本發(fā)明涉及巖土力學(xué)試驗(yàn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種壓實(shí)制模器。

背景技術(shù)：

在土力學(xué)的計(jì)算分析中，經(jīng)常需要對土樣進(jìn)行三軸或無側(cè)限壓縮實(shí)驗(yàn)，以測量其兩個(gè)重要的強(qiáng)度參數(shù)：內(nèi)摩擦角和黏聚力。通常情況下，由于原狀土的取樣會非常困難，大多采用重塑土，即將采樣好的土進(jìn)行加工重塑，而后將重塑土進(jìn)行試驗(yàn)。

而傳統(tǒng)的重塑土制作工藝中，采用分層單向壓實(shí)操作，操作繁瑣；且膨潤土等天然密相對目標(biāo)干密度非常小的土粒材料，壓制成的試塊干密度、含水率分布普遍存在沿軸線由底而上逐層減小的梯度；使用這些砌塊進(jìn)行壓縮試驗(yàn)時(shí)，變形也相應(yīng)的普遍出現(xiàn)類似的梯度變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能有效的反應(yīng)砌塊的變形特征，甚至沿分層界面出現(xiàn)結(jié)構(gòu)面斷層，嚴(yán)重影響試驗(yàn)可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種壓實(shí)制模器，解決現(xiàn)有技術(shù)中重塑土試塊干密度和含水率分布不均勻，以及出現(xiàn)分層斷層的技術(shù)問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種壓實(shí)制模器，包括：自平衡施力框架、可拆卸式壓實(shí)筒以及驅(qū)動(dòng)元件；

所述驅(qū)動(dòng)元件通過所述自平衡施力框架向所述可拆卸式壓實(shí)筒施加靜壓力，用于壓實(shí)所述可拆卸式壓實(shí)筒內(nèi)的土粒柱；

所述自平衡框架包括：液壓缸、框架頂板、框架連桿以及框架底板；所述框架頂板與所述框架底板通過所述框架連桿相連，構(gòu)成框架主體；所述液壓缸固定在所述框架頂板上，所述液壓缸的活塞桿伸入所述框架主體內(nèi)；

所述可拆卸式壓實(shí)筒包括：底座、壓實(shí)筒以及壓實(shí)塊；所述底座固定在所述框架底板上；所述壓實(shí)筒抵靠在所述底座上，所述壓實(shí)筒的第一筒口通過所述底座密封；所述壓實(shí)塊設(shè)置在所述壓實(shí)筒的第二筒口與所述液壓缸的活塞桿頭端之間；所述壓實(shí)塊為柱形結(jié)構(gòu)，與所述壓實(shí)筒的內(nèi)腔相匹配，可在所述壓實(shí)筒內(nèi)軸向滑動(dòng)；所述壓實(shí)筒的中心軸線與所述活塞桿的中心軸線重合；

所述驅(qū)動(dòng)元件與所述液壓缸相連，驅(qū)動(dòng)所述液壓缸。

進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)元件為電液伺服泵，與所述液壓缸相連。

進(jìn)一步地，所述壓實(shí)塊與所述土粒柱之間設(shè)置第一透水墊片。

進(jìn)一步地，所述土粒柱與第一透水墊片之間設(shè)置第一濾紙層。

進(jìn)一步地，所述土粒柱與所述底座之間設(shè)置第二透水墊片。

進(jìn)一步地，所述第二透水墊片與所述土粒柱之間設(shè)置第二濾紙層。

進(jìn)一步地，所述底座頂端設(shè)置疏水紋路，所述第二透水墊片設(shè)置在所述疏水紋路上。

進(jìn)一步地，所述底座上開設(shè)圓環(huán)形凹槽，與所述壓實(shí)筒的筒壁相匹配；所述壓實(shí)筒底部可嵌于所述圓環(huán)形凹槽內(nèi)。

進(jìn)一步地，所述壓實(shí)制模器還包括：延長筒；

所述延長筒擱置在所述壓實(shí)筒上，所述延長筒的筒腔與所述壓實(shí)筒的筒腔連通且內(nèi)徑相同，中心軸線重合；

所述壓實(shí)塊擱置在所述延長筒頂端。

進(jìn)一步地，所述延長筒的近壓實(shí)筒一端的筒壁上設(shè)置軸向延伸結(jié)構(gòu)，包覆在所述壓實(shí)筒外壁上，限制所述壓實(shí)筒的徑向移動(dòng)。

