一種半自動(dòng)多功能土工試驗(yàn)壓樣的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種半自動(dòng)多功能土工試驗(yàn)壓樣機(jī)，包括支架系統(tǒng)、動(dòng)力與控制系統(tǒng)、成模系統(tǒng)和壓樣系統(tǒng)，支架系統(tǒng)包括基座、側(cè)柱和頂板，側(cè)柱的下端固定于基座上，側(cè)柱的上端固定有頂板，動(dòng)力與控制系統(tǒng)設(shè)置于基座上，成模系統(tǒng)設(shè)置于動(dòng)力與控制系統(tǒng)上，壓樣系統(tǒng)固定于頂板上，選取相應(yīng)的成模及壓樣系統(tǒng)安裝到可移動(dòng)壓樣平臺(tái)及頂板上，按照相應(yīng)的試驗(yàn)規(guī)范，將一定質(zhì)量的土樣分層放入內(nèi)、外成模筒之間(或成模筒內(nèi))，繼而，操作位移控制器控制液壓系統(tǒng)以使可移動(dòng)壓樣平臺(tái)上升到預(yù)定高度，與此同時(shí)，壓樣錘深入成模筒，將每層土顆粒按要求干密度分層壓實(shí)，即得到重塑空心圓柱試樣(或?qū)嵭膱A柱試樣)。
【專利說明】一種半自動(dòng)多功能土工試驗(yàn)壓樣機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于室內(nèi)土工試驗(yàn)設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種半自動(dòng)多功能土工試驗(yàn)壓樣機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]重塑試樣的制備是室內(nèi)土工試驗(yàn)的一大難點(diǎn)，特別是對(duì)于動(dòng)態(tài)空心圓柱扭剪儀而言，該問題尤為突出:1)擊實(shí)法在層高控制和擊實(shí)做功時(shí)依靠人工控制，且擊實(shí)作用對(duì)土體產(chǎn)生不可忽視的二次擾動(dòng)，使得試樣內(nèi)部出現(xiàn)裂隙，極大的降低了后續(xù)試驗(yàn)的可信度；2)由于粘性土滲透系數(shù)很低，排水固結(jié)極慢，采用固結(jié)法制樣時(shí)，需要在高負(fù)壓下固結(jié)10天以上，使得制樣機(jī)具造價(jià)昂貴且較為笨重，制樣操作復(fù)雜，所制得的試樣存在較大的不均勻性；3)制樣時(shí)需要大量的人力勞動(dòng)，自動(dòng)化程度低，制樣效率低下；4)各類室內(nèi)土工試驗(yàn)的制樣工具繁多，在一定程度上造成了重復(fù)配置的資源浪費(fèi)。
[0003]由于現(xiàn)有方法存在諸多問題，導(dǎo)致已有研宄多局限于重塑砂土或原裝粘土，嚴(yán)重制約了相關(guān)研宄的發(fā)展，亟待研發(fā)新的應(yīng)用范圍廣泛且能半自動(dòng)制樣的設(shè)備。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種半自動(dòng)多功能土工試驗(yàn)壓樣機(jī)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的制樣設(shè)備功能單一、自動(dòng)化程度低、制樣精度差且無法制備空心圓柱試樣的問題。
[0005]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，一種半自動(dòng)多功能土工試驗(yàn)壓樣機(jī)，包括支架系統(tǒng)、動(dòng)力與控制系統(tǒng)、成模系統(tǒng)和壓樣系統(tǒng)，支架系統(tǒng)包括基座、側(cè)柱和頂板，側(cè)柱的下端固定于基座上，側(cè)柱的上端固定有頂板，動(dòng)力與控制系統(tǒng)設(shè)置于基座和側(cè)柱上，成模系統(tǒng)設(shè)置于動(dòng)力與控制系統(tǒng)上，壓樣系統(tǒng)固定于頂板上。
