[发明专利]一种高度可视化土工三轴试验试样装置及试样制备方法

说明书

技术领域

本发明属于土木工程设备技术领域，涉及一种土工三轴试验制样装置，并涉及一种土工三轴试验试样制备方法。

背景技术

土力学的四大支柱，理论土力学、试验土力学、应用土力学与计算土力学。试验土力学作为土力学发展的基础，不仅仅是建立在采样、制作、模拟影响因素而进行的重复性测试，必将与理论土力学紧密结合。随着土力学理论和土工实验技术的提升，土工三轴试验已成为一种常用的测量土体力学参数的方法。

在进行土体试验时，英国GDS公司生产的STDTTS标准应力路径三轴仪在各高校及科研机构中广泛应用。只是，GDS公司没有给出统一的试样制备装置，不同的科研人员根据试验要求及目的，开发出了不同的试样制备装置。常规土样制备模有直筒式和组装式。直筒式模具制样时把土样倒入直筒模中，然后分层压实到试样所需的高度，再借助外力把试样顶出来即可。组装式就是把上述直筒式模具轴向切割拆开分成若干块的再组装的形式，制样时把各部分拼接成筒状，在筒外使用铁环将其固定，灌土分层压实成型后再取下铁环，掰开模具即可。

但是，在试样制备过程中，常规的试样制备装置具由金属材料加工而成，无法直观地判断与控制装样高度。对于需严格控制试样直径和高度的土体力学试验，目前只能通过重复性的“装样—量测—拆样”过程，来获得相同的试样。

因此设计一种合理的土工三轴试验试样制备装置，用来制备较规范的土工三轴试样，是十分有必要的；同时对三轴试验成套设备的完善，也具有一定的实际意义。本发明的有益效果是：该三轴试验试样制备模具，结构简单，方便实用，能快速组装、拆卸，且组装后整体性好，试样制备效果良好。

发明内容

本发明的目的在于提供一种土工三轴试验制样装置，该装置可准确控制试样高度，制作密实度较为均匀的三轴试样。

本发明的目的还在于提供一种土工三轴试验试样的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种高度可视化土工三轴试验试样装置及试样制备方法，其中，一种土工三轴试验制样装置，包括双瓣膜和套环两部分，双瓣膜用以控制试样，套环用以调节试样密实度，所述套环套在双瓣膜外表面；双瓣膜被轴向分为能严密合实的两部分：对开半筒A和对开半筒B。双瓣膜为钢化玻璃材质。双瓣膜分为上部、中部、底部三部分。双瓣膜的底部为双瓣膜与试验仪器底座结合的部分，其高度与仪器底座高度一致。双瓣膜中部为形成试样的部分，双瓣膜中部的高度满足所制试样高度与直径之比为2.0～2.5的要求。双瓣膜上部为放置与固定试样帽的部分。为便于橡皮膜的固定及橡皮筋的绑扎，双瓣膜的底部和上部内径大于中部内径，且上部与中部的外径通过圆滑过渡衔接。

双瓣膜上设有刻度且相互对称。对开半筒A和对开半筒B拼装后形成连接缝，刻度垂直于连接缝，对开半筒A和对开半筒B的两侧设置分别有刻度线(3)。刻度线(3)的零点位于压力室底座上透水石的顶部，其最小值为1mm。

在双瓣膜中部，对开半筒A中间设有钢化玻璃材质的真空抽气孔(1)并连接橡胶抽气导管(2)，从而使橡皮膜覆盖并紧贴双瓣膜的内表面。

所述套环为不锈钢材质，套环包括套环环体(4)、连接螺栓杆、连接螺栓(5)；套环环体(4)上设有连接螺栓杆及连接螺栓(5)，通过调节连接螺栓(5)进而实现连接螺栓杆的锁紧程度。

一种土工三轴试验试样制备方法：该制备方法包含以下步骤：步骤1：组装双瓣膜；步骤2：装填土样；步骤3：拆除双瓣膜；具体而言，该步骤包括以下详细步骤，

步骤一，组装双瓣膜。先在压力室底座上依次放上透水石、滤纸，用橡皮筋将橡皮膜一端固定在压力室底座上，保证橡皮膜不漏水漏气。将对开半筒A与对开半筒B放置在压力室底座两侧，并进行对接组装。将套环环体(4)套在双瓣膜的柱体中部，拧紧连接螺栓(5)，箍紧双瓣膜。将连接抽气孔的橡胶抽气导管(2)与真空泵连接进行抽气，使橡皮膜紧贴对开筒的内壁。

步骤二：装填土样。在模内注入适量无气水，将在水中煮沸冷凉后的砂子，填入橡皮膜内，通过双瓣膜上的刻度线(3)控制试样高度。整平试样表面，依次放上滤纸，透水石，试样帽，并扎紧橡皮膜。

步骤三：拆除双瓣膜。对试样内部施加10KPa的负压，使试样站立。停止真空抽气，将双瓣膜柱体外部的套环拆除，然后将双瓣膜拆除，试样制备完成。

本发明的有益效果是：试样装置组装方便快捷，试样制备过程直观，通过双瓣膜上的刻度线可精确控制试样制备高度，且真空抽气确保试样直径沿高度保持一致，从而制作的三轴试样密实度较均匀，获得较为可靠的土工三轴试验数据。

附图说明