[发明专利]一种含夹层三轴试验试样制样方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种土工三轴实验制样技术领域，更具体涉及一种含夹层的三轴试验试样制样方法,同时还涉及一种含夹层的三轴试验试样制样装置,本发明适用于对含夹层和裂隙发育的膨胀土及红粘土的力学性质研究，能够填补目前常规制样方式无法制作含夹层的三轴试样，并且能控制夹层的倾角、位置以及厚度的空白，为研究认识土体中裂隙及夹层对土体力学性质的影响提供了技术支撑。

背景技术

土体的强度参数是决定岩土工程的安全与设计关键参数，三轴试验室是获取土体力学性质的重要方法，可以较为接近的模拟土体实际环境的受力情况，取得土体的抗剪强度参数，对工程实践和科学研究具有重要意义。

常规三轴试验通常用4～5个圆柱形试样分别在不同的围压下施加轴向压力进行剪切直至破坏，然后根据摩尔-库仑理论，求得总抗剪强度参数和有效抗剪强度参数。三轴试样的制样是将土体制成一定规格的圆柱形试样，通常为39.1mm×80mm。现有的制样方式一般采用单一土样压实或利用原状土样切削，形成柱状体，前者只能制作材料均匀的样品，而后者虽能够利用原状土体的不均匀性，切削出含有裂隙的原状试样，但很难控制裂隙的厚度、倾角以及位置。

针对以上制样方式在试样裂隙控制上的不足，本专利采用分段压制、一定倾角（倾角范围为0-45度）截面切削的思路，提出了一种能够采用不同土样、控制夹层的厚度、倾角及位置的三轴试验制样装置。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种含夹层三轴试验试样制样方法,通过本方法能够制作出不同夹层倾角、不同位置以及不同夹层厚度的三轴试验试样（试样尺寸：39.1mm×80m），其中夹层倾角范围0-45度，夹层厚度范围0-20mm，夹层位置可以按照实际要求进行变化，本方法沿用目前广泛采用的冲击压实工艺，仅需要按特定的顺序组合制样模具，分层压实、切削即可实现对夹层厚度、倾角以及位置的控制。

本发明的另一目的是在于提供了含夹层三轴试验试样制样装置，结构简单,操作简便,本装置采用模块化思路设计，包括通用的底座、螺杆、扳手、模具以及含有特定倾角截面的圆柱形模具，可依靠螺杆控制夹层的厚度及位置，仅更换中间的特定倾角模具块实现对夹层倾角的控制，装置简洁易于操作。

本发明的工作原理是:

（1）通过上、下倾斜截面制样模具所具有的倾斜截面作为圆柱土体的切割边界，切割形成斜截面，其中模具倾斜截面的倾角范围为0-45度。

（2）通过制样模具组合填筑不同的制样原料形成试样主体和试样夹层。

（3）通过试样推动装置的推动作用移动试样改变切割截面与试样的相对位置，切割试样主体和试样夹层达到制样目的。

（4）试样底座为工作平台，为精确确定试样夹层的厚度和空间位置提供标尺。

一种含夹层三轴试验试样制样方法，其步骤是：

（1）将梯形牙试样推动螺杆扭至0刻度位置，如有必要向通用下制样模具、下倾斜截面制样模具、上倾斜截面制样模具、通用上制样模具内侧面涂脱模剂，将试样推动顶板置于通用下制样模具内，向制样器底座一次装入通用下制样模具、下倾斜截面制样模具，通过模具固定支架模具固定支架（模具侧面对称布置两个带开口的固定支架）与制样器固定螺杆连接并扭紧制样器固定螺母，形成内径39.1mm，顶面倾斜高度123.4mm的圆筒形模具。

（2）在装好的制样模具中填充土样A并冲击击实，形成顶面水平的下部试样主体，此时模具内土体的高度为45.5mm，其中土样A为过2mm筛、含水量20%、密度1.8g/cm³的中膨胀土；

（3）扭动推动杆，将制样模具中的压实土体顶出至土样顶面与下倾斜截面制样模具倾斜截面的最高点平齐，即45.5mm。沿下倾斜截面制样模具倾斜截面切削土体，形成带下倾斜截面制样模具倾斜截面倾角的试样，此步骤即实现了对夹层底面位置及倾角的控制。

（4）松开制样模具固定螺母，装入上倾斜截面制样模具和通用上制样模具，并在装好的制样模具中填充土样B并冲击击实，此时试样的顶面高度应为计划制作土样的夹层高度的最大值，其中土样B为过2mm筛、含水量23%、密度1.6g/cm³的强膨胀土。