原状土试样制备装置及进行原状土试样制备的方法

摘要

本公开涉及一种原状土试样制备装置及进行原状土试样制备的方法，该原状土试样制备装置通过静压部件驱动环刀组件沿朝向靠近土样的方向下降并静压至土样内，以对土样进行裁切从而去除周围的多余土，从而得到初步试样；然后通过在环刀组件的环刀套管的外壁上与相邻的两个环刀之间对应的位置设置有可供切土刀伸入的缺口，以使得切土刀对初步试样横向进行裁割，从而形成试验所需的原状土试样。本公开的原状土试样的制备装置，其制备过程不仅简单高效，且利用静压部件带动环刀组件静压土样进行裁切，也可以解决传统的原状土试样制备中易掉块、松散的土样的破碎或硬土和软岩等较硬原状土样试样制备困难的问题。

说明书

技术领域

本公开涉及岩土工程勘察试验技术领域，尤其涉及一种原状土试样制备装置及进行原状土试样制备的方法。

背景技术

目前工程勘察设计所需要的土常规物理及力学指标是通过室内试验完成的。通过钻探或挖探在现场所取得满足试验要求的原状土试样送到试验室。

目前的原状土试样的制备方法是环刀法制样。首先人工去掉土样的包装盒，将环刀垂直放置在土样圆柱体上，人工边将环刀压入土样同时转动土样，用切土刀切掉环刀周边的多余土样形成倒锥型。直到环刀完全进入土样，再用切土刀削平环刀两个端面，从而形成原状土试样。

然而，环刀法制样的制样效率很低，且对于比较松散的黄土极为造成土样扰动或破坏。对于硬土、软岩等人工将环刀压入阻力大，制样困难，甚至无法制备，极为造成土样的扰动或破坏，难以保证试样的质量。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种原状土试样制备装置及进行原状土试样制备的方法。

第一方面，本公开提供了一种原状土试样制备装置，包括装置主体、静压部件以及环刀组件；

所述装置主体的底部可转动地设置有用于承载土样的环形筒；

所述环刀组件与所述静压部件连接且位于所述环形筒的上方，所述静压部件用于驱动所述环刀组件沿朝向靠近所述土样的方向下降并静压至所述土样内，以对所述土样进行裁切形成初步试样；

所述环刀组件包括沿竖直方向延伸的环刀套管以及设于所述环刀套管内的至少一个环刀，且所述环刀套管的外壁上与相邻的两个所述环刀之间对应的位置设置有可供切土刀伸入的缺口，以使得所述切土刀对所述初步试样进行裁切形成至少两个原状土试样。

根据本公开的一种实施例，靠近所述环刀套管的顶部的所述环刀与所述环刀套管的顶壁之间、以及靠近所述环刀套管的底部的所述环刀与所述环刀套管的底壁之间均设置所述缺口。

根据本公开的一种实施例，所述环刀包括五个，五个所述环刀沿所述环刀套管的轴向间隔设置。

根据本公开的一种实施例，所述环刀套管的底部设置有弧形的刀头，所述刀头的内径与所述环刀的内径一致；且沿着所述环刀至所述刀头的方向，所述刀头的壁厚逐渐减小以形成刃角。

根据本公开的一种实施例，所述环刀套管的底部设置有第一螺纹连接部，所述刀头的内壁设置有第一螺纹，所述刀头通过所述第一螺纹与所述第一螺纹连接部的配合固定在所述环刀套管上。

根据本公开的一种实施例，所述环刀套管包括第一套管部分和第二套管部分，所述第一套管部分和所述第二套管部分围合形成所述环刀套管。

根据本公开的一种实施例，还包括螺杆，所述螺杆的一端与所述静压部件连接，所述螺杆的另一端与所述环刀套管连接。

根据本公开的一种实施例，所述环刀套管的顶部设置有第二螺纹连接部，所述螺杆的外壁设置有第二螺纹，所述螺杆通过所述第二螺纹与所述第二螺纹连接部的配合固定在所述环刀套管上。

根据本公开的一种实施例，所述装置主体还包括底座，所述环形筒设于所述底座上；且所述环形筒的侧面上设置有至少一个固定螺栓，至少一个所述固定螺栓沿所述环形筒的周向间隔分布。

