一種擊錘式堆石料三軸試樣制樣裝置及使用方法與流程

本發明涉及土木水利工程試驗領域，尤其涉及堆石料三軸試驗制樣器及其使用方法。

背景技術：

清潔能源占總能源的比重逐年提高，水電能源是清潔能源的重要組成部分。水力發電主要通過大壩蓄水實現，土石料和堆石料是壩基的重要施工材料，在工程施工中，通過夯實和碾壓的方法使土石料達到其工程設計密度，密實土石料的抗剪強度是壩基穩定的重要參數，抗剪強度參數主要通過對縮尺后的土石料進行室內三軸試驗獲取。室內三軸試樣以控制試樣密度為指標，采用分層擊實的方法制成。由于土石料是無粘性的散體材料，試樣一般在三軸試驗機上制作，制作完成后，進行三軸試驗，這種試樣制作方法降低了三軸試驗機的利用率，延長了一組試驗所需時間，同時采用分層制樣時，每層試樣擊實高度不易準確測量，從而導致試樣均勻性較差、密度離散性較大，以至于三軸試驗結果的精度得不到保證，不能真實反映土石料的真實力學參數。由于自密實混凝土的興起，堆石混凝土和膠結顆粒料成為一種新型環保的壩基材料，這種壩基的施工工藝是采用高性能自密實混凝土充填堆石料孔隙，壩基的基礎材料從連續級配的土石料轉變為級配不良的堆石料，膠結顆粒料的抗剪強度相對于堆石料的提高程度是選取自密實混凝土類型的重要參考指標，因此對堆石料進行三軸試驗變得尤為重要。基于上述情況，迫切需要一種新型堆石料三軸試樣制作裝置及使用方法，以達到試樣的均勻性高，密實度均一且能獨立于試驗機進行大批量制作試樣的目的。

技術實現要素：

本發明實施的目的在于提出一種擊錘式堆石料三軸試樣制樣裝置，利用所述裝置的制樣機構和擊實機構，實現不同級配堆石料獨立于三軸試驗機進行試樣制樣的目的，提高試樣制作效率和減少三軸試驗時間，同時保證試樣均勻性高，密度均一的目的。為了實現上述目的，本發明采用如下的技術方案：一種擊錘式堆石料三軸試樣制樣裝置，包括：制樣機構，包括對開模、套環、底座、透水板、透水石、橡膠套、O形環和真空泵，所述的對開模內部刻有螺紋狀的凹痕，所述的透水板可嵌入底座的凹槽中；擊實機構，包括擊實錘，擊實墊板、導向桿、測量桿、導向桿固定儀，測試尺，所述的導向桿和擊實墊板通過固定于導向桿末端的金屬球銜接。

優選地，所述的兩片對開模上均有抽氣導管且內壁刻有螺旋狀的凹痕，利于橡膠套在真空泵抽氣作用下緊緊吸附于制樣筒內壁。

優選地，所述的兩片對開模分別有凸形接口和凹形接口，凹形接口的尺寸略大于凸形接口，且凹形接口內含有一層彈性密封墊片。

優選地，所述的透水板和透水石的直徑相同，透水板下端直徑略小于底座凹槽的直徑。

優選地，所述的橡膠膜比普通的橡膠膜長8cm，實現橡膠膜在制樣完成后可以分別固定與上、下兩塊透水板上。

優選地，所述的擊實錘導向桿和擊實墊板通過固定于導向桿末端的金屬球銜接，金屬球的直徑大于導向桿的直徑。

優選地，所述的測量桿為高剛度金屬桿，桿頭為針狀，一端通過螺栓固定于導向桿，一端指向高度測試尺。

優選地，所述的測試尺在豎直方向可調節高度，每次擊實都從0刻度開始，易于讀數。

本發明還公開了上述擊錘式堆石料三軸試樣制樣裝置的使用方法，包括以下步驟：

a、將底座放于水平平面上，把透水板放置于底座凹槽中，將透水石放于透水板上，將橡膠膜套至透水板底部，用O形環把橡膠膜固定于透水板上，組合對開模，并用套環將對開模密封，把伸出制樣筒外部的橡膠膜翻至制樣筒外壁并用O形環固定，用橡膠管連接抽氣導管和真空泵，抽取空氣使橡皮膜緊緊依附于制樣筒內壁；

b、將按一定質量并均勻攪拌的堆石料裝入橡皮膜內，放入導向桿與擊實墊板組合體以及擊實錘，用定位儀固定導向桿位置，調節測試尺高度使擊實測量桿指向0刻度線，使用擊實錘擊實堆石料，當測量桿指向設定的高度時停止擊實；

c、重復步驟b直至試樣高度達到試驗要求，在試樣頂部放入透水石和透水板，把擊實錘放在透水板表面，停止抽真空，取下制樣筒外部的O形環，并用O形環把橡膠膜固定于透水板上；

