一種固結試驗試樣制備的雙向分層壓樣裝置及其壓樣方法
【專利摘要】一種固結試驗試樣制備的雙向分層壓樣裝置及其壓樣方法，其裝置構成是：加壓活塞套于導筒的內壁，加壓活塞的凸緣的底面與導筒的頂部貼合，導筒的內壁在加壓活塞以下的部位開有環刀槽，環刀的頂部嵌置于導筒的環刀槽內，且環刀的內直徑與加壓活塞的直徑相等；環刀的刃口嵌置于底座頂部的圓環狀凸起的內腔中；一塊或兩塊圓盤狀的墊塊嵌置于環刀的內腔中；加壓活塞的凸緣的底面與加壓活塞下端面的距離、導筒在環刀槽以上部位的內壁高度、墊塊的高度均為環刀高度的1/n，n為壓制試樣時的分層層數，其取值為3或4。使用該裝置壓制的試樣壓實度更均勻，試樣加載時環壁摩擦力造成的干擾小，從而使固結試驗的試驗數據偏差小，試驗結果更準確、可靠。
【專利說明】一種固結試驗試樣制備的雙向分層壓樣裝置及其壓樣方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明屬于土工試驗【技術領域】，尤其屬于土工試驗中的一種固結試驗試樣制備的雙向分層壓樣裝置及其壓樣方法。
【背景技術】
[0002]在進行土體的固結試驗之前，首先要制備原狀土試樣或擾動土試樣。擾動土試樣的制備程序主要包括取樣、風干(或烘干)、碾散、過篩、制樣等程序。制樣是擾動土試樣制備過程中非常關鍵的一步，現階段主要有擊實法和壓樣法兩種制樣方法。壓樣法是根據試樣壓實度(或干密度)的要求和環刀容積計算出所需濕土的質量，再根據濕土質量的計算結果稱取濕土，并將稱取的濕土裝入壓樣器內，通過加壓活塞以靜壓力方式一次性將濕土壓緊至高度與環刀的頂部以及刃口齊平，即制得所需的壓實度的試樣。該方法因操作簡單、快捷,為大多試驗人員所采用。
[0003]現有的雙向壓樣器壓制試樣時，如《GB_T50123_1999 土工試驗方法標準》3.1中所述，是將全部所需質量的濕土一次性倒入壓樣器內，再用上下加壓活塞從兩個放向加壓。環刀側壁對濕土產生的環壁摩擦力會在濕土深度方向(垂向)上削弱壓樣時的靜壓力，并且濕土黏性越大、壓實度越高、濕土越厚、濕土與環刀側壁的接觸的面積越大，這種削弱作用就越明顯。若試樣制備時所用的濕土黏性較大或所要求的試樣壓實度很高，濕土在壓實過程中就會因靜壓力隨濕土深度削弱的現象而導致壓制完成的試樣壓實度下部偏低；同時，壓制過程中，持續不變的壓力會使濕土與環刀之間的環壁摩擦力效應以預應力的形式持續累積。由于多數固結試驗所產生的試樣的總壓縮變形只有O?3mm，對于壓實度較高的黏性土變形量甚至只有1_左右，所以試樣壓實程度沿試樣深度方向上較小的不均勻性以及環壁摩擦力的干擾都會對試樣試驗時的壓縮變形數據造成很大的影響，導致試驗數據偏差較大。
【發明內容】
[0004]本發明的第一發明目的是提供一種固結試驗試樣制備的雙向分層壓樣裝置，使用該種壓樣裝置壓制的試樣壓實度更均勻，試樣加載時環壁摩擦力造成的干擾小，從而使固結試驗的試驗數據偏差小，試驗結果更準確、可靠。
[0005]本發明實現其第一發明目的所采取的技術方案是，一種固結試驗試樣制備的雙向分層壓裝置，其特征在于:
[0006]加壓活塞套于導筒的內壁，加壓活塞的凸緣的底面與導筒的頂部貼合，導筒的內壁在加壓活塞以下的部位開有環刀槽，環刀的頂部嵌置于導筒的環刀槽內，且環刀的內直徑與加壓活塞的直徑相等；環刀的刃口嵌置于底座頂部的圓環狀凸起的內腔中；一塊或兩塊圓盤狀的墊塊嵌置于環刀的內腔中；