本申請實(shí)施例中提供的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

本申請實(shí)施例中提供的壓實(shí)制模器，通過建立由自平衡施力框架、可拆卸式壓實(shí)筒以及驅(qū)動(dòng)元件構(gòu)成的重塑土試樣加工結(jié)構(gòu)，施加穩(wěn)定持續(xù)的靜壓力，滿足一次施力即達(dá)到壓實(shí)效果的條件，從而實(shí)現(xiàn)土粒柱一次壓制成型，使得重塑土內(nèi)的干密度和含水率分布均勻；避免傳統(tǒng)重塑土分層，多次連續(xù)擊實(shí)操作導(dǎo)致的重塑土分層嚴(yán)重，干密度和含水率斷層的缺陷。同時(shí)，底座、壓實(shí)筒以及壓實(shí)塊的配合結(jié)構(gòu)使得能夠?qū)崿F(xiàn)一次裝填，配合持續(xù)穩(wěn)定的靜壓力，也避免了分層多次裝填操作導(dǎo)致的人為分層問題。同時(shí)，可拆卸式壓實(shí)筒擱置在所述施力框架主體內(nèi)，可根據(jù)需要，先后調(diào)整壓實(shí)筒的受力端，從而實(shí)現(xiàn)雙向壓實(shí)操作，從而克服重塑土單向受力導(dǎo)致的干密度和含水率呈梯形分布的缺陷，進(jìn)一步提升重塑土干密度和含水率的均勻性。另一方面，由液壓缸、框架頂板、框架連桿以及框架底板構(gòu)建的施力框架結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)，提升了施力精度和施力可靠性，從而大幅降低重塑土加工時(shí)器件組合導(dǎo)致偶然誤差；相類似的，底座、壓實(shí)筒以及壓實(shí)塊構(gòu)成的重塑土成型的一體化結(jié)構(gòu)，也能充分降低器件組合導(dǎo)致的重塑土試樣形態(tài)的缺陷；同時(shí)有機(jī)構(gòu)成的一體化施力，受力結(jié)構(gòu)也使得試樣的制備操作簡化，加工效率大幅提高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的壓實(shí)制模器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的可拆卸式壓實(shí)筒正向壓實(shí)的初始態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明提供的可拆卸式壓實(shí)筒正向壓實(shí)的穩(wěn)定態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明提供的可拆卸式壓實(shí)筒反向壓實(shí)的初始態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明提供的可拆卸式壓實(shí)筒反向壓實(shí)的穩(wěn)定態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明提供的可拆卸式壓實(shí)筒推出試樣狀態(tài)示意圖；

圖7為本發(fā)明提供的壓實(shí)筒結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明提供的底座結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明提供的延長筒結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本發(fā)明提供的壓實(shí)塊結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本申請實(shí)施例通過提供一種壓實(shí)制模器，解決現(xiàn)有技術(shù)中重塑土試塊干密度和含水率分布不均勻，以及出現(xiàn)分層斷層的技術(shù)問題。

為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合說明書附圖以及具體的實(shí)施方式對上述技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明實(shí)施例以及實(shí)施例中的具體特征是對本申請技術(shù)方案的詳細(xì)的說明，而不是對本申請技術(shù)方案的限定，在不沖突的情況下，本申請實(shí)施例以及實(shí)施例中的技術(shù)特征可以相互組合。

參見圖1和圖4，一種壓實(shí)制模器，包括：自平衡施力框架(11、12、13、14)、可拆卸式壓實(shí)筒(21、22、23、24、25、26、27)以及驅(qū)動(dòng)元件3。

具體而言，所述驅(qū)動(dòng)元件3通過所述自平衡施力框架向所述可拆卸式壓實(shí)筒施加靜壓力，用于壓實(shí)所述可拆卸式壓實(shí)筒內(nèi)的土粒柱。

即，驅(qū)動(dòng)元件3提供穩(wěn)定的動(dòng)力輸出，通過自平衡施力框架向可拆卸式壓實(shí)筒內(nèi)的松散粉末狀的土粒柱施加穩(wěn)定持續(xù)的靜壓力，逐步壓實(shí)得到重塑土試樣。替代現(xiàn)有技術(shù)中通過重錘連續(xù)多次的擊實(shí)操作，避免了重塑土分層擊實(shí)導(dǎo)致的干密度和含水率分布不均勻的問題；使得重塑土一次成型，干密度和含水率均勻分布的技術(shù)效果。

下面具體介紹本申請的結(jié)構(gòu)和工作過程。

所述自平衡框架包括：液壓缸11、框架頂板12、框架連桿13以及框架底板14；所述框架頂板12與所述框架底板14通過所述框架連桿13相連，構(gòu)成框架主體；所述液壓缸11固定在所述框架頂板12上，所述液壓缸11的活塞桿伸入所述框架主體內(nèi)。