[0006]本實(shí)用新型的特點(diǎn)還在于，
[0007]動(dòng)力與控制系統(tǒng)包括油箱、電機(jī)、液壓泵、液壓缸、控制機(jī)構(gòu)和可移動(dòng)壓樣平臺(tái)，可移動(dòng)壓樣平臺(tái)通過支架固定于基座上，電機(jī)與液壓泵連接，油箱與液壓泵通過管道相連，油箱通過固定在支架上；液壓缸安裝在基座中央，其上部與可移動(dòng)壓樣平臺(tái)固定，可移動(dòng)壓樣平臺(tái)內(nèi)置有用于測(cè)量可移動(dòng)壓樣平臺(tái)的軸向位移的位移計(jì)；控制機(jī)構(gòu)固定在側(cè)柱上，通過控制電機(jī)實(shí)時(shí)檢測(cè)可移動(dòng)制樣平臺(tái)的位置。
[0008]成模系統(tǒng)包括中空的外成模筒機(jī)構(gòu)，外成模筒機(jī)構(gòu)固定設(shè)置于試樣底座上，外成模筒機(jī)構(gòu)包括外成膜筒，外成膜筒由三個(gè)瓣膜圍成圓筒；外成膜筒的外層由外箍環(huán)固定，夕卜成膜筒的外側(cè)設(shè)置有外支撐桿，外支撐桿圍成圓形；外成膜筒和外支撐桿的下端固定于試樣底座上，外成膜筒和外支撐桿的上端設(shè)置有外成膜筒頂帽。
[0009]成模系統(tǒng)還包括中空的內(nèi)成膜筒機(jī)構(gòu)，內(nèi)成膜筒機(jī)構(gòu)設(shè)置于外成模筒機(jī)構(gòu)內(nèi)，內(nèi)成膜筒機(jī)構(gòu)固定設(shè)置于試樣底座上，內(nèi)成膜筒機(jī)構(gòu)包括內(nèi)成模筒，內(nèi)成模筒是由2個(gè)內(nèi)成模筒大瓣膜和兩個(gè)內(nèi)成模筒小瓣膜圍成的中空的圓筒；內(nèi)成模筒的腔體內(nèi)設(shè)置有豎直的內(nèi)支撐桿，內(nèi)支撐桿上設(shè)置有兩組側(cè)臂；內(nèi)成模筒和內(nèi)支撐桿的下端固定于試樣底座上，內(nèi)成模筒和內(nèi)支撐桿的上端固定于內(nèi)成膜筒頂帽上。
[0010]壓樣系統(tǒng)呈圓筒狀，包括壓樣頂蓋、壓樣桿和環(huán)狀壓樣錘，壓樣頂蓋下方連接有三根壓樣桿，壓樣桿下端設(shè)有壓樣錘。
[0011 ] 頂板通過螺紋與側(cè)柱相固定。
[0012]壓樣系統(tǒng)通過壓樣頂蓋和螺栓固定于頂板上。
[0013]外箍環(huán)至少設(shè)置有2個(gè)。
[0014]外成膜筒的瓣膜為環(huán)形瓣膜；內(nèi)成模筒大瓣膜為中心角為150°的環(huán)形瓣膜；內(nèi)成模筒小瓣膜為中心角為30°的環(huán)形瓣膜。
[0015]壓樣錘的形狀為底部放大的圓環(huán)狀或圓形狀。
[0016]本實(shí)用新型的有益效果是:制備重塑試樣時(shí)，首先選取相應(yīng)的成模系統(tǒng)安裝到可移動(dòng)壓樣平臺(tái)及頂板上，制備重塑空心圓柱試樣(或?qū)嵭膱A柱試樣)時(shí)，按照相應(yīng)的試驗(yàn)規(guī)范，將一定質(zhì)量的重塑土顆粒分層放入內(nèi)外成模筒之間(或成模筒內(nèi))，繼而，操作位移控制器控制液壓系統(tǒng)以使可移動(dòng)壓樣平臺(tái)上升到預(yù)定高度，與此同時(shí)，壓樣錘深入成模筒，將每層土顆粒按要求干密度分層壓實(shí)。之后，將成模系統(tǒng)由上及下、由內(nèi)及外依次拆除，即得到重塑空心圓柱試樣(或?qū)嵭膱A柱試樣)。
[0017]本實(shí)用新型所依附的主體為一系列尖端的土工試驗(yàn)儀器，如空心圓柱扭剪儀、應(yīng)力路徑三軸儀等。然而重塑土試樣的制備一直以來都是室內(nèi)土工試驗(yàn)的難點(diǎn)，特別是對(duì)于重塑空心圓柱試樣而言，現(xiàn)有的儀器在擊實(shí)、控制、拆樣等方面有所欠缺，以致所制試樣二次擾動(dòng)嚴(yán)重、均勻性差、制樣及拆樣復(fù)雜，使得制樣的精度及后續(xù)試驗(yàn)的可靠性受到質(zhì)疑。