[0007]加壓活塞的凸緣的底面與加壓活塞下端面的距離、導筒在環刀槽以上部位的內壁高度、墊塊的高度均為環刀高度的1/η，η為壓制試樣時的分層層數，其取值為3或4。[0008]本發明的第二發明目的是提供使用以上的固結試驗試樣制備的雙向分層壓樣裝置的壓樣方法，采用該種壓樣方法壓制的試樣壓實度更均勻，試樣加載時環壁摩擦力造成的干擾小，從而使固結試驗的試驗數據偏差小，試驗結果更準確、可靠。
[0009]本發明實現其第二發明目的，所采取的第一種技術方案是，一種使用以上的固結試驗試樣制備的雙向分層壓樣裝置的壓樣方法，所述的壓制試樣時的分層層數η為3，加壓活塞的凸緣的底面與加壓活塞下端面的距離、導筒在環刀槽以上部位的內壁高度、墊塊的高度均為環刀高度的1/3，其具體操作步驟如下:
[0010]Α、將加壓活塞和導筒從制樣器內取出，在環刀內嵌置一個墊塊，將質量為壓樣所需濕土總質量1/3的濕土填入環刀內；將加壓活塞沿環刀的內壁下壓，直至加壓活塞的凸緣下表面與環刀頂部貼合，即將所填入的濕土壓實至所需的壓實度；
[0011]B、取出加壓活塞和環刀，將環刀整體翻轉180°后再放入底座的圓環狀凸起內，此時，環刀內的濕土與未取出的墊塊上表面緊密貼合；隨即，將導筒外套在環刀上方，向環刀內再次填入質量為壓樣所需濕土總質量1/3的濕土，然后，將加壓活塞沿導筒的內壁下壓，直至加壓活塞的凸緣下表面與導筒頂部貼合，即將再次填入的濕土壓實至所需的壓實度；
[0012]C、取出加壓活塞、導筒、墊塊和環刀，再將環刀整體翻轉180°后再放入圓環狀凸起內，此時環刀內的濕土與底座的表面緊密貼合；隨即，將導筒外套在環刀的上方，向環刀內第三次填入質量為壓樣所需濕土總質量1/3的濕土，然后，將加壓活塞沿導筒的內壁下壓，直至加壓活塞的凸緣下表面與導筒的頂部貼合，即將第三次填入的濕土壓實至所需的壓實度，完成試樣的壓制。
[0013]該第一種技術方案是采用三層分層、三次加土、三次壓制的壓樣方法，適用于黏度較高的濕土壓制壓實度較高的試樣。
[0014]本發明實現其第二發明目的，所采取的第二種技術方案是，一種使用上述的固結試驗試樣制備的雙向分層壓樣裝置的壓樣方法，所述的壓制試樣時的分層層數η為4，加壓活塞的凸緣的底面與加壓活塞下端面的距離、導筒在環刀槽以上部位的內壁高度、墊塊的高度均為環刀高度的1/4 ;其具體操作步驟如下:
[0015]Α、將加壓活塞和導筒從制樣器內取出，在環刀內嵌置兩個高度為環刀高度1/4的墊塊，將質量為壓樣所需濕土總質量1/4的濕土填入環刀內；然后，將加壓活塞沿環刀內壁下壓，直至加壓活塞的凸緣下表面與環刀的頂部貼合，即將所填入的濕土壓實至所需的壓實度；
[0016]B、取出加壓活塞、環刀和位于上部的一個墊塊，將環刀整體翻轉180°
[0017]后再放入底座的圓環狀凸起內，此時，環刀內的濕土與未取出的墊塊的上表面緊密貼合；然后，再次將質量為壓樣所需濕土總質量1/4的濕土填入環刀內，將加壓活塞沿環刀的內壁下壓，直至加壓活塞的凸緣下表面與環刀的刃口貼合，即將再次填入的濕土壓實至所需的壓實度；
[0018]C、取出加壓活塞和環刀，將環刀整體翻轉180°后再放入底座的圓環狀凸起內，此時環刀內的濕土與未取出的墊塊上表面緊密貼合；然后，將導筒外套在環刀上方，第三次將質量為壓樣所需濕土總質量1/4的濕土填入環刀內，將加壓活塞沿導筒的內壁下壓，直至加壓活塞的凸緣下表面與導筒頂部貼合，即將第三次填入的濕土壓實至所需的壓實度；
