[发明专利]可控密度式土工三轴制样器

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程土工试验领域，特别是一种砂土及细粒土可控密度式土工三轴试验制样装置。

背景技术

土料是土坝、堤坝、路基等工程方面的重要施工材料，在工程施工中需要对土料进行夯实或碾压使其达到设计密实度。碾压后土体的抗剪强度大小是影响工程稳定的重要因素，因此按照工程设计要求，在室内通过三轴抗剪强度试验来确定重塑后的土体强度是必不可缺少重要环节。依据国家土工实验规程，进行土样的重塑需要严格控制其密度，以便能够准确反映工程实际情况。

传统意义上的重塑土样制备方法是采用分层击实法，由于这种方法在各层土的击实击数与密度关系的不确定，因此其在精确控制密度方面有着相当大的难度。介于此原因，需要探索一种新的方法来制备土样，经研究发现通过压实的方法可以较精确的进行密度控制，但由于试样高度问题的影响，导致选用压制法制取三轴试样时，需要分三层制备，每层土压制后的高度均满足1/3试样高度，而如何研制出相应的制样器具是解决此问题的关键。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种砂土及细粒土可控密度式土工三轴试验制样装置，可有效解决同一批试样个体之间不能满足同一性要求，试样上下不均匀，试样表观不完整的问题。 

本发明解决的技术方案是，一种可控密度式土工三轴制样器，包括压力框架和千斤顶，压力框架是由下圆盘、上圆盘和竖直装在两圆盘之间的支柱构成的框架结构，上圆盘上装有竖直的螺旋轴，螺旋轴伸出上圆盘下部的端部上装有压盘，千斤顶竖直固定在下圆盘上，千斤顶的活塞杆上装有制样模具，制样模具为上部开口的中空结构，制样模具的上口部装有带檐圆柱，带檐圆柱是由顶檐和装在顶檐下部的柱体构成的一体结构，顶檐卡在制样模具的上口部，柱体伸入制样模具的腔体内，柱体的下端面和制样模具的底面之间的腔体构成试样的压制空间，千斤顶施加上顶压力，作用于制样模具，制样模具上移，当装在制样模具上的带檐圆柱的顶檐与压盘相接触时，对带檐圆柱产生向下的压制力，从而对装在压制空间内的试样进行压制。

所述的制样模具包括模具体和导筒，模具体为上部开口的圆形中空结构，导筒两端开口的管状结构，导筒和模具体口部相对，上下拼装在一起，构成拆卸式的一体结构，模具体和导筒的内径相同，所述的带檐圆柱有3个，分别为第一带檐圆柱、第二带檐圆柱和第三带檐圆柱，第一带檐圆柱的柱体高度为h₁，第二带檐圆柱的柱体高度为h₂，第三带檐圆柱的柱体高度为h₃， 模具体内腔的高度为H₁，导筒的内腔高度为H₂，其中，h₃=H₂ h₂-H₂=2H₁/3，h₁-H₂=H₁/3,

使用时，将已备土样按质量平均分成三份，先将其中一份已备土样装入压制空间，在导筒的上口部装上最长的第一带檐圆柱，千斤顶施加上顶压力，作用于模具体的底部，制样模具上移，当装在导筒上的第一带檐圆柱的顶檐与压盘相接触时，对第一带檐圆柱产生向下的压制力，在导筒的导入作用下，柱体对装在压制空间内的土样进行压制，压制后土样的厚度为模具体内腔的高度的1/3，千斤顶回位，卸下第一带檐圆柱；

将第二份已备土样装入压制空间，在导筒的上口部装上次长的第二带檐圆柱，千斤顶施加上顶压力，作用于模具体的底部，制样模具上移，当装在导筒上的第二带檐圆柱的顶檐与压盘相接触时，对第二带檐圆柱产生向下的压制力，在导筒的导入作用下，柱体对装在压制空间内的土样进行压制，压制后土样的厚度为模具体内腔的高度的2/3，千斤顶回位，卸下第一带檐圆柱；

将最后一份已备土样装入压制空间，在导筒的上口部装上最短的第三带檐圆柱，千斤顶施加上顶压力，作用于模具体的底部，制样模具上移，当装在导筒上的第三带檐圆柱的顶檐与压盘相接触时，对第三带檐圆柱产生向下的压制力，在导筒的导入作用下，柱体对装在压制空间内的土样进行压制，压制后土样的厚度与模具体内腔的高度相等，即得，从而实现三轴试样的均匀分层制样，能够较为精确的进行试样密度控制，制备试样均匀、完整且光滑，密度满足设计要求。

一种采用可控密度式土工三轴制样器的制样方法，包括以下步骤：

一、备料