[0018]本壓樣機(jī)經(jīng)過合理設(shè)計(jì)，針對(duì)各種試驗(yàn)的特點(diǎn)，特別考慮了顆粒大、強(qiáng)度高的重塑試樣的制備，設(shè)計(jì)了最合理的方案:半自動(dòng)控制設(shè)計(jì)、液壓動(dòng)力設(shè)計(jì)、可更換模具設(shè)計(jì)、瓣膜狀成模筒設(shè)計(jì)、內(nèi)成模筒固定設(shè)計(jì)以及試樣一次成型設(shè)計(jì)。各設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)合理而有效地利用了動(dòng)力系統(tǒng)、控制原理、力學(xué)準(zhǔn)則以及材料特性，最大可能的模擬了原狀土體形成的過程，為制備各種試樣提供了有效的保證。在實(shí)際操作過程中，該壓樣機(jī)自動(dòng)化程度較高，不僅操作便捷、節(jié)約人力與時(shí)間，避免了不同制樣器多個(gè)相同部件的重復(fù)配置，有效地節(jié)省了資源；更在制取擾動(dòng)小、均勻度高的各類重塑試樣上達(dá)到了良好的效果。從而，為空心圓柱扭剪試驗(yàn)、應(yīng)力路徑三軸試驗(yàn)、共振柱試驗(yàn)等提供了極大的幫助。
[0019]本實(shí)用新型采用了一種分層壓實(shí)的制樣方法，該方法通過外力將土樣逐層壓實(shí)成空心圓柱狀或?qū)嵭膱A柱狀試樣，最大程度上模擬了天然土體沉積形成的過程。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是安裝有空心圓柱試樣成模與壓樣系統(tǒng)的壓樣機(jī)示意圖；
[0021]圖2是空心圓柱試樣底座示意圖；
[0022]圖3是外成模筒瓣膜構(gòu)造和外箍環(huán)示意圖；
[0023]圖4是內(nèi)成模筒瓣膜構(gòu)造和內(nèi)支撐桿示意圖；
[0024]圖5是實(shí)心圓柱試樣壓樣系統(tǒng)；
[0025]圖6是實(shí)心圓柱試樣成模系統(tǒng)不意圖；
[0026]圖中:1.基座，2.側(cè)柱，3.頂板，4.油箱，5.電機(jī)，6.液壓泵，7.液壓缸，8.控制機(jī)構(gòu)，9.可移動(dòng)壓樣平臺(tái)，10.試樣底座，11.外支撐桿，12.外箍環(huán)，13.外成模筒，14.內(nèi)成模筒，15.內(nèi)支撐桿，16.內(nèi)成模筒頂帽，17.外成模筒頂帽，18.空心圓柱試樣，19.壓樣頂蓋，20.壓樣桿，21.環(huán)狀壓樣錘，22.成模筒，23.實(shí)心試樣，24.圓形壓樣錘，25.內(nèi)成模筒大辧膜，26.內(nèi)成模筒小瓣膜，27.瓣膜，28.外成模筒固定槽，29.內(nèi)成模筒固定槽，30.成模筒固定槽，31.外支撐桿固定孔，32.內(nèi)支撐桿固定孔，33底座固定孔，34.卡槽，35.內(nèi)支撐桿側(cè)臂。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0028]本實(shí)用新型提供一種半自動(dòng)多功能土工試驗(yàn)壓樣機(jī)，如圖1所示，包括支架系統(tǒng)、動(dòng)力與控制系統(tǒng)、成模系統(tǒng)和壓樣系統(tǒng)四大部分。支架系統(tǒng)包括基座1、側(cè)柱2、頂板3，側(cè)柱下端固定在基座I上，頂板3通過螺紋固定在側(cè)柱2上端。為動(dòng)力與控制系統(tǒng)設(shè)置于基座I和側(cè)柱2上，成模系統(tǒng)設(shè)置于動(dòng)力與控制系統(tǒng)上，壓樣系統(tǒng)固定于頂板3上。頂板3通過螺紋與側(cè)柱2相固定。
