專利名稱：一種用于微觀結構分析的模型試驗取土器的制作方法
技術領域：
ー種用于微觀結構分析的模型試驗取土器技術領域[0002]本實用新型涉及ー種基于室內模型試驗、可對模型箱內土體進行取土并用于微觀結構分析的室內土工試驗儀器，即用于微觀結構分析的模型試驗取土器。
背景技術：
土工模型試驗是人們認識土體及土與結構相互作用宏觀行為的重要手段，由于實際巖土工程問題規模較大，土工模型試驗通常采用縮尺模型。所謂土的微觀結構一般是指微結構単元體的大小、形狀、表面特征及其定量比例關系，也包括各単元體之間在空間上的排列方式及其相互作用形式。土的各種物理力學性質與微觀結構組成密切相關，認識土的宏觀特性首先必須對土的微觀結構有深刻的了解。在土力學研究中，基于室內模型試驗的土體微觀結構參數研究，對于把握其宏觀物理力學性質，建立及校驗土體的本構模型都有十分重要的意義。目前國內外的取土器多用于工程地質鉆探，一般多為厚壁敞口和薄壁敞ロ取土器，這種取土器本身性能就不是很理想，再加上多數工程鉆機無壓入及反力裝置而普遍采用輕錘多擊法取樣，對采集土樣的結構擾動極大。即使取土方式控制較好，也只能取得輕微擾動的土樣進行宏觀物理力學性質試驗。最后，裝于取土器內的鍍鋅鐵皮在取土過程中難免避免出現擠扁、彎曲或卷曲現象。考慮到用于微觀結構分析的樣品應最大限度地減少由于結構不合理引起的擾動，該類取土器的結構與技術參數并不能滿足室內模型試驗的取土要求。就目前水平而言，用于室內模型試驗，可對模型箱內土體進行取土并用于微觀結構分析的取樣裝置仍是ー個薄弱環節。該方面研究主要集中在利用模型箱的透明壁面，拍取土體的橫截面圖像進行處理和分析，從而獲取土體的微細觀結構參數。這種方法試驗操作較為復雜，現場照相機及輔助照明設施的安裝受場地條件所限。另外，土體與壁面存在摩擦及壁面對土體變形具有約束效應，透過模型箱透明壁面攝取的數字圖像并不能真實地反映模型箱內部土體的應カ環境。為此，需要研究ー種適用于室內模型試驗，能將模型箱內試驗土體盡量無擾動取出的小型取土器，用于微觀結構分析。實用新型內容針對上述常用工程勘察所采用的取土器及取樣方法的缺陷，以及適用條件的局限性，本實用新型提供ー種用于微觀結構分析的模型試驗取土器。為實現上述試驗目的，本實用新型采用了以下技術方案ー種用于微觀結構分析的模型試驗取土器，該取土器包括管靴、取土管、活塞、連接帽、雙通接頭、橡膠軟管、電動氣泵、電動推桿和插銷；其中，管靴設于取土管的下端，為單傾斜刃ロ ；取土管內設置ー活塞，可上下移動；取土管上端與連接帽以螺紋相連接，連接帽上端有一圓柱形凸塊，凸塊上有一圓柱形凹槽，凹槽兩側各有ー個插銷孔；電動推桿下端設有一通孔，并通過插銷與連接帽相連；連接帽一側設有一帯有內螺紋的通孔，該通孔與取土管的內腔相連通；通孔與雙通接頭一端的外螺紋相連接，橡膠軟管的一端與雙通接頭套接，另一端與電動氣泵的氣嘴套接；管靴與取土管為整體制作，管靴、取土管為薄壁受壓元件；取土管的內壁光滑，內徑相同，外徑的上端小于下端。管靴為單傾斜刃口，減少了貫入阻力；管靴、取土管為薄壁受壓元件，減小了下壓過程中對土樣造成的擠壓擾動；管靴、取土管具有較高的整體剛度，能適應上部較大壓力不發生變形；管靴、取土管內光滑，減了摩擦阻力和對取土管內土樣的擾動；取土管上端外徑小于下端外徑，即設有一個小錐度，保證取土管在壓入和拔出過程中與周圍土體保持一定間距，減少了取土管外壁與土體的接觸和摩擦，便于提土前將土樣扭斷；取土管上端與連接帽以螺紋緊固連接，保持密閉；電動推桿通過插銷與連接帽相連，作為貫入和提土的動力裝置；電動氣泵在取土上提時從取土管內抽出氣體，提供向上的吸力，使取土器內腔形成負壓區，活塞和土樣有被拉引的趨勢以便取土 ；在取土器向上提土過程中，可維持提樣力與掉樣力的平衡關系，使取土器內土樣不易脫落，同時避免了真空吸力直接作用于土樣造成不均勻擾動；取土器取土結束后，電動氣泵往取土管內充氣提供向外的推力，由活塞將土樣從取土管內推出。