[发明专利]一种常规三轴试验扰动土体制样装置及方法

说明书

本发明属岩土工程室内试验设备技术领域，特别涉及一种常规三轴试验扰动土体制样装置及方法。该装置包括制样筒和击实设备，制样筒包括底座和上、下护筒，上护筒可沿下护筒伸缩以调整上、下护筒的总高度，上、下护筒外壁设有均匀刻度线，制样筒材质为透明钢化玻璃，橡胶模穿过护筒后紧贴筒体内壁且两端反套于护筒和底座外壁，护筒壁各设排气孔以实现内壁与橡胶模间空隙抽真空。击实设备为不锈钢材料，包括传力杆、击实锤和刨毛刀片，传力杆的下部实心杆可在上部空心杆内伸缩，并由限位器调整传力杆总长度。本发明制样时土样高径比可灵活调整，制样全过程可视化，土样摊铺和击实均可精准控制且试验操作过程简单，可在土工试验技术领域推广使用。

技术领域

本发明属岩土工程室内试验设备技术领域，特别涉及一种常规三轴试验扰动土体制样装置及方法。

背景技术

室内常规三轴试验被广泛应用于土体力学特性的研究，包括测定土体抗剪强度参数(黏聚力和内摩擦角)，获得土体应力-应变关系曲线及其剪胀特性等。对于扰动土体，该试验操作的关键在于土样的制备，若制得土样不均匀、制备过程难以精确控制、土样高径比过小或难以根据研究需要灵活调整，均会使试验结果与土体真实的应力-应变特性相差较大而无法实现本试验的价值。现有土工试验规程规定土样高径比一般为2.0-2.5，直径包括39.1mm、61.8mm和101.0mm三种规格，具体制样方法为采用钢质对开模筒或三瓣模筒，根据试验规定密实度计算所需土样质量，然后将备好土样分成等质量的几份，依次填入模筒内击实，直至所有土样填入模筒，黏质土分5-8层击实，非黏质土体分3-5层击实。

但上述制样装置及操作方法存在如下问题：

(1)钢制的对开模筒或三瓣模筒由于材质原因是不透明的，试样制备时土体填入击实的过程不可见，每份土体填入后的摊铺平整度、该层土体击实后的高度都无法精确控制而只能凭借经验预估，这将导致土样击实后各层的密实度存在偏差，制得的土样是非均质的，得到的试验结果存在较大误差；

(2)钢质的对开或三瓣模筒高度是固定不变的，一旦选定了某种直径规格，制得的土样将由于模筒高度的固定而使高径比无法自行调整。这将不能满足同一直径不同高度的各土样力学特性差异性对比分析的科学研究需要，并且对于平均粒径较大的土样，其一般要求高径比较大以消除端部约束的影响，但钢质模筒并没有考虑土体粒径对制样高径比的要求。

为此，如何设计一种制样全过程(包括每层土样的摊铺、击实后高度等)可精确控制、土样高径比可根据试验需要灵活调整的三轴试验扰动土体制样装置，并附带设计一种摊平、击实两用击实设备，以提高试验结果的真实可靠性，满足科学研究和工程实际的需要是一个值得研究的方向。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种常规三轴试验扰动土体制样装置，解决现有制样装置制样时土样高径比无法根据研究需要灵活调整、土样制备不均匀、密实度控制不精确的问题，本发明的另一目的在于提供一种三轴试验扰动土体制样方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：常规三轴试验扰动土体制样装置，其特征在于：包括制样筒和设置于制样筒内的击实设备；

所述制样筒包括底座、下护筒、上护筒和橡胶模，下护筒置于底座之上，下护筒的上部与上护筒连接构成护筒主体，上护筒可沿下护筒上下伸缩以调整护筒主体的总高度，护筒主体的外壁均设有均匀的刻度线，零刻度线位于下护筒的下端，橡胶模穿过护筒主体后紧贴筒体内壁且两端反套于护筒主体和底座的外壁，上护筒和下护筒的外壁各设一个排气孔以实现内壁与橡胶模之间的空隙抽真空；

所述击实设备包括传力杆、击实锤和刨毛刀片，传力杆的下端与击实锤连接，下端连接刨毛刀片，传力杆包括上部空心杆、下部实心杆和限位器，下部实心杆通过限位器套接于上部空心杆中且可在上部空心杆内上下伸缩，并由限位器调整传力杆的总长度。