[0029]動(dòng)力與控制系統(tǒng)由油箱4、電機(jī)5、液壓泵6、液壓缸7、控制機(jī)構(gòu)8和可移動(dòng)壓樣平臺(tái)9組成?？梢苿?dòng)壓樣平臺(tái)9通過支架固定于基座I上，電機(jī)5與液壓泵6連接，油箱4與液壓泵6通過管道相連，油箱4通過螺栓固定在支架上；液壓缸7安裝在基座I中央，其上部與可移動(dòng)壓樣平臺(tái)9固定，可移動(dòng)壓樣平臺(tái)9內(nèi)置有位移計(jì)，用于測(cè)量可移動(dòng)壓樣平臺(tái)9的軸向位移；控制機(jī)構(gòu)8固定在側(cè)柱上，通過控制電機(jī)5實(shí)時(shí)檢測(cè)可移動(dòng)制樣平臺(tái)的位置，繼而使控制機(jī)構(gòu)8、可移動(dòng)壓樣平臺(tái)9內(nèi)置的位移計(jì)與動(dòng)力系統(tǒng)形成一個(gè)伺服反饋系統(tǒng)。
[0030]在制備不同的試樣時(shí)，可選擇相應(yīng)的成模和壓樣系統(tǒng)。成模系統(tǒng)固定在可移動(dòng)壓樣平臺(tái)9上，壓樣頂蓋19通過頂部固定螺栓固定在頂板3中心處，可移動(dòng)壓樣平臺(tái)9上通過螺栓固定有試樣底座10。如圖2所示，試樣底座10上設(shè)有內(nèi)、外成模筒固定槽29、28 ;實(shí)心試樣為成模筒固定槽30 (即外成模筒固定槽28)，外支撐桿固定孔31，內(nèi)支撐桿固定孔32，底座固定孔33。
[0031 ] 在制備空心圓柱試樣時(shí)，如圖1、圖3和圖4所示，成模系統(tǒng)包括內(nèi)成膜筒機(jī)構(gòu)和外成膜筒機(jī)構(gòu)，由兩者共同完成制備空心圓柱試樣的工作:
[0032]外成模筒機(jī)構(gòu)固定設(shè)置于試樣底座10上，外成模筒機(jī)構(gòu)包括外成膜筒13，外成膜筒13由三個(gè)環(huán)形瓣膜27圍成圓筒；試樣底座10設(shè)有用于固定外成模筒的環(huán)形外成模筒固定槽28，成膜筒13的外層由外箍環(huán)12緊固，外箍環(huán)12至少設(shè)置有2個(gè)。外成膜筒13的外側(cè)設(shè)置有外支撐桿11，4根外支撐桿11均勻分布且圍成圓形；外成膜筒13和外支撐桿11的下端固定于試樣底座10上，外成膜筒13和外支撐桿11的上端設(shè)置有外成膜筒頂帽17 ;
[0033]內(nèi)成膜筒機(jī)構(gòu)設(shè)置于外成模筒機(jī)構(gòu)內(nèi)，內(nèi)成膜筒機(jī)構(gòu)固定設(shè)置于試樣底座10上，內(nèi)成膜筒機(jī)構(gòu)包括內(nèi)成模筒14，內(nèi)成模筒14由2個(gè)中心角為150°的環(huán)形內(nèi)成模筒大瓣膜25和兩個(gè)中心角為30 °的環(huán)形內(nèi)成模筒小瓣膜26組成，其中成模筒大、小瓣膜的四個(gè)接觸面互相平行，以便于組裝；實(shí)際操作時(shí)，先組裝大瓣膜25，后放小瓣膜26，由于接觸面是平行的，小瓣膜26可以直接扣進(jìn)去，再由內(nèi)支撐桿15撐起來；拆樣時(shí)，按兩個(gè)小瓣膜26，將兩個(gè)小瓣膜26按出來，如果做成和外成模筒一樣的三瓣膜，由于它在試樣里面，組裝時(shí)非常困難。內(nèi)成模筒14的腔體內(nèi)設(shè)置有豎直的內(nèi)支撐桿15，內(nèi)支撐桿15上設(shè)置有兩組側(cè)臂35 ;內(nèi)成模筒14和內(nèi)支撐桿15的下端固定于試樣底座10上，內(nèi)成模筒14和內(nèi)支撐桿15的上端固定于內(nèi)成膜筒頂帽16上。試樣底座10中心設(shè)有試樣內(nèi)支撐桿固定孔32以及圓環(huán)狀內(nèi)、外成模筒固定槽29、28。內(nèi)成模筒頂帽16通過螺栓固定在內(nèi)支撐桿上端。
[0034]如圖1所示，壓樣系統(tǒng)包括壓樣頂蓋19、壓樣桿20和環(huán)狀壓樣錘21。壓樣系統(tǒng)通過壓樣頂蓋19和螺栓固定于頂板3上。三根中心角為30°的環(huán)形壓樣桿20兩兩間隔90°，呈圓形固定在壓樣頂蓋19下方。壓樣桿20下端設(shè)有壓樣錘21 ;壓樣錘21的形狀為底部放大的圓環(huán)狀或圓形狀。