即，所述框架主體為壓實(shí)操作的施力支點(diǎn)結(jié)構(gòu)，液壓缸11固定在框架頂板12上，活塞桿朝向框架主體內(nèi)，向內(nèi)側(cè)施力；可拆卸式壓實(shí)筒置于框架主體內(nèi)，確切的講，是擱置在所述框架底板14上，承受來自液壓缸11的壓力，完成壓制操作。由于施力支點(diǎn)和受力支點(diǎn)通過框架連桿13連接而構(gòu)成一體化結(jié)構(gòu)，從而避免了現(xiàn)有技術(shù)中松散的獨(dú)立模具和元件在使用時(shí)的臨時(shí)拼湊導(dǎo)致的精度和可靠性低的問題，使得施力操作精度和可靠性大幅提升；同時(shí)也是的操作更便捷，提升制樣效率。所述驅(qū)動(dòng)元件3與所述液壓缸11相連，驅(qū)動(dòng)所述液壓缸11。

一般而言，液壓缸11的驅(qū)動(dòng)元件3采用電液伺服泵，滿足自動(dòng)控制和高精度的性能需求。液壓缸11采用伸縮式液壓缸。

所述可拆卸式壓實(shí)筒包括：底座24、壓實(shí)筒22以及壓實(shí)塊23。

其中，所述底座24固定在所述框架底板14上；可以采用與底座24相匹配的凹槽結(jié)構(gòu)，將底座嵌于其中，限制橫向移動(dòng)，保證液壓缸11的施力方向性；同時(shí)也便于拆卸。

所述壓實(shí)筒22抵靠在所述底座24上，所述壓實(shí)筒22的第一筒口通過所述底座24密封；所述壓實(shí)塊23設(shè)置在所述壓實(shí)筒22的第二筒口與所述液壓缸11的活塞桿頭端之間；即，通過底座24和壓實(shí)塊23分別密封壓實(shí)筒22，當(dāng)完成松散的土粒裝填之后，將壓實(shí)塊23密封，等待液壓缸11的施力操作。

參見圖7和圖10，一般而言，所述壓實(shí)塊23為柱形結(jié)構(gòu)，通常為圓柱形，與所述壓實(shí)筒22的內(nèi)腔相匹配，內(nèi)腔的半徑與柱形結(jié)構(gòu)的外徑相等，或者稍大于柱形結(jié)構(gòu)的外徑；保證壓實(shí)塊23可在所述壓實(shí)筒22內(nèi)軸向滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)重塑土的壓實(shí)操作；為了保證施工效率和器件安全性，所述壓實(shí)筒22的中心軸線與所述活塞桿的中心軸線重合。

進(jìn)一步地，所述壓實(shí)塊23與所述土粒柱4之間設(shè)置第一透水墊片25，排出壓制過程中的溢出水分。為了避免土粒流失，所述土粒柱4與第一透水墊片25之間設(shè)置第一濾紙層。

相類似的，所述土粒柱4與所述底座24之間設(shè)置第二透水墊片26。所述第二透水墊片26與所述土粒柱4之間設(shè)置第二濾紙層。

進(jìn)一步地，所述底座24頂端設(shè)置疏水紋路，所述第二透水墊片26設(shè)置在所述疏水紋路上；提升溢出水分的排出速度。

參見圖2和圖8，所述底座24上開設(shè)圓環(huán)形凹槽28，與所述壓實(shí)筒22的筒壁相匹配；所述壓實(shí)筒22底部可嵌于所述圓環(huán)形凹槽28內(nèi)。圓環(huán)形凹槽28內(nèi)的突起29能夠準(zhǔn)確的嵌于壓實(shí)筒22的內(nèi)腔，實(shí)現(xiàn)壓實(shí)筒22端口的密封。同時(shí)，也限制了壓實(shí)筒22的徑向移動(dòng)，保證制樣操作的施力可靠性。

需要說明的是，基于上述結(jié)構(gòu)本申請?zhí)峁┑膲簩?shí)制模器能夠?qū)崿F(xiàn)雙向壓實(shí)操作。

即包括正向壓實(shí)和反向壓實(shí)。

參見圖2和圖3，正向壓實(shí)操作中，壓實(shí)筒22的第一筒口擱置在所述底座24的上，通過底座24上的環(huán)形凹槽28和突起29密封；而后在壓實(shí)筒22內(nèi)填充松散的土粒；并通過壓實(shí)塊23密封壓實(shí)筒22的第二筒口；而后液壓缸11受驅(qū)下壓，直至壓實(shí)塊23完全進(jìn)入壓實(shí)筒22內(nèi)腔并保持一段時(shí)間，完成正向壓實(shí)。

