[发明专利]一种粗粒土大型空心圆柱制样器及使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及土木水利工程试验技术领域，尤其涉及粗粒土大型空心圆柱制样器及使用方法。

背景技术

高土石坝由于坝高库水容量大，一旦失事，将产生灾难性的后果。因而有必要开展筑坝料动力特性研究。高土石坝在地震荷载作用下，坝体内部应力状态比较复杂，常规的动三轴试验只能模拟简单的应力加载路径，对于复杂的应力加载路径和主应力轴旋转等问题无法实现。空心扭剪仪在试验过程中由于能够进行三向不等压加载，被认为是当前较好的模拟土体动应力加载的试验设备。对于常规的空心扭剪仪由于试样尺寸较小，无法开展粗粒料动力试验。因此，需要开发大型空心扭剪仪。

在本发明之前，“专利：一种空心圆柱扭剪仪重塑样击实器（申请号：200710164847.3）”公开了一种重塑样击实器，该击实器采用的是重锤自由落体提供的动能来进行击实，能量较小（击实锤质量为2.835kg），要提高击实能需要增加击实锤的重量和导杆的长度，这些无疑增加了试验过程中制样的困难、费力、费时；每层的均匀度难以控制。主要适用于中小型空心圆柱重塑样，无法进行粗粒料大型空心圆柱试样的击实（如试样外径500mm，内径300mm），无法解决粗粒土相对密度较大时的制样的困难，无法解决粗粒料相对密度较低时试样难以成型等问题。

专利“一种空心圆柱制样仪（申请号：200920228846）”公开了一种空心圆柱试样制样仪，该设备在使用过程中将试验样品分层均匀放在加压板、空心圆柱体形成的内嵌空间中，通过转动手柄来进行试样的压密，没有考虑试样制备完成后自身的不稳定性，因此只适用于重塑样，对于粗粒土试样的制备并不适用。

此外，试样制备过程中，由于试样尺寸增大环形内套筒与试样料内橡皮膜之间的摩擦力增大，采用常规的对开模或等分三开模设计，很难拆卸内套筒。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种粗粒土大型空心圆柱制样器及使用方法，完成粗粒土大型空心圆柱试样的制备。

一种粗粒土大型空心圆柱制样器，包括环形套筒和振动密实器两部分，其主要技术特征在于环形套筒包括环形底座、环形外套筒、环形内套筒和环形外延筒；振动密实器包括振动电机、圆环铁板、传力杆、定位器和环形铁板。

所述的环形外套筒为薄圆环，由两个对开模组成，通过四个六角螺栓进行两对开模的链接，通过六个六角螺栓与环形试样进行链接，高度与试样的高度相等。

所述的环形内套筒为薄圆环，采用三开模设计，其中一个模为上端宽，下端窄的梯形设计，通过圆环进行固定，插入圆环底座的环形插槽内，高度大于试样高度，为试样高度的1.1~1.4倍。

所述的环形外延筒为薄圆环，内、外直径与环形外套筒相等，高度等于环形内套筒与环形外套筒高度之差。

所述的环形铁板，外直径小于环形外套筒直径，两者的差值为试验过程中采用的橡皮膜厚度的4~8倍；内直径大于环形内套筒直径，两者之间的差值为试验过程中采用的橡皮膜厚度的4~8倍。

所述的传力杆采用螺纹钢筋，双排四分对角布置，长度为试样高度的1.0~1.2倍左右。传力杆与环形铁板、传力杆与圆形铁板之间通过焊接成为一整体。

所述的粗粒土大型空心圆柱制样器采用振动电机来代替常规的落锤，根据粗粒土试样内直径和外直径计算试验所需要选的振动电机功率，通常功率范围为0.4~1.5kw。

 本发明粗粒土大型空心圆柱制样器的使用方法，主要技术步骤如下：

（1）      根据试样干密度称取所需的土样，并等分层若干份，一般分为六份；

（2）      组装好环形底座、环形外套筒、环形内套筒、内橡皮膜和外橡皮膜，并进行固定，在环形底座上放置环形透水石和滤纸，用小勺将第一份土样均匀放入内橡皮膜和外橡皮膜组成的环形腔内，并抹平土样表面；

（3）      在传力杆上预先设定好定位器位置，便于密实度的控制；

（4）      将环形铁板放入环形腔内，开启振动电机，进行振动击实，当定位器达到环形外套筒边缘时停止击实，取出环形铁板，刮毛土样表面；

（5）         装入下一层土样，重复步骤4进行试样击实，直至最后一层土样的安装，此时需要在环形外套筒上套环形外延筒，装入土样，重复步骤4进行振动击实；

（6）         取下环形外延筒，安装环形试样顶帽，扎好内、外橡皮膜，进行试样抽真空，拆除环形外套筒和环形内套筒，试样制备完成。

 本发明的优点和效果在于：