專利名稱：一種三軸試樣自由膨脹飽和器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及巖土工程室內試驗測試裝置技術領域，具體涉及一種三軸試樣自由膨脹飽和器，該飽和器適用于膨脹巖/ 土室內三軸樣品的飽和制備。
背景技術：
室內三軸試驗是巖土工程建設和科學研究中常用的技術手段，是獲取可靠巖土體物理力學參數，為巖土工程設計和施工提供正確決策的重要依據。規范要求對于在復雜地質條件下進行的巖土工程，在獲取巖土體力學參數指標時，須依據室內三軸試驗的結果。目前，常規室內三軸試驗樣品為圓柱形樣品，在進行樣品飽和時，通常采用的是包括了底座、固定板、頂座、夾板、拉桿、透水石、圓模和緊箍的飽和器(見附圖1)。其中，圓形的底座與用于固定拉桿的固定板為一整體結構，三塊固定板均布在底座的周邊；其中，圓形的頂座與夾板為一整體結構，三塊夾板均布在頂座的周邊；其中，圓形的透水石有兩片，底座和頂座中各安裝一片，用于壓在三軸圓柱形巖/土樣品的底部和頂部，并保證試樣的底部和頂部透水，便于試樣吸水飽和；其中，圓模由三片形狀與尺寸完全相同的瓣模拼接而成，各瓣模的拼接面均為平面且與圓模的中軸線共面；其中，圓形的緊箍用于夾緊圓模，使其拼接緊密，不留縫隙。這種飽和器可用于大多數三軸巖樣/ 土樣的飽和制備，但對于類似膨脹巖/ 土內部具有膨脹勢且土體體積變化受水份浸入影響很大的土類則存在難以克服的缺點。如:(I)膨脹巖/ 土礦物成分以蒙脫石為主，巖土體體積受水分變化影響顯著，強膨脹土的自由膨脹率可高達160%，內在膨脹力可高達1.8MPa，若采用通常的飽和器對三軸樣品進行飽和，受到變形約束，膨脹力可導致飽和器的變形損壞；同時，巖/ 土三軸樣品外圍最先與水接觸吸水膨脹，因受到變形約束，使原本滲透性低的膨脹巖/ 土樣(10_6cm/s 10_8cm/s)的滲透系數更低，從而導致整個試樣浸水飽和很難均勻，且飽和需要很長時間；(2)采用通常飽和器制備的膨脹巖/ 土樣，因受到變形約束，在飽和器中飽和前后的巖/ 土樣的體積和密度是已知的，而一旦從飽和器中取出，放入三軸試驗室內進行試驗時，土樣從受到圓形瓣模的約束轉變為受彈性橡皮模約束，膨脹勢得以釋放，土樣會在三軸剪切試驗的過程中繼續產生膨脹變形，不僅引起試樣的初始狀態發生變化，而且還會導致剪切試驗的試樣體變與樣品自身的膨脹變形難以區分，造成試驗結果無法分析。因此，必須開發一種能允許膨脹巖/ 土樣充分吸水飽和的飽和器，且待其體積膨脹至穩定后取出，重新切削恢復原始三軸樣品尺寸，再重新計算出巖/ 土樣的初始密度，而后進行三軸剪切試驗，可以克服上述傳統飽和器的缺陷，滿足膨脹巖/土三軸樣品的飽和制備。目前，在實際操作中，也有不采用飽和器而直接將加工成型的三軸巖/土樣裸置于水中進行飽和的方法，該方法中巖/ 土樣的膨脹雖不受約束，但因膨脹巖/ 土樣具有多裂隙性和遇水崩解性，浸水飽和的過程中會出現樣品崩解或脫落，導致樣品損壞。實用新型內容[0010]針對現有技術中存在的不足，本實用新型的目的在于提供了一種三軸試樣自由膨 脹飽和器，是一種適用于膨脹巖/ 土室內三軸樣品制備的飽和器，該飽和器能使樣品自由 膨脹至吸水飽和、變形穩定，且不崩解，操作方便，制備出的巖/ 土樣品初始狀態明確，經切 削后能夠滿足三軸剪切試驗的需要。