内的土样，实现同时制备多个重塑土样。当土样固结完成后，将二层空心圆管16沿一层空心圆管15外径向上移动，伸缩卡珠脱离上卡孔18沿滑道滑入二层空心圆管的下卡孔19内。二层空心圆管向上收缩，二层空心圆管16套接在一层空心圆管15外径部，即可将伸缩压力推头装置离开重塑土桶内腔。所述重塑土桶采用三瓣结构，重塑土桶外部通过铁箍2可拆卸连接。制样完成后如仅需要单个或个别重塑土样时，只需要将相应的二层空心圆管16移出重塑土桶外，取下重塑土桶并解开铁箍2，打开三瓣结构，即可得到完整的重塑软粘土试样，对土体扰动较小。同时实现了重塑土固结完成后单独取出的想法，并且其他的重塑土不需要卸载，可以继续固结或者保存。

上述一种重塑土的制样装置的制样方法，步骤如下：

（1） 准备好制重塑土的土，计算好配比，将其制成泥浆；

（2） 安装反力架装置，并将底座排水板14放置于底座板12上，将每个重塑土桶1的三个瓣膜内涂上薄薄一层的凡士林并通过可拆卸铁箍2固定，多个重塑土桶1分布放置在底座排水板14上，并在重塑土桶内腔底部均放置下透水石25；

（3） 将步骤1中的泥浆缓慢平均倒入重塑土桶1内腔，泥浆注满重塑土桶内腔后，在泥浆顶部依次放置土工织物26、滤纸27和上透水石24；

（4） 向下移动反力盖板11，带动压实模块向下移动，直到压实模块中加压板抵于上透水石24顶部；

（5） 第一天不加压，依靠土的自重固结；

（6） 第二天，通过空压机加压，根据压力表读数控制压力大小，对重塑土进行分级加载。

参照图1-3所示，本发明第二实施例提供一种重塑土的制样装置，与第一实施例基本相同，区别在于：所述底座排水板上具有多个限位槽28，所述限位槽28与重塑土桶1相适配，所述限位槽28底部具有多条排水支槽29，排水支槽29由限位槽底部延伸至排水槽15，并于排水槽15导通连接。泥浆固结时，水分经下透水石25延伸至排水支槽29，最后汇总至排水槽15。所述排水支槽29呈倾斜设置，排水支槽29与限位槽28连接的端部高于与排水槽15连接的端部。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围，并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技，术方案均，属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。