[0019]D、取出加壓活塞、導筒、環刀和墊塊，將環刀整體翻轉180°后再放入底座的圓環狀凸起內，此時環刀內的濕土與底座表面緊密貼合；然后，將導筒外套在環刀上方，第四次將質量為壓樣所需濕土總質量1/4的濕土填入環刀，將加壓活塞沿導筒的內壁下壓，直至加壓活塞的凸緣下表面與導筒的頂部貼合，即將第四次填入的濕土壓實至所需的壓實度，即完成試樣的壓制。
[0020]該第二種技術方案是采用四層分層、四次加土、四次壓制的壓樣方法，適用于黏度更高的濕土壓制壓實度更高的試樣。
[0021 ] 與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0022]壓制過程中，環刀的刃口或頂部嵌置于底座頂部的圓環狀凸起的內腔中，環刀的頂部或刃口嵌置于導筒的環刀槽內；在最后一次(層)壓制前的壓樣過程中，一塊或兩塊圓盤狀的墊塊嵌置于環刀的內腔中，替代了未填入壓制的濕土的體積；從而使得每次(層)填入濕土質量相等，且其壓制時的體積壓縮程度保持一致，試樣的總的體積壓縮程度與一次性不分層的壓制的試樣的體積壓縮程度保持一致。這樣，在壓樣過程中通過墊塊的高度、導筒的高度、加壓活塞的高度相互配合，實現了將試樣分成等質量、等高度的三或四次(層)壓制，每一次壓制濕土的厚度僅為現有壓樣器的1/3或1/4，濕土與環刀側壁的接觸面積也僅為現有壓樣器的1/3或1/4，壓樣時靜壓力在傳遞過程中受環壁摩擦力的影響大大減小，試樣的壓實度更加均勻。
[0023]同時，通過墊塊和導筒的拆卸、環刀的翻轉，從而進行方向不斷輪換的壓樣，較之方向不變的持續壓制，環壁摩擦力會不斷變換方向，預應力的累積效應減小，所以試樣固結試驗加載時受到的干擾同時減小，從而使固結試驗的試驗數據偏差小，試驗結果更準確、可靠，試驗更能反映試樣的壓縮特性。
[0024]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步的詳細說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1是實施例一的壓樣裝置的結構示意圖。
[0026]圖2a是實施例一的壓樣裝置在完成第一次(層)壓制時的示意圖。
[0027]圖2b是實施例一的壓樣裝置在完成第二次(層)壓制時的示意圖。
[0028]圖2c是實施例一的壓樣裝置在完成第三次(層)壓制，即壓制完成時的示意圖。
[0029]圖3是實施例二的壓樣裝置的結構示意圖。
[0030]圖4a是實施例二的壓樣裝置在完成第一次(層)壓制時的示意圖。
[0031]圖4b是實施例二的壓樣裝置在完成第二次(層)壓制時的示意圖。
[0032]圖4c是實施例二的壓樣裝置在完成第三次(層)壓制時的示意圖。
[0033]圖4d是實施例二的壓樣裝置在完成第四次(層)壓制，即壓制完成時的示意圖。
【具體實施方式】
[0034]實施例一
[0035]圖1示出，本發明的第一種【具體實施方式】是，一種用于固結試驗試樣制備的雙向分層壓樣器，其特征在于:
[0036]加壓活塞4套于導筒3的內壁，加壓活塞4的凸緣4a的底面與導筒3的頂部貼合，導筒3的內壁在加壓活塞4以下的部位開有環刀槽，環刀5的頂部嵌置于導筒3的環刀槽內，且環刀5的內直徑與加壓活塞4的直徑相等；環刀5的刃口嵌置于底座I頂部的圓環狀凸起Ia的內腔中；一塊圓盤狀的墊塊2嵌置于環刀5的內腔中；
[0037]本例的加壓活塞4的凸緣4a的底面與加壓活塞4下端面的距離、導筒3在環刀槽以上部位的內壁高度、墊塊2的高度均為環刀5高度的1/η，η為壓制試樣時的分層層數，其取值為3。
[0038]圖2a、圖2b和圖2c示出，一種使用本例的固結試驗試樣制備的雙向分層壓樣裝置的壓樣方法，所述的壓制試樣時的分層層數η為3，加壓活塞4的凸緣4a的底面與加壓活塞4下端面的距離、導筒3在環刀槽以上部位的內壁高度、墊塊2的高度均為環刀5高度的1/3 ;其具體操作步驟如下:
[0039]A、將加壓活塞4和導筒3從制樣器內取出，在環刀5內嵌置一個墊塊2,將質量為壓樣所需濕土總質量1/3的濕土 6填入環刀5內；將加壓活塞4沿環刀5的內壁下壓，直至加壓活塞4的凸緣4a下表面與環刀5頂部貼合，即將所填入的濕土 6壓實至所需的壓實度，參見圖2a。
[0040]B、取出加壓活塞4和環刀5，將環刀5整體翻轉180°后再放入底座I的圓環狀凸起Ia內，此時，環刀5內的濕土 6與未取出的墊塊2上表面緊密貼合；隨即，將導筒3外套在環刀5上方，向環刀5內再次填入質量為壓樣所需濕土總質量1/3的濕土 6，然后，將加壓活塞4沿導筒3的內壁下壓，直至加壓活塞4的凸緣4a下表面與導筒3頂部貼合，即將再次填入的濕土 6壓實至所需的壓實度，參見圖2b。
[0041]C、取出加壓活塞4、導筒3、墊塊2和環刀5，再將環刀5整體翻轉180°后再放入圓環狀凸起Ia內，此時環刀5內的濕土 6與底座I的表面緊密貼合；隨即，將導筒3外套在環刀5的上方，向環刀5內第三次填入質量為壓樣所需濕土總質量1/3的濕土 6，然后，將加壓活塞4沿導筒3的內壁下壓，直至加壓活塞4的凸緣4a下表面與導筒3的頂部貼合，即將第三次填入的濕土 6壓實至所需的壓實度，完成試樣的壓制，參見圖2c。
[0042]實施例二
[0043]—種用于固結試驗試樣制備的雙向分層壓樣器，其特征在于:
[0044]加壓活塞4套于導筒3的內壁，加壓活塞4的凸緣4a的底面與導筒3的頂部貼合，導筒3的內壁在加壓活塞4以下的部位開有環刀槽，環刀5的頂部嵌置于導筒3的環刀槽內，且環刀5的內直徑與加壓活塞4的直徑相等；環刀5的刃口嵌置于底座I頂部的圓環狀凸起Ia的內腔中；兩塊圓盤狀的墊塊2嵌置于環刀5的內腔中；
[0045]本例的加壓活塞4的凸緣4a的底面與加壓活塞4下端面的距離、導筒3在環刀槽以上部位的內壁高度、墊塊2的高度均為環刀5高度的1/η，η為壓制試樣時的分層層數，其取值為4。
[0046]圖4a、圖4b、圖4c和圖4d示出，一種使用本例的固結試驗試樣制備的雙向分層壓樣裝置的壓樣方法，所述的壓制試樣時的分層層數η為4，加壓活塞4的凸緣4a的底面與加壓活塞4下端面的距離、導筒3在環刀槽以上部位的內壁高度、墊塊2的高度均為環刀5高度的1/4 ;其具體操作步驟如下:
[0047]A、將加壓活塞4和導筒3從制樣器內取出，在環刀5內嵌置兩個高度為環刀5高度1/4的墊塊2，將質量為壓樣所需濕土總質量1/4的濕土 6填入環刀5內；然后，將加壓活塞4沿環刀5內壁下壓，直至加壓活塞4的凸緣4a下表面與環刀5的頂部貼合，即將所填入的濕土 6壓實至所需的壓實度，參見圖4a。