[0035]在制備實(shí)心圓柱試樣時(shí)，成模系統(tǒng)如圖6所示，僅包含外成模系統(tǒng)，除底座需要更換為實(shí)心試樣底座外，其余構(gòu)造與空心試樣相同；壓樣系統(tǒng)如圖5所示與制備空心圓柱試樣時(shí)相同，僅把壓樣桿20下端的圓環(huán)狀壓樣錘21換做圓形壓樣錘24。
[0036]本實(shí)用新型成模與壓樣系統(tǒng)按所制試樣分為4組，分別與空心圓柱試樣(大試樣尺寸:內(nèi)徑X外徑X高/160 X 200 X 400mm ;小試樣尺寸:內(nèi)徑X外徑X高/60 X 100 X 200mm)以及實(shí)心試樣(直徑X高/39.1 X 80mm;直徑X高/100 X 200mm)相對(duì)應(yīng)，此外，還可根據(jù)試樣定制。這里介紹了空心圓柱小試樣壓樣器的設(shè)計(jì)原理(其他試樣制備與之相近)。
[0037]I)壓樣設(shè)計(jì)
[0038]在制備重塑三軸試樣時(shí)，通常根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)規(guī)范將試樣分成若干層，繼而采用分層擊實(shí)法，擊實(shí)時(shí)通過自重較大的擊錘將試樣擊實(shí)。然而，由于擊錘的沖擊力較大，擊實(shí)過程不可避免的對(duì)土體產(chǎn)生二次擾動(dòng)，使重塑試樣內(nèi)部存在微裂隙，降低了后續(xù)試驗(yàn)的可信度。本實(shí)用新型采用分層壓樣法，消除了擊實(shí)對(duì)土體二次擾動(dòng)，減小了人為擊實(shí)的誤差，最大程度模擬天然土體沉積形成過程，提高了重塑試樣的質(zhì)量。
[0039]2)動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)
[0040]本實(shí)用新型采用液壓動(dòng)力系統(tǒng)，大大降低了人力勞動(dòng)的強(qiáng)度。傳統(tǒng)的擊實(shí)法在制備干密度較大、強(qiáng)度較高的試樣時(shí)，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且試樣質(zhì)量較差，由于油壓系統(tǒng)具有壓力大、穩(wěn)定性好、易于控制等特點(diǎn)，使得該壓樣機(jī)在制備此類試樣時(shí)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，提高了制樣機(jī)具的適用性。
[0041]3)動(dòng)力與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
[0042]在制備重塑試樣時(shí)通常需要人工目測(cè)試樣高度，來控制試樣的均勻性，這種方法無法可靠的保證試樣的質(zhì)量。本實(shí)用新型內(nèi)置位移計(jì)和控制機(jī)構(gòu)8，實(shí)時(shí)檢測(cè)可移動(dòng)制樣平臺(tái)的位置，并將控制機(jī)構(gòu)、位移計(jì)與動(dòng)力系統(tǒng)形成一個(gè)伺服反饋系統(tǒng)，通過控制機(jī)構(gòu)輸入目標(biāo)位移，來控制可移動(dòng)壓樣平臺(tái)的位置，以嚴(yán)格控制每層試樣的高度，不僅實(shí)現(xiàn)了試樣制備的半自動(dòng)化，而且最大可能的提高了試樣的均勻程度。
[0043]4)壓樣桿與壓樣錘設(shè)計(jì)