[0011]為了實現上述目的，本實用新型采取了如下技術措施:[0012]一種三軸試樣自由膨脹飽和器，包括底座、固定板、頂座、夾板、拉桿、透水石和圓 模，拉桿設有三根，三根拉桿均通過鏈桿連在固定板上，圓模由三片形狀與尺寸完全相同的 瓣模拼接而成，其特征在于:在每根拉桿與每片瓣模之間設置有拱高為2-8cm的弓形彈片， 所述弓形彈片中部漏空，漏空寬度與拉桿的直徑一致，以確保拉桿能夠從弓形彈片的漏空 中穿過，所述拉桿的上部絲桿部分長度為3-5cm，便于固定和安裝弓形彈片，所述拉桿的上 部絲桿底部設有一螺母，用于固定弓形彈片，所述弓形彈片的拱頂頂住圓模。所述弓形彈片 使得巖/土樣品在體積膨脹過程中圓模始終能保持圓模內壁與試樣外壁的緊貼，避免了巖 / 土樣品的崩解或脫落。[0013]進一步，組成圓模的三片瓣模的兩側直邊分別設有外壁凹面和內壁凹面，其中三 片瓣模兩兩之間通過外壁凹面與內壁凹面無縫拼接，并且拼接面均為光滑的弧形滑面，所 述弧形滑面使得巖/土樣品在體積膨脹過程中圓模可隨巖/土樣品在體積膨脹過程中一起 膨脹。[0014]進一步，三片瓣模的腰部外壁均設有一圓模凹槽，圓模凹槽正對拉桿，圓模凹槽的 寬度與弓形彈片的寬度一致，弓形彈片的拱頂卡設于圓模凹槽，因此可起到對弓形彈片的 導向作用。[0015]與現有技術相比，本實用新型的優點及有益效果在于:[0016]結構簡單，安裝方便，操作容易，穩定性好，只需在傳統三軸樣品飽和器的基礎上 稍作改進，既可滿足各類非膨脹或膨脹性巖/ 土樣品的飽和制備需求，擴大了傳統飽和器 的適用范圍，弓形彈片的主要優點在于可利用其自身的彈性，確保巖/ 土樣品在吸水體積 膨脹過程中，三片改進了結構的瓣模的內壁始終與試樣緊貼。
[0017]圖1為現有技術的結構示意圖；[0018]圖2為本實用新型的一種三軸試樣自由膨脹飽和器的結構示意圖；[0019]圖3為圓模的橫截面結構示意圖；[0020]圖4為組成圓模的瓣模結構示意圖；[0021]圖5為弓形彈片的主視結構示意圖。[0022]附圖標記說明如下:[0023]1.頂座；[0024]2.夾板；[0025]3.底座；[0026]4.固定板；[0027]5.透水石；[0028]6.鏈桿；[0029]7.拉桿；[0030]8.圓模；[0031]9.緊箍；[0032]10.弓形彈片；[0033]11.圓模凹槽；[0034]12.耳形螺母；[0035]13.螺母；[0036]14.瓣模；[0037]15.外壁凹面；[0038]16.內壁凹面；[0039]17.弧形滑面。
具體實施方式
[0040]
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步的詳細闡述，以便本領域技術 人員清楚地理解本實用新型。[0041]實施例1:[0042]如圖2-圖5所示，一種三軸試樣自由膨脹飽和器，包括底座3、固定板4、頂座1、 夾板2、拉桿7、透水石5和圓模8，拉桿7設有三根，三根拉桿7均通過鏈桿6連在固定板4 上，圓模8由三片形狀與尺寸完全相同的瓣模14拼接而成，其特征在于:在每根拉桿7與每 片瓣模14之間設置有拱高為2-8cm的弓形彈片10，所述弓形彈片10中部漏空，漏空寬度與 拉桿7的直徑一致，以確保拉桿7能夠從弓形彈片10的漏空中穿過，所述拉桿7的上部絲 桿部分長度為3-5cm，以便于固定和安裝弓形彈片10，所述拉桿7的上部絲桿底部設有一螺 