一種用于微觀結構分析的模型試驗取土器的取土方法，所述方法包括如下步驟I)、試驗前，將試樣土樣放入模型箱中，并將土樣表面整平；2)、在管靴和取土管的內外壁涂抹少許凡士林；將管靴刃口正好貼于取土位置土體表面，取土管內的活塞因重力而自動下降至取土表面；3)、將橡膠軟管與雙通接頭的連接斷開，然后開啟電動推桿，電動推桿的下端緩慢勻速下降，將管靴和取土管靜壓入土樣中；4)、待取土管壓入到設計取土深度處，斷開電動推桿與連接帽的插銷連接，然后將插銷插入連接帽上的插銷孔旋轉2周，使取土管中的土樣與箱內的土樣扭斷分離；5)、然后用插銷將電動推桿與連接帽連接，并將橡膠軟管與雙通接頭套接，然后同時打開電動推桿和電動氣泵，電動推桿下端緩慢勻速上升，使取土器向上提土 ；同時電動氣泵從取土管內抽出氣體，提供向上拉力并防止提土過程中落土現象的發生；最終，取土管被電動推桿從模型箱內的土體中被緩緩拔出，關閉電動氣泵；6)、將電動推桿和連接帽中間的插銷拔掉；將取土器除電動推桿外的部件置于切土臺上，開啟電動氣泵往取土管內充氣，在管內壓力加大的作用下，使活塞將土樣從取土管內緩緩推出；7)、用鋼絲鋸切除土樣兩端受擠壓部分，以及四周受側壁摩擦力擾動的部分，即可得到無擾動土樣；根據掃描電鏡樣品制備要求，制取試驗所需觀測處的細長條狀試樣，用來進行掃描電鏡分析，獲得土樣的微觀結構。本實用新型不僅能適應室內模型試驗的場地條件，還能較好地滿足用于微觀結構分析的取土要求。并且該試驗儀器易于加工、取樣可靠率高，很容易取到用于微觀分析的無擾動土樣。該實用新型在軟塑、可塑和硬塑狀粘性土以及粉質粘土、粉土的巖土模型試驗中均可采用。
圖I :自行設計的取土器結構示意圖；圖2 自行設計的連接帽結構示意圖；附圖標記1_管靴，2-取土管，3-活塞，4-連接帽，5-快速接頭，6-橡膠軟管，7-電動氣泵，8-電動推桿,9-插銷。[0025]具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例，對本發明作進ー步詳細說明。實施例Iー種用于微觀結構分析的模型試驗取土器，該取土器包括管靴I、取土管2、活塞3、連接帽4、雙通接頭5、橡膠軟管6、電動氣泵7、電動推桿8和插銷9 ;其中，管靴I設于取土管2的下端，為單傾斜刃 ロ ；取土管2內設置ー活塞3，可上下移動；取土管2上端與連接帽4以螺紋相連接，連接帽4上端有一圓柱形凸塊，凸塊上有一圓柱形凹槽，凹槽兩側各有ー個插銷孔；電動推桿8下端設有一通孔，并通過插銷9與連接帽4相連；連接帽4 ー側設有一帯有內螺紋的通孔，該通孔與取土管2的內腔相連通；通孔與雙通接頭5 —端的外螺紋相連接，橡膠軟管6的一端與雙通接頭5套接，另一端與電動氣泵7的氣嘴套接；管靴I與取土管2為整體制作，管靴I、取土管2為薄壁受壓元件；取土管2的內壁光滑，內徑相同，外徑的上端小于下端。實施例2ー種用于微觀結構分析的模型試驗取土器，其中，管靴I、取土管2所用材料為303不銹鋼，運用熱處理工藝，加硬到HRC50，具有較高的整體剛度；取土管2的長度為425mm，內徑為49mm ;取土管2上端外徑為53mm,下端外徑為55mm ;管靴I設于取土管2下端，為刃角5°的單傾斜刃ロ ；管靴I長度為35mm，管靴I與取土管2整體制作；管靴I、取土管2內孔采用深孔鏜，而后研磨，內壁粗糙度為O. 8 ;活塞3材料為7075航空超硬鋁，加工前進行熱變形處理，其受壓變形量小，密度小，硬度大，耐磨性高；活塞2與取土器內壁緊密貼合，可在在管靴I與取土管2內自由移動；連接帽4材料為302不銹鋼，內徑為53mm，外徑為60mm ；連接帽4內側設有螺紋，與取土管2外側的螺紋相連接；連接帽4上端有一直徑為36mm的圓柱形凸塊，凸塊上有一直徑為24mm的圓柱形凹槽,凹槽兩側各有ー個插銷孔；電動推桿8下端的直徑為23_，并設有一通孔，通過插銷9與連接帽4相連；連接帽4 一側設有一直徑為IOmm帶有內螺紋的通孔，通孔與取土管2內腔連通，通孔與雙通接頭5—端的外螺紋相連接；橡膠軟管6的內徑為16mm，一端與雙通接頭5套接，另一端與電動氣泵7的氣嘴套接；電動氣泵 選用ACO-018A型電磁式空氣泵，電壓為220V，頻率為50Hz，電流為2. 