[0044]本實(shí)用新型采用壓樣桿而非壓樣筒來傳遞豎向壓力，減小了壓樣系統(tǒng)與內(nèi)、外成模筒之間的摩擦，而且，通過桿間的空隙，可以實(shí)時(shí)觀測(cè)內(nèi)外成模筒位置、壓樣錘與乳膠膜有無刮擦、土樣顆粒是否擠出等情況。壓樣桿20為三根扇形桿，采用厚5mm、寬20mm的不銹鋼板彎制而成，其長度與內(nèi)、外成模筒相同。壓樣桿20下端連接有圓環(huán)狀壓樣錘21，壓樣錘底部內(nèi)外兩側(cè)均做放大設(shè)計(jì)，以使壓樣時(shí)試樣上表面受力均勻。此外，為了避免壓樣錘與內(nèi)、外乳膠膜之間相互摩擦，乳膠膜受壓樣錘拉扯變形造成試樣局部缺陷，壓樣錘伸入內(nèi)、夕卜成模筒間空腔后，需與內(nèi)、外乳膠膜之間保留Imm的間隙以便操作。內(nèi)、外乳膠膜是制備空心圓柱試樣時(shí)所必要的輔助耗材，在土工領(lǐng)域現(xiàn)已廣泛的應(yīng)用。
[0045]5)成模筒瓣膜設(shè)計(jì)
[0046]內(nèi)、外成模筒均采用瓣膜設(shè)計(jì)，綜合考慮成模筒整體性與拆卸的便捷性，外成模筒13由三個(gè)完全相同的瓣膜組成；內(nèi)成模筒14由兩個(gè)大瓣膜25與兩個(gè)小瓣膜26組成，其內(nèi)側(cè)有固定內(nèi)支撐桿側(cè)臂的卡槽34。內(nèi)支撐桿15、外箍環(huán)12與試樣底座內(nèi)、外成模筒固定槽29、28共同支撐和固定內(nèi)、外成模系統(tǒng)，防止壓樣時(shí)試樣側(cè)向膨脹過大而使成模系統(tǒng)變形。
[0047]6)成模筒頂帽設(shè)計(jì)
[0048]試樣制備時(shí)，土顆粒會(huì)落入內(nèi)外成模筒下端與試樣底座之間的縫隙處，隨著壓樣壓力的增大，土顆粒被不斷地?cái)D入縫隙中，致使內(nèi)、外成模筒傾斜。因而，在內(nèi)、外成模筒頂端，通過內(nèi)、外支撐桿固定內(nèi)、外成模筒頂帽，二者分別與內(nèi)、外成模筒接合連續(xù)、緊密。內(nèi)成模筒頂帽套箍在內(nèi)成模筒頂端，其外側(cè)與內(nèi)成模筒外側(cè)直徑相同；外成模筒頂帽套箍在外成模筒頂端，其內(nèi)側(cè)與外成模筒內(nèi)側(cè)直徑相同。繼而，內(nèi)、外成模筒在豎向壓力作用下，與試樣底座緊密連接，以防止土顆粒被擠出。在扣除嵌入試樣底座部分和嵌入內(nèi)、外成模筒頂帽部分后，成模筒與試樣接觸段高度應(yīng)與試樣等高。由于最后幾層土樣在擊實(shí)前為松散狀，因而，內(nèi)、外成模筒頂帽還起到將成模筒延長的作用，內(nèi)、外成模筒頂帽的高度以剛好能容納最后一層土為標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)80、100、200mm高的試樣頂帽高度為25mm，400mm高的試樣頂帽高度為50mm。
[0049]7)試樣一次成型設(shè)計(jì)
[0050]在制備空心圓柱試樣時(shí)，通常采用先制備高度和外徑滿足要求的實(shí)心圓柱試樣，繼而，將實(shí)心試樣取芯，得到空心圓柱試樣。然而，取芯操作對(duì)試樣擾動(dòng)較大，而且對(duì)于強(qiáng)度較高、顆粒較大的土，試樣取芯變得異常困難。本實(shí)用新型在制備空心圓柱試樣時(shí)，采用壓實(shí)法，將空心圓柱試樣一次制成，避免了取芯時(shí)對(duì)試樣的二次擾動(dòng)，提高了該壓樣機(jī)的適用性。
[0051]8)適用性設(shè)計(jì)
[0052]為了制備高度不同的試樣，壓樣機(jī)的頂板可通過與側(cè)桿上的螺紋升降，使得可移動(dòng)平臺(tái)的升降范圍可以滿足制備不同試樣的要求。成模和壓樣系統(tǒng)均可拆卸，根據(jù)所制備的試樣更換相應(yīng)的裝置，此外，還可根據(jù)實(shí)際情況，定制成模與壓樣系統(tǒng)。一次成型制樣、液壓動(dòng)力系統(tǒng)、伺服反饋系統(tǒng)均在一定程度上提高了試樣制備的適用性，使得該壓樣機(jī)可以滿足多種土工試驗(yàn)的制樣要求。
[0053]本實(shí)用新型的操作步驟如下:
[0054]I)系統(tǒng)組裝:
[0055]根據(jù)所制備的試樣，選取相應(yīng)的成模和壓樣系統(tǒng)(這里以空心圓柱試樣為例，其他試樣制備與之相近)。將試樣底座10固定在可移動(dòng)壓樣平臺(tái)9上，在底座內(nèi)外成模筒(13,14)間放好環(huán)形濾紙。套在外成模筒13上并箍緊，將內(nèi)成模筒14外側(cè)和外成模筒13內(nèi)側(cè)套上乳膠膜，并將兩端翻卷壓入試樣底座與內(nèi)成模筒頂帽16和外成模筒頂帽17。將內(nèi)支撐桿15固定在試樣底座中心內(nèi)支撐桿固定孔32內(nèi)，內(nèi)支撐桿側(cè)臂嵌入內(nèi)成模筒小辧膜內(nèi)側(cè)卡槽34內(nèi)，外箍環(huán)12內(nèi)、外成模筒頂帽固定在內(nèi)支撐桿15與外支撐桿11上。將壓樣頂蓋19、壓樣桿20、壓樣錘21組裝到頂板3上。
[0056]2)系統(tǒng)調(diào)節(jié):
[0057]通過操作控制機(jī)構(gòu)8，將可移動(dòng)壓樣平臺(tái)升至最高點(diǎn)，通過旋轉(zhuǎn)頂板兩側(cè)螺栓來調(diào)節(jié)頂板3高度，以壓樣錘完全接觸試樣底座為準(zhǔn)，將頂板固定，并將控制機(jī)構(gòu)的位移置零。
[0058]3)計(jì)算與稱樣:按照計(jì)算所得稱取相應(yīng)質(zhì)量的土樣，并分成若干份(這里以五份為例)，試樣總高度為200mm，每層高度為40mm。
[0059]4)壓樣:
[0060]將可移動(dòng)壓樣平臺(tái)9降至最低點(diǎn)，裝入一層土樣，用塑料棍棒將土樣稍加搗平擊實(shí)，將壓樣錘21內(nèi)外沿涂好滑石粉。通過控制機(jī)構(gòu)控制液壓系統(tǒng)，使可移動(dòng)平臺(tái)上升至試樣底座距壓樣錘底面40mm處，壓實(shí)過程中注意觀察內(nèi)、外乳膠膜是否被拉扯、土樣是否從壓樣錘21兩側(cè)擠出。將可移動(dòng)平臺(tái)降至最低點(diǎn)，將該層土表面拋毛，以增加層間連接和試樣的完整性，防止內(nèi)部存在分層現(xiàn)象，繼而，以相同的方法壓實(shí)第二至第五層。制樣完成后，將成模系統(tǒng)按照由上至下、由內(nèi)而外的順序依次將各組件拆除。
【權(quán)利要求】
1.一種半自動(dòng)多功能土工試驗(yàn)壓樣機(jī)，其特征在于，包括支架系統(tǒng)、動(dòng)力與控制系統(tǒng)、成模系統(tǒng)和壓樣系統(tǒng)，所述支架系統(tǒng)包括基座(1)、側(cè)柱(2)和頂板(3)，所述側(cè)柱(2)的下端固定于基座(I)上，所述側(cè)柱(2)的上端固定有頂板(3)，所述動(dòng)力與控制系統(tǒng)設(shè)置于基座(I)和側(cè)柱(2)上，所述成模系統(tǒng)設(shè)置于動(dòng)力與控制系統(tǒng)上，所述壓樣系統(tǒng)固定于頂板(3)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半自動(dòng)多功能土工試驗(yàn)壓樣機(jī)，其特征在于，所述動(dòng)力與控制系統(tǒng)包括油箱(4)、電機(jī)(5)、液壓泵(6)、液壓缸(7)、控制機(jī)構(gòu)(8)和可移動(dòng)壓樣平臺(tái)(9)，可移動(dòng)壓樣平臺(tái)(9)通過支架固定于基座(I)上，電機(jī)(5)與液壓泵(6)連接，油箱(4)與液壓泵(6)通過管道相連，油箱(4)通過固定在支架上；液壓缸(7)安裝在基座(I)中央，其上部與可移動(dòng)壓樣平臺(tái)(9)固定，可移動(dòng)壓樣平臺(tái)(9)內(nèi)置有用于測(cè)量可移動(dòng)壓樣平臺(tái)(9)的軸向位移的位移計(jì)；控制機(jī)構(gòu)(8)固定在側(cè)柱上，通過控制電機(jī)(5)實(shí)時(shí)檢測(cè)可移動(dòng)制樣平臺(tái)(9)的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半自動(dòng)多功能土工試驗(yàn)壓樣機(jī)，其特征在于，所述成模系統