專利名稱：輕型重塑土制樣裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種土木工程技術領域的裝置，具體是一種輕型重塑土制樣裝置。
背景技術：
室內試驗可以獲取土樣的各種物理、力學參數，為工程設計或數值模擬提供依據。 室內實驗時必須選用合適的樣品進行測試，由于不同土質原狀土實驗結果相差很大，對同 一土質原狀土改變微小的實驗條件也會導致截然不同的實驗結果，所以原狀土樣實驗結果 離散性大，不利于土力學應用。因此國外在室內土工實驗中主要是用性質均勻、實驗結果離 散性小的重塑土樣。現行室內制備重塑土樣技術大致可分為兩類(1)擊實法，即采用確定質量的擊 錘從確定的高度下落，一層或分層擊實土樣至所需尺寸，此法的優點是簡單易行且制樣周 期短，但其缺點是重塑土樣含水量不均勻且制出的試樣下部密實，上部松散。(2)沉降法，這 種方法是將稀泥漿放置到常規固結儀，通過加靜載固結土樣。此法優點是能得到含水量均 勻的試樣，缺點是步驟繁瑣，制樣設備要求較高。經對現有技術文獻檢索發現，中國專利申請號200820150444，發明名稱飽和重 塑土制樣器，該裝置包括一個支架和一個安置在支架上的制樣筒，有一根延長桿的一端與 支架鉸接，另一端吊掛荷載，而靠近與支架鉸接處鉸連一個壓桿的上端，壓桿的下端施壓于 制樣筒上。本實用新型制樣器制樣過程中，先將攪拌均勻的重塑泥漿樣移入到制樣筒。利 用杠桿原理，改變掛鉤上的砝碼重量給土體施加不同的固結壓力，并可以方便地控制固結 壓力；改變制樣筒直徑可以方便地制作不同直徑的試樣，滿足各種試驗需要。本實用新型能 制備密度均勻的飽和重塑土樣，具有原理簡單、操作簡便的優點。該發明重點設計了能夠控 制固結壓力的杠桿以及能夠制備不同直徑的試樣，但是該裝置材料為鋼鐵，加工不方便、使 用笨重且不可視。中國專利申請號200920033221，發明名稱土工試樣制備儀，該裝置結構特征是 由上板、下板和中間的立柱組成框架。千斤頂座落在下板上，頂部頂撐墊塊，墊塊上置放制 樣筒，制樣筒內置有套筒，墊板安裝在上板上，墊板面上開有長方孔，孔內設環形淺槽，頂柱 或空心頂嵌入墊板固定，其下端嵌套于制樣筒套筒內。本實用新型結構簡單，易操作，可完 成各類實心和空心重塑土制樣及用于最優含水量試驗，具備脫樣功能，它克服現有設備造 價較高，體積較大，存在噪音以及難易攜帶的缺陷，為土工試驗及相關研究增添了經濟實用 的新儀器。該發明用做重塑土制樣時，軸壓由千斤頂施加，壓力不穩定、裝置封閉無排水設 施且不可視、裝置材質為金屬，加工不便。
發明內容
本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種輕型重塑土制樣裝置，把由重塑 土制備的稀泥漿倒入由有機玻璃制作的裝置中，在頂部施加靜載使土樣固結得到含水量均勻的飽和重塑土試樣。本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括主支架結構和加載系統結構，其 中裝置主支架結構放置于水平面上，加載系統結構安裝于主支架結構的內部。所述的主支架結構包括上板、下板、螺桿螺母組件、制樣筒、透水石和圍槽板，其 中下板、透水石、制樣筒和上板從下至上依次固定連接，上板與下板通過螺桿螺母相連，上 板和下板的上部由圍槽板圍成方形凹槽，上板下部由圍槽板圍成圓形凹槽。所述的加載系統結構包括加載板、承載板、加壓桿、扣板和防傾板，其中加壓桿 從下至上依次與加載板、防傾板、扣板和承載板相連接，加載板和承載板粘貼于加壓桿上， 加壓桿從扣板和防傾板中心穿過。所述的上板的中心位置設有一個與制樣筒相同內徑尺寸的圓洞，用于倒稀漿液以
