[发明专利]一种大三轴试验用碎石芯复合试样的制备装置及制备方法

权利要求书

1.一种大三轴试验用碎石芯复合试样的制备装置，其特征在于，包括轴向加载框架、传压机构、承样机构和提杆；

所述承样机构包括用于装载软黏土的成型筒、用于装载碎石芯的多孔钢内管以及支撑底座，所述多孔钢内管设于成型筒内部，所述支撑底座设于成型筒下方，所述传压机构位于成型筒上方，所述支撑底座和传压机构内部分别设有与成型筒相连通的下排水通道和上排水通道；

所述提杆连接于支撑底座下方，所述轴向加载框架包括设于传压机构上方的压板，提升所述提杆时，传压机构将来自压板的压力传递至承样机构，使碎石芯和软黏土预固结；

所述传压机构包括与压板对应设置的铁块、设于铁块下方的试样帽以及设于试样帽下方的透水板；

所述试样帽设有第一排水孔，所述透水板设有呈辐射状分布的若干列第二排水孔，所述第一排水孔和第二排水孔相连通且共同构成上排水通道；

所述支撑底座包括安装于成型筒下方的试样底座和设于试样底座下方的围压室底座，所述围压室底座下方设有三轴仪底座；

所述试样底座内设有第三排水孔，所述围压室底座设有与第三排水孔相连的第四排水孔，所述第三排水孔和第四排水孔共同构成下排水通道。

2.根据权利要求1所述的大三轴试验用碎石芯复合试样的制备装置，其特征在于，所述轴向加载框架还包括与压板相连的压板支座、与压板支座相连的顶板以及连接于顶板边缘的若干立柱，所述立柱分布于承样机构的外围。

3.根据权利要求1所述的大三轴试验用碎石芯复合试样的制备装置，其特征在于，所述成型筒包括对称相连的第一成型半筒和第二成型半筒，所述成型筒与传压机构间设有上层滤纸，所述成型筒与支撑底座间设有下层滤纸。

4.根据权利要求1所述的大三轴试验用碎石芯复合试样的制备装置，其特征在于，所述多孔钢内管和成型筒的中心轴线相重合，所述多孔钢内管为空心圆柱体且表面设有均匀分布的出水孔。

5.一种采用权利要求1~4中任一项所述装置制备大三轴试验用碎石芯复合试样的方法，其特征在于，包括以下步骤：

在支撑底座上扎好乳胶膜，将成型筒安装于支撑底座上方，将乳胶膜竖直拉起并外翻至成型筒外壁处，将多孔钢内管安放于成型筒内部；

将级配碎石倒入多孔钢内管中制成碎石芯，将土浆倒入成型筒中；

将传压机构安装于成型筒上方，将乳胶膜翻回并紧扎于传压机构侧面；

提升提杆使传压机构顶部与压板接触，传压机构将来自压板的压力传递至承样机构，对碎石芯和土浆进行一级加载，加载完成后降低提杆；

取出多孔钢内管，再次提升提杆，对一级加载后获得的碎石芯和软黏土进行多级加载，加载过程中多余的水从上排水通道和下排水通道流出，最终获得预固结完成的含碎石芯软黏土复合试样。

6.根据权利要求5所述的大三轴试验用碎石芯复合试样的制备方法，其特征在于，碎石芯的制备方法具体包括步骤：

将各粒径的碎石放置在一起，利用盛土铲将碎石来回翻铲，获得不同粒径混合均匀的级配碎石料；

将级配碎石料分为5等份，通过盛土铲将第1份级配碎石料缓慢倒入多孔钢内管中，利用重锤锤击碎石料直至达到多孔钢内管内相应高度，依次倒入余下4份级配碎石料至多孔钢内管内，每次倒入后都用重锤锤击密实。

7.根据权利要求5所述的大三轴试验用碎石芯复合试样的制备方法，其特征在于，制备土浆和将土浆倒入成型筒的具体步骤包括：

将土粉倒入制土箱中，沿着制土箱内壁缓缓倒入制备好的四分之三的纯净水，通过泥浆搅拌器进行搅拌，待土粉和水搅拌均匀后，边搅拌边倒剩余的纯净水，直至将量筒中的纯净水全部倒入制土箱，继续搅拌直至搅拌均匀；

通过盛土铲将制备好的土浆铲起，使土浆沿着乳胶膜缓缓倒入乳胶膜中，通过搅拌棒缓缓搅拌乳胶膜中的土浆，挤出土浆中的气泡，然后沿着成型筒顺时针方向倒入土浆，直至土浆液面高于多孔钢内管30~50mm。

8.根据权利要求5所述的大三轴试验用碎石芯复合试样的制备方法，其特征在于，一级加载和多级加载时以上排水通道和下排水通道不再有水排出为加载结束信号，每级加载结束后均需补充级配碎石和土浆，再继续进行下一级加载。