母13，用于固定弓形彈片10;[0043]組成圓模8的三片瓣模14的兩側直邊分別設有外壁凹面15和內壁凹面16，其中 三片瓣模14兩兩之間通過外壁凹面15與內壁凹面16無縫拼接，并且拼接面為光滑的弧形 滑面17，所述弧形滑面17使得巖/ 土樣品在膨脹過程中圓模8可隨其一起膨脹而始終能保 持圓模8內壁和試樣外壁的緊貼，避免了巖/ 土樣品的崩解或脫落；[0044]三片瓣模14的腰部外壁均設有一圓模凹槽11，圓模凹槽11正對拉桿7，圓模凹槽 11的寬度與弓形彈片10的寬度一致，弓形彈片10的腰部卡設于圓模凹槽11，因此可起到 對弓形彈片10的導向作用；[0045]弓形彈片10的下端卷繞在固定板4上的鏈桿6上，保持其能夠轉動；[0046]弓形彈片10的上端中部漏空部分穿過拉桿7的絲桿，并通過螺母13固定。[0047]實際應用時，在巖/ 土樣品浸水前，移除緊箍9，向上旋擰松開耳形螺母12，預留試 樣向上膨脹間隙，使頂座I在間隙內能夠上下自由移動；向下適當松開螺母13，使弓形彈片 10上端處于活動狀態，巖/ 土三軸圓柱形樣品浸水膨脹后，軸向因預留膨脹間隙可自由膨 脹，徑向膨脹使得圓模8的各瓣模14向外撐開，擠壓弓形彈片10而變形，在弓形彈片10的 彈力作用下，圓模8的內壁始終與巖/ 土樣外壁緊貼，確保了巖/ 土樣品在浸水飽和過程中不崩解、脫落。 上述具體實施例只是本實用新型的一種優選技術方案，并不是用來限制本實用新型的實施與權利要求保護范圍的，凡依據本實用新型申請專利保護范圍所述的內容做出的等效變化和修飾，均應包括于本實用新型申請專利范圍內。
權利要求1.一種三軸試樣自由膨脹飽和器，包括底座、固定板、頂座、夾板、拉桿、透水石和圓 模，拉桿設有三根，三根拉桿均通過鏈桿連在固定板上，圓模由三片形狀與尺寸完全相同 的瓣模拼接而成，其特征在于:在每根拉桿與每片瓣模之間設置有拱高為2-8cm的弓形彈 片，所述弓形彈片中部漏空，漏空寬度與拉桿的直徑一致，所述拉桿的上部絲桿部分長度為 3-5cm，所述拉桿的上部絲桿底部設有一螺母，所述弓形彈片的拱頂頂住圓模。
2.如權利要求1所述的三軸試樣自由膨脹飽和器，其特征在于:所述組成圓模的三片 瓣模的兩側直邊分別設有外壁凹面和內壁凹面，其中三片瓣模兩兩之間通過外壁凹面與內 壁凹面無縫拼接，并且拼接面均為光滑的弧形滑面。
3.如權利要求1或2所述的三軸試樣自由膨脹飽和器，其特征在于:所述三片瓣模的 腰部外壁均設有一圓模凹槽，圓模凹槽正對拉桿，圓模凹槽的寬度與弓形彈片的寬度一致， 弓形彈片的拱頂卡設于圓模凹槽。
專利摘要本實用新型屬于巖土工程室內試驗測試裝置技術領域，具體公開了一種三軸試樣自由膨脹飽和器，該飽和器適用于膨脹巖/土室內三軸樣品的飽和制備。本實用新型的自由膨脹飽和器在現有技術的基礎上的改進主要在于1、在拉桿與圓模之間增加了弓形彈片；2、將傳統的圓模的三個瓣模的拼接方式優化為了內外壁凹面拼接，拼接面為可滑動的弧形滑面。上述改進使得圓模可隨巖/土樣品在體積膨脹過程中一起膨脹而始終保持圓模內壁與試樣外壁的緊貼，避免飽和過程中巖/土樣品崩解或脫落。
文檔編號G01N1/28GK203069424SQ201320016960
公開日2013年7月17日 申請日期2013年1月14日 優先權日2013年1月14日
發明者王艷麗, 程展林, 饒錫保, 張偉, 王勇 申請人:長江水利委員會長江科學院