[0048]B、取出加壓活塞4、環刀5和位于上部的一個墊塊2，將環刀5整體翻轉180°后再放入底座I的圓環狀凸起Ia內，此時，環刀5內的濕土 6與未取出的墊塊2的上表面緊密貼合；然后，再次將質量為壓樣所需濕土總質量1/4的濕土 6填入環刀5內，將加壓活塞4沿環刀5的內壁下壓，直至加壓活塞4的凸緣4a下表面與環刀5的刃口貼合，即將再次填入的濕土 6壓實至所需的壓實度，參見圖4b。
[0049]C、取出加壓活塞4和環刀5，將環刀5整體翻轉180°后再放入底座I的圓環狀凸起Ia內，此時環刀5內的濕土 6與未取出的墊塊2上表面緊密貼合；然后，將導筒3外套在環刀5上方，第三次將質量為壓樣所需濕土總質量1/4的濕土 6填入環刀5內，將加壓活塞4沿導筒3的內壁下壓，直至加壓活塞4的凸緣4a下表面與導筒3頂部貼合，即將第三次填入的濕土 6壓實至所需的壓實度，參見圖4c。
[0050]D、取出加壓活塞4、導筒3、環刀5和墊塊2，將環刀5整體翻轉180°后再放入底座I的圓環狀凸起Ia內，此時環刀5內的濕土 6與底座I表面緊密貼合；然后，將導筒3外套在環刀5上方，第四次將質量為壓樣所需濕土總質量1/4的濕土 6填入環刀5，將加壓活塞4沿導筒3的內壁下壓，直至加壓活塞4的凸緣4a下表面與導筒3的頂部貼合，即將第四次填入的濕土 6壓實至所需的壓實度，即完成試樣的壓制，參見圖4d。
【權利要求】
1.一種固結試驗試樣制備的雙向分層壓樣裝置，其特征在于: 加壓活塞(4)套于導筒(3)的內壁，加壓活塞(4)的凸緣(4a)的底面與導筒(3)的頂部貼合，導筒(3)的內壁在加壓活塞(4)以下的部位開有環刀槽，環刀(5)的頂部嵌置于導筒(3)的環刀槽內，且環刀(5)的內直徑與加壓活塞(4)的直徑相等；環刀(5)的刃口嵌置于底座(1)頂部的圓環狀凸起(Ia)的內腔中；一塊或兩塊圓盤狀的墊塊(2)嵌置于環刀(5)的內腔中； 所述的加壓活塞(4)的凸緣(4a)的底面與加壓活塞(4)下端面的距離、導筒(3)在環刀槽以上部位的內壁高度、墊塊(2)的高度均為環刀(5)高度的1/η，η為壓制試樣時的分層層數，其取值為3或4。
2.一種使用權利要求1所述的固結試驗試樣制備的雙向分層壓樣裝置的壓樣方法，所述的壓制試樣時的分層層數η為3，加壓活塞(4)的凸緣(4a)的底面與加壓活塞(4)下端面的距離、導筒(3)在環刀槽以上部位的內壁高度、墊塊(2)的高度均為環刀(5)高度的1/3 ；其具體操作步驟如下: A、將加壓活塞(4)和導筒(3)從制樣器內取出，在環刀(5)內嵌置一個墊塊(2)，將質量為壓樣所需濕土總質量1/3的濕土(6)填入環刀(5)內；將加壓活塞(4)沿環刀(5)的內壁下壓，直至加壓活塞(4)的凸緣(4a)下表面與環刀(5)頂部貼合，即將所填入的濕土(6)壓實至所需的壓實度； B、取出加壓活塞(4)和環刀(5)，將環刀(5)整體翻轉180°后再放入底座(1)的圓環狀凸起(Ia)內，此時，環刀(5)內的濕土(6)與未取出的墊塊(2)上表面緊密貼合；隨即，將導筒(3)外套在環刀(5)上方，向環刀(5)內再次填入質量為壓樣所需濕土總質量1/3的濕土(6)，然后，將加壓活塞(4)沿導筒(3)的內壁下壓，直至加壓活塞(4)的凸緣(4a)下表面與導筒(3)頂部貼合，即將再次填 