第二方面，本公开提供一种利用原状土试样制备装置进行原状土试样制备的方法，包括如下步骤：

将带有包装的土样去除上盖后放置在环形筒上；

通过静压部件驱动环刀组件向下移动并静压至所述土样内；

所述环刀组件静压至所述土样内并达到预设深度后，所述静压部件复位以带动所述环刀组件向上移动，以去除所述土样周围的多余土样并形成初步试样；

将切土刀通过缺口移动至环刀套管内以对所述初步试样进行切割并形成原状土试样。

本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本公开提供一种原状土试样制备装置及进行原状土试样制备的方法，该原状土试样制备装置通过静压部件驱动环刀组件沿朝向靠近土样的方向下降并静压至土样内，以对土样进行裁切形成初步试样；然后通过在环刀组件的环刀套管的外壁上与相邻的两个环刀之间对应的位置设置有可供切土刀伸入的缺口，以使得切土刀对初步试样进行裁切形成至少两个原状土试样。也就是说，通过静压部件驱动环刀组件下降以对土样进行裁切从而去除周围的多余土，从而得到初步试样，然后再通过切土刀对初步试样横向进行裁割，从而形成试验所需的原状土试样。本公开的原状土试样的制备装置，其制备过程不仅简单高效，且利用静压部件带动环刀组件静压土样进行裁切，也可以解决传统的原状土试样制备中易掉块、松散的土样的破碎或硬土和软岩等较硬原状土样试样制备困难的问题。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例所述原状土试样制备装置的结构示意图；

图2为本公开实施例所述原状土试样制备装置的换刀套管的内部结构示意图；

图3为本公开实施例所述利用原状土试样制备装置进行原状土试样制备的方法的流程图。

其中，1、装置主体；11、底座；12、立柱；13、顶板；2、静压部件；3、环刀组件；31、环刀套管；32、环刀；33、缺口；34、刀头；4、环形筒；5、螺杆；6、固定螺栓；7、控制面板。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例一

参照图1和图2所示，本实施例提供一种原状土试样制备装置，包括装置主体1、静压部件2以及环刀组件3。

其中，装置主体1的底部可转动地设置有用于承载土样的环形筒4。装置主体1可以包括底座11、立柱12以及顶板13，底座11、立柱12以及顶板13围合形成图1所示的框架结构，环形筒4设于底座11上并位于框架结构内。底座11、立柱12以及顶板13可以一体成型或者拼接成型。

其中，环刀组件3与静压部件2连接且位于环形筒4的上方，静压部件2用于驱动环刀组件3沿朝向靠近土样的方向下降并静压至土样内，且可以通过转动环形筒4，使得环刀组件3对土样进行裁切形成初步试样。也就是说，土样放置在环形筒4上，静压部件2可以带动环刀组件3向下移动并压入至土样内以切除土样周围多余的土，实现土样的初步裁切进而形成初步试样。当完成初步试样以后，静压部件2再复位以带动环刀组件3上移从而从土样中移出。另外，装置本体1上还设置有装置控制面板7，可通过操作装置控制面板7来控制静压部件2的启动或复位。

具体实现时，静压部件2可以为静压电机，从而可以驱动环刀组件3上下移动以实现土样的裁切操作。

其中，环刀组件3包括沿竖直方向延伸的环刀套管31以及设于环刀套管31内的至少一个环刀32。环刀套管31的内壁上与环刀32对应的位置可以设置有卡槽，环刀32设置在卡槽内。具体实现时，环刀32可以设置有多个，多个环刀32沿着环刀套管31的轴向间隔分布，具体可以为均匀间隔分布。本实施例中，环刀32可以设置有5个，5个环刀32沿着图1所示的z方向均匀间隔设置。

其中，环刀套管31的外壁上与相邻的两个环刀32之间对应的位置设置有可供切土刀伸入的缺口33，以使得切土刀对初步试样进行裁切形成至少两个原状土试样。也就是说，当静压部件2驱动环刀组件3下降并压入土样以对土样裁切形成初步试样以后，静压部件2驱动环刀组件3上升并移出土样。此时，切土刀从缺口33伸入至环刀套管31内从而对初步试样进行横向裁割，进而将初步试样裁割形成至少两个原状土试样。示例性的，当设置一个切土刀时，可以将初步试样裁割形成两个原状土试样；当设置两个切土刀时，可以将初步试样裁割形成三个原状土试样。

综上，本实施例的原状土试样制备装置，结构简单，使用方便，可以适用于各类原状土样的试验室试样制备，能够解决传统的原状土试样制备中易掉块、松散的土样的破碎或硬土和软岩等较硬原状土样试样制备困难的问题，且提高了制样的质量及效率。