30A，功率為520W，排氣壓カ為O. 04MPa，氣嘴外徑為16mm。為了更為詳細闡述本實用新型，本實用新型的操作和試驗過程如下I)、試驗前，將試樣土樣放入模型箱中，將土樣表面整平；2)、在管靴I和取土管2的內外壁涂抹少許凡士林；將管靴I刃ロ正好貼于取土位置土體表面，取土管2內的活塞3因重力而自動下降至取土表面；3)、將橡膠軟管6與雙通接頭5的連接斷開，然后開啟電動推桿8，電動推桿8的下端緩慢勻速下降，將管靴I和取土管2靜壓入土樣中；4)、待取土管2壓入到設計取土深度處，斷開電動推桿8與連接帽4的插銷連接，然后將插銷9插入連接帽4上的插銷孔旋轉2周，使取土管2中的土樣與箱內的土樣扭斷分離；5)、然后用插銷9將電動推桿8與連接帽4連接，并將橡膠軟管6與雙通接頭5套接，然后同時打開電動推桿8和電動氣泵7，電動推桿8下端緩慢勻速上升，使取土器向上提土；同時電動氣泵7從取土管2內抽出氣體，提供向上拉カ并防止提土過程中落土現象的發生；最終，取土管2被電動推桿8從模型箱I內的土體中被緩緩拔出，關閉電動氣泵7 ；6)、將電動推桿8和連接帽4中間的插銷9拔掉；將取土器除電動推桿8外的部件置于切土臺上，開啟電動氣泵7往取土管2內充氣，在管內壓力加大的作用下，使活塞3將土樣從取土管2內緩緩推出；7)、用鋼絲鋸切除土樣兩端受擠壓部分，以及四周受側壁摩擦力擾動的部分，即可得到無擾動土樣；根據掃描電鏡樣品制備要求，制取試驗所 需觀測處的細長條狀試樣，用來進行掃描電鏡分析，獲得土樣的微觀結構。
權利要求1.一種用于微觀結構分析的模型試驗取土器，其特征在于，該取土器包括管靴(I)、取土管(2)、活塞(3)、連接帽(4)、雙通接頭(5)、橡膠軟管(6)、電動氣泵(7)、電動推桿(8)和插銷(9);其中，管靴(I)設于取土管(2)的下端，為單傾斜刃口 ；取土管(2)內設置一活塞(3)，可上下移動；取土管(2)上端與連接帽(4)以螺紋相連接，連接帽(4)上端有一圓柱形凸塊，凸塊上有一圓柱形凹槽，凹槽兩側各有一個插銷孔；電動推桿(8)下端設有一通孔，并通過插銷(9)與連接帽(4)相連；連接帽(4) 一側設有一帶有內螺紋的通孔，該通孔與取土管(2)的內腔相連通；通孔與雙通接頭(5) —端的外螺紋相連接，橡膠軟管(6)的一端與雙通接頭(5)套接，另一端與電動氣泵(7)的氣嘴套接。
2.根據權利要求書I所述的一種用于微觀結構分析的模型試驗取土器，其特征在于，所述管靴(I)與取土管(2)為整體制作，管靴(I)、取土管(2)為薄壁受壓元件。
3.根據權利要求書I所述的一種用于微觀結構分析的模型試驗取土器，其特征在于，所述取土管(2)的內壁光滑，內徑相同，外徑的上端小于下端。
專利摘要本實用新型涉及一種用于微觀結構分析的模型試驗取土器。其包括管靴、取土管、活塞、連接帽、雙通接頭、橡膠軟管、電動氣泵、電動推桿和插銷；其中，管靴設于取土管下端，為單傾斜刃口；取土管內設置一活塞，可上下移動；取土管上端與連接帽以螺紋連接，連接帽上端有一圓柱形凸塊，凸塊上有一圓柱形凹槽，凹槽兩側各有一個插銷孔；電動推桿下端有一通孔，通過插銷與連接帽相連；連接帽一側有一帶有內螺紋的通孔，通孔與取土管的內腔相連通；通孔與雙通接頭一端的外螺紋相連接，橡膠軟管的一端與雙通接頭套接，另一端與電動氣泵的氣嘴套接。本實用新型具有易于加工、試驗簡便、取土質量好等優點。
文檔編號G01N1/08GK202362166SQ20112052524
公開日2012年8月1日 申請日期2011年12月15日 優先權日2011年12月15日
發明者付安學, 張忠興, 張文彬, 彭劼, 彭壽龍, 曹亮, 李曉昭, 楊榮, 虞翔, 趙曉豹 申請人:南京大學