[发明专利]一种用于冻土的批量制样装置及其使用方法

说明书

本发明提供一种用于冻土的批量制样装置及其使用方法，包括：底座、安装架和制冷机构，安装架设置在底座的正上方，制冷机构和底座连通，安装架的底面竖直设有支撑杆，支撑杆的底端和底座的顶面之间可拆卸连接，底座的顶面开设有多个腔室，安装架的底面设有多个制样机构，且制样机构的底端紧贴在腔室的内部；制样机构包括伸缩件、压块和成型筒，伸缩件竖直设置在安装架的底面上，压块固定设置在伸缩件的底端上，成型筒位于腔室内，压块滑动设置在成型筒内。本发明能够提高制样的效率，适宜开展批量冻土力学实验，采用液压伸缩杆提供压力使得制样压力更加稳定、精确；消除了冻土结构扰动的问题；便于制样的取出。

技术领域

本发明涉及冻土制样技术领域，特别是涉及一种用于冻土的批量制样装置及其使用方法。

背景技术

冻土是指零摄氏度以下，并含有冰的各种岩石和土壤。一般可分为短时冻土(数小时/数日以至半月)/季节冻土(半月至数月)以及多年冻土(又称永久冻土，指的是持续二年或二年以上的冻结不融的土层)。深部土由于上层土体自重原因受到较大的荷载，在对深部土进行原位冻结形成人工冻土时，冻土的形成条件为有压冻结。深埋原位冻结人工冻土，由于其所处地层深度大、形成条件与常规重塑土的人工冻土试样的形成条件差异大，其物理力学性质与常规重塑土的人工冻土试样的力学性质之间存在很大差异，因此在制备室内试验冻土试样时，应尽可能模拟冻土原位形成条件。

随着冻土力学的发展，对深部冻土的研究尺度逐渐从宏观转向细观层面，目前采用较多的为CT扫描技术，由于CT设备平台尺寸与扫描分辨率的限制，试样尺寸需要毫米级，由此带来了诸多制样问题，导致传统的冻土制样方法不能满足现有需求。目前主要有两种实现方法：方法一：对常规三轴仪进行改装，使固结、冻结全都在实验机上完成，然后对制备的冻土试样进行切削制成符合CT扫描尺寸的试样；方法二：对K0固结仪进行改装，在其外侧增加冷冻系统，土样经K0固结后进行冻结，制成标准尺寸的模拟深埋人工冻土试样，然后对冻土试样进行切削加工。这两种方法都存在明显不足：方法一虽然能够模拟深埋人工冻土形成条件，但固结时径向为液性侧限，相较于深部冻土形成时的刚性侧限存在一定误差，且这种方法试验机占用时间长，一次只能完成一个试样，试验机时费用昂贵，不适宜高效的开展大量深部冻土力学试验。方法二虽然能够模拟深埋人工冻土形成时的刚性侧限，这种方法单次只能制备一个试样，且冻土切削过程存在尺寸不准确和冻土结构扰动问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于冻土的批量制样装置，用于解决现有技术中径向为液性侧限、存在一定误差，一次只能完成一个试样，试验机时费用昂贵，不适宜高效的开展大量深部冻土力学试验；单次只能制备一个试样，且冻土切削过程中存在尺寸不准确和冻土结构扰动的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于冻土的批量制样装置，所述用于冻土的批量制样装置包括：底座、安装架和制冷机构，所述安装架设置在底座的正上方，所述制冷机构和底座连通，所述安装架的底面竖直设有支撑杆，所述支撑杆的底端和底座的顶面之间可拆卸连接，所述底座的顶面开设有多个腔室，所述安装架的底面设有多个制样机构，且制样机构的底端紧贴在腔室的内部；

所述制样机构包括伸缩件、压块和成型筒，所述伸缩件竖直设置在安装架的底面上，所述压块固定设置在伸缩件的底端上，所述成型筒位于腔室内，所述压块滑动设置在成型筒内；

所述成型筒包括一个上盖和两个下半盖，两个所述下半盖之间拼接形成一个圆柱形筒，所述上盖和两个下半盖拼接形成为成型筒，两个所述下半盖和上盖的外侧之间通过锁紧环锁紧，所述圆柱形筒的内底部设有成型垫板，所述成型垫板、压块和两个下半盖之间形成有成型腔，所述圆柱形筒的内底面设有称重传感器，所述成型垫板的底面和称重传感器顶面之间设有支撑弹簧，所述圆柱形筒的内底面设有止位块，所述止位块的顶面设有荷重传感器。

优选的，所述下半盖的顶端内壁开设有环形槽，所述上盖的底端设有环形圈，且环形圈位于环形槽内，所述下半盖的顶端外侧、上盖的底端外侧均设有外螺纹，所述锁紧环的内侧开设有内螺纹，且外螺纹和内螺纹之间螺纹连接。