(tǒng)包括中空的外成模筒機(jī)構(gòu)，所述外成模筒機(jī)構(gòu)固定設(shè)置于試樣底座(10)上，所述外成模筒機(jī)構(gòu)包括外成膜筒(13)，所述外成膜筒(13)由三個(gè)瓣膜(27)圍成圓筒；所述外成膜筒(13)的外層由外箍環(huán)(12)固定，所述外成膜筒(13)的外側(cè)設(shè)置有外支撐桿(11)，所述外支撐桿(11)圍成圓形；所述外成膜筒(13)和外支撐桿(11)的下端固定于試樣底座(10)上，所述外成膜筒(13)和外支撐桿(11)的上端設(shè)置有外成膜筒頂帽(17)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半自動(dòng)多功能土工試驗(yàn)壓樣機(jī)，其特征在于，所述成模系統(tǒng)還包括中空的內(nèi)成膜筒機(jī)構(gòu)，所述內(nèi)成膜筒機(jī)構(gòu)設(shè)置于外成模筒機(jī)構(gòu)內(nèi)，所述內(nèi)成膜筒機(jī)構(gòu)固定設(shè)置于試樣底座(10)上，所述內(nèi)成膜筒機(jī)構(gòu)包括內(nèi)成模筒(14)，所述內(nèi)成模筒(14)是由2個(gè)內(nèi)成模筒大瓣膜(25)和兩個(gè)內(nèi)成模筒小瓣膜(26)圍成的中空的圓筒；所述內(nèi)成模筒(14)的腔體內(nèi)設(shè)置有豎直的內(nèi)支撐桿(15)，所述內(nèi)支撐桿(15)上設(shè)置有兩組側(cè)臂(35);所述內(nèi)成模筒(14)和內(nèi)支撐桿(15)的下端固定于試樣底座(10)上，所述內(nèi)成模筒(14)和內(nèi)支撐桿(15)的上端固定于內(nèi)成膜筒頂帽(16)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半自動(dòng)多功能土工試驗(yàn)壓樣機(jī)，其特征在于，所述壓樣系統(tǒng)呈圓筒狀，包括壓樣頂蓋(19)、壓樣桿(20)和環(huán)狀壓樣錘(21)，壓樣頂蓋(19)下方連接有三根壓樣桿(20)，壓樣桿(20)下端設(shè)有壓樣錘(21)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的半自動(dòng)多功能土工試驗(yàn)壓樣機(jī)，其特征在于，所述頂板(3)通過螺紋與側(cè)柱(2)相固定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的半自動(dòng)多功能土工試驗(yàn)壓樣機(jī)，其特征在于，所述壓樣系統(tǒng)通過壓樣頂蓋(19)和螺栓固定于頂板(3)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半自動(dòng)多功能土工試驗(yàn)壓樣機(jī)，其特征在于，所述外箍環(huán)(12)至少設(shè)置有2個(gè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半自動(dòng)多功能土工試驗(yàn)壓樣機(jī)，其特征在于，所述外成膜筒(13)的瓣膜(27)為環(huán)形瓣膜；所述內(nèi)成模筒大瓣膜(25)為中心角為150°的環(huán)形瓣膜；所述內(nèi)成模筒小瓣膜(26)為中心角為30°的環(huán)形瓣膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半自動(dòng)多功能土工試驗(yàn)壓樣機(jī)，其特征在于，所述壓樣錘(21)的形狀為底部放大的圓環(huán)狀或圓形狀。
【文檔編號(hào)】G01N1/28GK204255718SQ201420703666
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】董彤, 柘美, 唐曉松, 王永甫 申請(qǐng)人:中國人民解放軍后勤工程學(xué)院