更为具体的，本实施例中，环刀32具体可以设置有5个，且除了环刀套管31的外壁上的与两个相邻的环刀32之间对应的位置设置有缺口33以外，本实施例中在靠近环刀套管31的顶部的环刀32与环刀套管31的顶壁之间、以及靠近环刀套管31的底部的环刀32与环刀套管31的底壁之间均设置缺口33，从而可以将初步试样裁割形成6个原状土试样。

参照图2所示，具体实现时，环刀套管31的底部设置有弧形的刀头34，刀头34的内径与环刀32的内径一致；且沿着环刀32至刀头34的方向，刀头34的壁厚逐渐减小以形成刃角，以便于压入环形筒4的土样内进行裁切。

具体实现时，环刀套管31的底部设置有第一螺纹连接部，刀头34的内壁设置有第一螺纹，刀头34通过第一螺纹与第一螺纹连接部的配合固定在环刀套管31上。

参照图1和图2所示，环刀套管31包括第一套管部分和第二套管部分，第一套管部分和第二套管部分围合形成环刀套管31，从而完成原状土试样的制备后，打开第一套管部分以及第二套管部分，可以方便将原状土试样取出来进行试验。具体实现时，第一套管部分和第二套管部分之间可以卡接连接或者通过紧固件进行可拆卸连接。第一套管部分和第二套管部分即为对开式的半圆形结构，二者拼合即可形成闭合的筒状的环刀套管31。

参照图1和图2所示，本实施例的原状土试样制样制备装置还包括螺杆5，螺杆5的一端与静压部件2连接，螺杆5的另一端与环刀套管31连接。

具体实现时，环刀套管31的顶部设置有第二螺纹连接部，螺杆5的外壁设置有第二螺纹，螺杆5通过第二螺纹与第二螺纹连接部的配合固定在环刀套管31上。

参照图1所示，具体实现时，环形筒4的侧面上设置有至少一个固定螺栓6，至少一个固定螺栓6沿环形筒4的周向间隔分布。本实施例中，可以设置固定螺栓6具有四个，四个固定螺栓6可以沿着环形筒4的周向均匀间隔设置。

综上，本实施例提供的原状土试样制备装置的制备过程具体为：

首先，对钻探送到试验室的土样去掉包装上盖，将带有包装的土样固定到环形筒4上。然后，通过静压部件2提供静压力，按照一定速率控制带有环刀32的环刀套管31向下移动，采用静压的方式，静压至固定在环形筒4上的土样内。其次，达到固定的进尺后，通过复位功能，静压部件2会以一定的速率提升环刀套管31复位。最后，去除环刀套管31周围的多余土，利用切土刀或钢丝锯在环刀套管31的管壁的缺口33内进行切割，内置环刀32土样已经完成。拆卸环刀套管31及刀头34，打开对开式的第一套管部分和第二套管部分，取出完整的原状土试样，用于相应的试验。

实施例二

参照图3所示，本实施例还提供一种利用实施一的原状土试样制备装置的部分或全部执行原状土试样制样的方法。

本实施例中的原状土试样制备装置的具体结构和实现原理与实施例一提供的原状土试样制备装置的结构相同，并能带来相同或者类似的技术效果，在此不再一一赘述，具体可以参照实施例一的描述。

具体的，该方法包括如下步骤：包括如下步骤：

S101：将带有包装的土样去除上盖后放置在环形筒上；

S102：通过静压部件驱动环刀组件向下移动并静压至土样内；

S103：环刀组件静压至土样内并达到预设深度后，静压部件复位以带动环刀组件向上移动，以去除土样周围的多余土样并形成初步试样；

S104：将切土刀通过缺口移动至环刀套管内以对初步试样进行切割并形成原状土试样。

该方法的具体过程为：

首先，参照图1和图2所示，对钻探送到试验室的土样去掉包装上盖，将带有包装的土样固定到环形筒4上。采用实施例一的原状土试样制备装置，通过静压部件2提供静压力，按照一定速率控制带有环刀32的环刀组件3向下移动，采用静压的方式，静压至固定在环形筒4上的土样内。达到固定的进尺(深度)后，通过复位功能，静压部件2会以一定的速率提升环刀组件3复位。去除环刀组件3周围的多余土，利用切土刀或钢丝锯在环刀套管31的管壁的缺口33内进行切割，内置环刀32土样已经完成。拆卸环刀套管31及刀头34，打开对开式的第一套管部分和第二套管部分，取出完整的原状土试样，用于相应的试验。

需要说明的是，环刀组件3静压至土样内达到预设深度可以为环刀组件3完全压入土样内，即环刀组件3的压入深度为土样沿环刀组件3的压入方向上的厚度。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。