d、試驗完畢，按組裝相反順序依次拆除部件并妥善保管堆石料三軸試樣。

與現有堆石料三軸試樣制作方法相比，本發明具有如下優點：

本發明涉及的擊錘式堆石料三軸試樣制樣裝置，制樣機構和擊實機構相互密切配合，以達到試樣均勻性高，密實度均一且能獨立于試驗機進行大批量制作試樣的目的；兩片對開模通過凹凸形接口初步連接，再用套環進行密封，易于制樣筒的組裝和拆卸，同時能較快抽取制樣筒和橡膠膜之間的空氣；對開模的內壁刻有螺紋狀凹痕，利于橡膠膜緊緊吸附于制樣筒內壁；透水板的直徑略小于底座凹槽的直徑，實現試樣在較輕微的人工擾動下取出；擊實錘導向桿和擊實墊板通過固定于導向桿末端的金屬球銜接，保證擊實作用下堆石料受力更加均勻，試樣均勻性更好；測量桿和測試尺的配合，可以準確量測擊實的高度；導向桿定位儀由兩根僅能水平旋轉90度金屬桿和卡扣，實現了定位的準確性和裝置的易拆卸性。

附圖說明

圖1是本發明一種擊錘式堆石料三軸試樣制樣裝置

圖2為本發明實施例中堆石料試樣示意圖

圖3為本發明實施例中導向桿定位儀結構示意圖

圖4為本發明實施例中透水板結構示意圖

圖5為本發明實施例中對開模結構示意圖

圖6為本發明實施例中導向桿與擊實墊片的結構示意圖

其中1-測試尺，2-測量桿，3-橡膠膜，4-O型環，5-套環，6-抽氣導管，7-對開模，8-透水石，9-底座，10-透水板，11-堆石料，12-擊實墊板，13-擊實錘，14-擊實錘導向桿，15-U形卡扣，16-導向桿定位儀，17-真空泵，18-金屬圓球。

具體實施方式：

下面結合附圖對本發明實施例進行詳細描述：

圖1、圖2、圖3、圖4、圖5和圖6所示一種擊錘式堆石料三軸試樣制樣裝置，包括1-測試尺，2-測量桿，3-橡膠膜，4-O型環，5-套環，6-抽氣導管，7-對開模，8-透水石，9-底座，10-透水板，11-堆石料，12-擊實墊板，13-擊實錘，14-擊實錘導向桿，15-U形卡扣，16-導向桿定位儀，17-真空泵，18-金屬圓球。

在本發明中，所述的制樣機構包括兩片對開模7，所述對開模7凸形接口與凹形接口尺寸相吻合，先通過凸形和凹形接口將對開模7組成制樣筒，再用套環5將兩片對開模7無縫連接；所述的透水板10上端是圓形凸起端，下端底面存在與凸起端同直徑的凹槽，透水板10的下端直徑略小于底座9凹槽的直徑，用所述的O形環4將橡膠套3固定于透水板10凸起端；所述的橡膠膜3的長度長于對開模7，在擊實過程中，橡膠膜7外翻于制樣筒外壁并用O形環4固定；所述的導向桿14與擊實墊片12通過固定于導向桿14底端的金屬圓球18銜接；所述的導向桿定位儀16包括兩根可水平轉動90度的金屬桿，金屬桿最外端構型是半圓形的金屬環，通過兩個卡扣15將兩根金屬桿銜接；所述的測試尺1可上下抽拉；所述的擊實錘13在擊實高度測量桿2與擊實墊板12之間沿著導向桿14上下移動。

結合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5和圖6所示，先將底座9放于水平平面上，然后組裝制樣機構，待制樣桶等組裝完成，抽取橡膠膜3與制樣筒之間的空氣。進一步將稱量好的堆石料11放入制樣筒中，將導向桿14和擊實墊片12的組合體放入堆石料表面，擊實錘13沿導向桿14放入，將測量桿2固定于導向桿14上端，旋轉定位儀16，使導向桿14放于定位桿的圓環內，用U形卡扣15將兩根定位桿銜接，調整測試尺1的高度，使測量桿2的指向0刻度線。

其試驗步驟大致如下：

a、將底座放于水平平面上，把透水板放置于底座凹槽中，將透水石放于透水板上，將橡膠膜套至透水板底部，用O形環把橡膠膜固定于透水板上，組合對開模，并用套環將對開模密封，把伸出制樣筒外部的橡膠膜翻至制樣筒外壁并用O形環固定，用橡膠管連接抽氣導管和真空泵，抽取空氣使橡皮膜緊緊依附于制樣筒內壁；

b、將按一定質量并均勻攪拌的堆石料裝入橡皮膜內，放入導向桿與擊實墊板組合體以及擊實錘，用定位儀固定導向桿位置，調節測試尺高度使擊實測量桿指向0刻度線，使用擊實錘擊實堆石料，當測量桿指向設定的高度時停止擊實；

c、重復步驟b直至試樣高度達到試驗要求，在試樣頂部放入透水石和透水板，把擊實錘放在透水板表面，停止抽真空，取下制樣筒外部的O形環，并用O形環把橡膠膜固定于透水板上；

d、試驗完畢，按組裝相反順序依次拆除部件并妥善保管堆石料三軸試樣。

需要強調的是：以上僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。