及安裝。所述的圓洞的四周上部設有由有機玻璃圍槽板圍成的方形凹槽槽，槽的尺寸與扣 板相匹配。所述的圓洞的四周下部設有由有機玻璃圍槽板圍成的圓形凹槽槽，槽的內徑與制 樣筒外徑相匹配。所述的下板的厚度大于上板的厚度，該下板的中心位置對應設有由有機玻璃圍槽 板圍成的方形凹槽，該方形凹槽的尺寸與透水石相匹配。所述的方形凹槽的高度大于透水石的厚度。所述的螺桿螺母組件包括若干組螺桿及其對應的三個螺母，其中螺桿安裝于 上板和下板的四角，螺母安裝于下板的上下部和上板的上部，上板上部螺母采用蝶形螺母。所述的制樣筒為圓柱形結構；所述的透水石為圓形，厚度10mm，直徑大于制樣筒 外徑。所述的加載板上設有若干個直徑3mm的孔，孔與孔之間的間距為10mm。上述制樣裝置的具體使用方法，包括以下步驟第一步，制樣裝置安裝。把透水石和濾紙放于下板上的槽內，往上依次放置制樣筒 (圓筒底面積為A cm2)和上板，制樣筒扣進由下板上由圍槽板圍成的凹槽內，上板和下板之 間用螺桿固定。第二步，試樣漿液制備。稱取一定質量為Mg的干土，加入蒸餾水，在攪拌機上攪拌 三小時以上，制備成大于液限的稀漿液。第三步，把稀漿液倒入制樣筒。上板開有和制樣筒內徑相同的開洞，稀漿液可以很 輕松的倒入制樣筒。第四步，安裝加載系統結構。首先在稀漿液的頂部放置濾紙，之后放置加載系統結 構，扣板扣住上板面上的圍槽板。第五步，把靜載施加于承載板上。在靜載作用下測量制樣筒內試樣隨時間變化的 尚度H0第六步，根據時間平方根法判定試樣穩定。在時間變化范圍內，制樣筒內試樣 高度變化值△ H小于容許值時，判定穩定，即得到特定先期固結壓力下的重塑土試樣。本發明的特點是(1)設備主要構件由有機玻璃制作，上下板之間通過不銹鋼螺 桿相連，制作成本低廉、加工方便、結構重量小。(2)測試方法操作簡單，設備易于維護和安
4裝，有較好的實驗室制備重塑土的實用性。( 可以制作不同直徑重塑土樣，設計了扣板和 防傾板來保證加壓桿的垂直度。(4)裝置材質為有機玻璃，在制樣過程中可視化。本發明裝 置簡單可靠，經濟實用，加工方便，使用簡便，能夠得到含水率均一的飽和重塑土試樣。本發明簡單、安裝高效、操作簡單，通過實驗室試驗測試，試驗結果良好。
圖1為本發明裝置正視圖。圖2為本發明加載系統結構正視圖。圖3為本發明下板結構正視圖。圖4為本發明上板結構俯視圖。圖5為本發明上板結構仰視圖。圖6為判定重塑土樣固結穩定的時間平方根法示意圖。
具體實施例方式下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施 例。如圖1所示，本實施例包括主支架結構1和加載系統結構2，其中裝置主支架結 構1放置于水平面上，加載系統結構2安裝于主支架結構1的內部。所述的主支架結構1包括上板3、下板4、螺桿螺母組件5、制樣筒6、透水石7、圍 槽板13、圍槽板14和圍槽板15，其中結構從下至上依次為下板4、透水石7、制樣筒6、上 板3 ；上板3與下板4通過螺桿螺母5相連。上板3的上部由圍槽板13圍成方形凹槽，上 板3下部由圍槽板14圍成圓形凹槽，下板4的下部由圍槽板15圍成方形凹槽。所述的加載系統結構2包括加載板8、承載板9、加壓桿10、扣板11和防傾板12， 其中加壓桿10從下至上依次與加載板8、防傾板12、扣板11和承載板9相連接，加載板8 和承載板9粘貼于加壓桿10上，加壓桿10從扣板11和防傾板12中心穿過，所述的上板3為邊長360mm的正方形板，厚度為20mm，中間開洞直徑為150mm ；所述的下板4為邊長360mm的正方形板，厚度為30mm ；所述的螺桿螺母組件5，螺桿直徑8mm，長度為450mm。所述的制樣筒6外徑為160mm，內徑為150mm，高度為350mm ；所述的透水石7直徑為170mm，厚度為10mm。所述的加載板8直徑為150mm，厚度T = 30mm,其上開孔，孔距10mm，孔徑為3mm ；所述的承載板9直徑為150mm，厚度為20mm ；所述的加壓桿10直徑為40mm，高度為450mm ；所述的扣板11由厚度為5mm的有機玻璃板拼裝完成，高度為50mm，圍成底邊內邊 長200mm，高度50mm的立方體；所述的防傾板12直徑為150mm，厚度為10mm。所述的圍槽板13高度為20mm，厚度為10mm，圍成的凹槽為外邊長200mm的正方形。