入的濕土(6)壓實至所需的壓實度； C、取出加壓活塞(4)、導筒(3)、墊塊(2)和環刀(5)，再將環刀(5)整體翻轉180°后放入圓環狀凸起(Ia)內，此時環刀(5)內的濕土(6)與底座(1)的表面緊密貼合；隨即，將導筒(3)外套在環刀(5)的上方，向環刀(5)內第三次填入質量為壓樣所需濕土總質量1/3的濕土(6)，然后，將加壓活塞(4)沿導筒(3)的內壁下壓，直至加壓活塞(4)的凸緣(4a)下表面與導筒(3)的頂部貼合，即將第三次填入的濕土(6)壓實至所需的壓實度，完成試樣的壓制。
3.一種使用權利要求1所述的固結試驗試樣制備的雙向分層壓樣裝置的壓樣方法，所述的壓制試樣時的分層層數η為4，加壓活塞(4)的凸緣(4a)的底面與加壓活塞(4)下端面的距離、導筒(3)在環刀槽以上部位的內壁高度、墊塊(2)的高度均為環刀(5)高度的1/4 ；其具體操作步驟如下: A、將加壓活塞(4)和導筒(3)從制樣器內取出，在環刀(5)內嵌置兩個高度為環刀(5)高度1/4的墊塊(2)，將質量為壓樣所需濕土總質量1/4的濕土(6)填入環刀(5)內；然后，將加壓活塞(4)沿環刀(5)內壁下壓，直至加壓活塞(4)的凸緣(4a)下表面與環刀(5)的頂部貼合，即將所填入的濕土(6)壓實至所需的壓實度； B、取出加壓活塞(4)、環刀(5)和位于上部的一個墊塊(2)，將環刀(5)整體翻轉180°后再放入底座(1)的圓環狀凸起(Ia)內，此時，環刀(5)內的濕土( 6 )與未取出的墊塊(2 )的上表面緊密貼合；然后，再次將質量為壓樣所需濕土總質量1/4的濕土(6)填入環刀(5)內，將加壓活塞(4)沿環刀(5)的內壁下壓，直至加壓活塞(4)的凸緣(4a)下表面與環刀(5)的刃口貼合，即將再次填入的濕土(6)壓實至所需的壓實度； C、取出加壓活塞(4)和環刀(5)，將環刀(5)整體翻轉180°后再放入底座(1)的圓環狀凸起(Ia)內，此時環刀(5)內的濕土(6)與未取出的墊塊(2)上表面緊密貼合；然后，將導筒(3)外套在環刀(5)上方，第三次將質量為壓樣所需濕土總質量1/4的濕土(6)填入環刀(5)內，將加壓活塞(4)沿導筒(3)的內壁下壓，直至加壓活塞(4)的凸緣(4a)下表面與導筒(3)頂部貼合，即將第三次填入的濕土(6)壓實至所需的壓實度； D、取出加壓活塞(4)、導筒(3)、環刀(5)和墊塊(2)，將環刀(5)整體翻轉180°后再放入底座(1)的圓環狀凸起(Ia)內，此時環刀(5)內的濕土(6)與底座表面緊密貼合；然后，將導筒(3)外套在環刀(5)上方，第四次將質量為壓樣所需濕土總質量1/4的濕土(6)填入環刀(5)，將加壓活塞(4)沿導筒(3)的內壁下壓，直至加壓活塞(4)的凸緣(4a)下表面與導筒(3)的頂部貼合，即將第四次填入的濕土(6)壓實至所需的壓實度，即完成試樣的壓制。·
【文檔編號】G01N1/28GK103712842SQ201410009317
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月9日 優先權日:2014年1月9日
【發明者】羅強, 孟偉超, 張良, 蔣良濰, 付銘川, 阮紅風, 熊勇, 盧良青, 侯振斌, 陳堅 申請人:西南交通大學
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