所述的圍槽板14圍成外徑為170mm，內徑160mm，高度為IOmm的凹槽圈。所述的圍槽板15高度為50mm，厚度為20mm，圍成的凹槽為內邊長170mm的正方 形；本實施例具體測試方法步驟如下第一步，制樣裝置安裝。把透水石7和濾紙放于下板4上的由圍槽板15圍成的凹 槽槽內，往上依次放置制樣筒6 (圓筒底面積為176. 7cm2)和上板3，制樣筒6扣進由圍槽板 14圍成的槽內，上板3和下板4之間用螺桿螺母組件5固定。第二步，試樣漿液制備。稱取質量為3900g的干高嶺土，加入蒸餾水，制備成大于 液限的稀漿液。第三步，把稀漿液倒入制樣筒6。上板3開有150mm的洞，稀漿液可以很輕松的倒 入制樣筒。第四步，安裝加載系統結構2。首先在稀漿液的頂部放置濾紙，之后放置加載系統 結構2，扣板11扣住上板3上部的由圍槽板13圍成的凹槽。第五步，把靜載50kl^施加于承載板9上。在靜載作用下測量制樣筒內試樣隨時 間變化的高度H。第六步，根據時間平方根法判定試樣穩定。在本實施例中，判定當A^ = Ii/時， ΔΗ^ Imm即為穩定。本實施例能夠到最大先期固結壓力為200kPa的重塑土試樣，先期固結壓力小于 200kPa的重塑土能夠滿足各種常規實驗需求，說明本發明的實施例是成功的。本重塑土制樣裝置除不銹鋼螺桿螺母組件和透水石外，均取材于有機玻璃，成本 低廉，不易損毀，可多次使用，且制作方便，操作簡便，可視化，得到的數據結果可靠，解決了 之前重塑土制樣設備昂貴且設備笨重、不可視的缺點。
權利要求
1.一種輕型重塑土制樣裝置，包括主支架結構和加載系統結構，其中裝置主支架結 構放置于水平面上，加載系統結構安裝于主支架結構的內部，其特征在于所述的主支架結構包括上板、下板、螺桿螺母組件、制樣筒、透水石和圍槽板，其中 下板、透水石、制樣筒和上板從下至上依次固定連接，上板與下板通過螺桿螺母相連，上板 和下板的上部由圍槽板圍成方形凹槽，上板下部由圍槽板圍成圓形凹槽；所述的加載系統結構包括加載板、承載板、加壓桿、扣板和防傾板，其中加壓桿從下 至上依次與加載板、防傾板、扣板和承載板相連接，加載板和承載板粘貼于加壓桿上，加壓 桿從扣板和防傾板中心穿過。
2.根據權利要求1所述的輕型重塑土制樣裝置，其特征是，所述的上板的中心位置設 有一個與制樣筒相同內徑尺寸的圓洞，圓洞的四周上部設有由有機玻璃圍槽板圍成的方形 凹槽槽，槽的尺寸與扣板相匹配；圓洞的四周下部設有由有機玻璃圍槽板圍成的圓形凹槽 槽，槽的內徑與制樣筒外徑相匹配。
3.根據權利要求1所述的輕型重塑土制樣裝置，其特征是，所述的下板的厚度大于上 板的厚度，該下板的中心位置對應設有由有機玻璃圍槽板圍成的方形凹槽，該方形凹槽的 尺寸與透水石相匹配。
4.根據權利要求3所述的輕型重塑土制樣裝置，其特征是，所述的方形凹槽的高度大 于透水石的厚度。
5.根據權利要求1所述的輕型重塑土制樣裝置，其特征是，所述的螺桿螺母組件包括 若干組螺桿及其對應的三個螺母，其中螺桿安裝于上板和下板的四角，螺母安裝于下板的 上下部和上板的上部，上板上部螺母采用蝶形螺母。
6.根據權利要求1或3所述的輕型重塑土制樣裝置，其特征是，所述的透水石為圓形， 厚度10mm，該透水石的直徑大于制樣筒外徑。
7.根據權利要求1所述的輕型重塑土制樣裝置，其特征是，所述的加載板上設有若干 個直徑3mm的孔，孔與孔之間的間距為10mm。
全文摘要
一種土木工程技術領域的輕型重塑土制樣裝置，包括主支架結構和加載系統結構，其中裝置主支架結構放置于水平面上，加載系統結構安裝于主支架結構的內部，主支架結構包括上板、下板、螺桿螺母組件、制樣筒、透水石和圍槽板；加載系統結構包括加載板、承載板、加壓桿、扣板和防傾板。本裝置把由重塑土制備的稀泥漿倒入由有機玻璃制作的裝置中，在頂部施加靜載使土樣固結得到含水量均勻的飽和重塑土試樣。
文檔編號G01N1/28GK102095618SQ20101056474
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月30日 優先權日2010年11月30日
發明者葉冠林, 尹振宇, 朱啟銀, 王建華 申請人:上海交通大學