參見圖4和圖5，反向壓實(shí)操作中，相對于正向壓實(shí)，顛倒壓實(shí)筒22的擺放方向。

即，在完成正向壓實(shí)后，顛倒所述壓實(shí)筒22的軸向擺放方向，所述第二通孔擱置在所述底座24上，所述第一筒口指向所述液壓缸11的活塞桿頭端，同時(shí)在所述第一筒口處設(shè)置第二壓實(shí)塊27；而后液壓缸11受驅(qū)下壓，直至第二壓實(shí)塊27完全進(jìn)入壓實(shí)筒22內(nèi)腔并保持一段時(shí)間，完成反向壓實(shí)。

可拆卸式壓實(shí)筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)充分考慮了正方向壓實(shí)的操作需求，通過底座24的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提升結(jié)構(gòu)固定可靠性的同時(shí)也提升了拆卸效率。

更進(jìn)一步地，考慮到土粒柱4壓實(shí)過程中會出現(xiàn)較大幅度的高度縮減，一旦出現(xiàn)壓實(shí)筒22與液壓缸11的活塞桿或者壓實(shí)塊23的姿態(tài)配合異常，極易出現(xiàn)壓實(shí)筒內(nèi)壁損傷，而這種風(fēng)險(xiǎn)與壓實(shí)筒22的長度成正相關(guān)。往往導(dǎo)致壓實(shí)筒的損壞更換濾居高不下，使得使用成本大幅提升。

鑒于此，本申請還提出在上述可拆卸式壓實(shí)筒的基礎(chǔ)上增設(shè)延長筒21的解決方案。

參見圖1和圖9，具體來說，所述壓實(shí)制模器還包括：延長筒21。所述延長筒21擱置在所述壓實(shí)筒22上，所述延長筒21的筒腔與所述壓實(shí)筒22的筒腔連通且內(nèi)徑相同，中心軸線重合；保證筒內(nèi)的土粒柱4形態(tài)完整。

所述壓實(shí)塊23擱置在所述延長筒21頂端。

參見圖3，當(dāng)正向壓實(shí)過程中，延長筒21內(nèi)的土粒被壓實(shí)進(jìn)入到壓實(shí)筒22內(nèi)之后，其內(nèi)部只剩下壓實(shí)塊23。由于延長筒21與壓實(shí)筒22屬于兩個(gè)獨(dú)立構(gòu)件，一定程度上能夠分擔(dān)損壞風(fēng)險(xiǎn)，即便更換，相對更短的延長筒21與壓實(shí)筒22其使用成本也相對較低。

為了保證兩者的銜接可靠性，所述延長筒21的近壓實(shí)筒22一端的筒壁上設(shè)置軸向延伸結(jié)構(gòu)20，包覆在所述壓實(shí)筒22外壁上，限制所述壓實(shí)筒22的徑向移動(dòng)；保證筒腔的平滑銜接，從而保證土粒柱的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

增加了延長筒21之后，同樣可以完成正反向壓實(shí)操作。

參見圖6，值得說明的是，當(dāng)完成反向壓實(shí)后，以所述延長筒21為支撐，將成型的重塑土4推出壓實(shí)筒22，獲得完整的重塑土試樣；期間，由于內(nèi)腔規(guī)格匹配，能夠避免試樣的剮蹭損壞；配合液壓泵11的靜壓力，使得試樣的推出平穩(wěn)高效。

本申請實(shí)施例中提供的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

本申請實(shí)施例中提供的壓實(shí)制模器，通過建立由自平衡施力框架、可拆卸式壓實(shí)筒以及驅(qū)動(dòng)元件構(gòu)成的重塑土試樣加工結(jié)構(gòu)，施加穩(wěn)定持續(xù)的靜壓力，滿足一次施力即達(dá)到壓實(shí)效果的條件，從而實(shí)現(xiàn)土粒柱一次壓制成型，使得重塑土內(nèi)的干密度和含水率分布均勻；避免傳統(tǒng)重塑土分層，多次連續(xù)擊實(shí)操作導(dǎo)致的重塑土分層嚴(yán)重，干密度和含水率斷層的缺陷。同時(shí)，底座、壓實(shí)筒以及壓實(shí)塊的配合結(jié)構(gòu)使得能夠?qū)崿F(xiàn)一次裝填，配合持續(xù)穩(wěn)定的靜壓力，也避免了分層多次裝填操作導(dǎo)致的人為分層問題。同時(shí)，可拆卸式壓實(shí)筒擱置在所述施力框架主體內(nèi)，可根據(jù)需要，先后調(diào)整壓實(shí)筒的受力端，從而實(shí)現(xiàn)雙向壓實(shí)操作，從而克服重塑土單向受力導(dǎo)致的干密度和含水率呈梯形分布的缺陷，進(jìn)一步提升重塑土干密度和含水率的均勻性。另一方面，由液壓缸、框架頂板、框架連桿以及框架底板構(gòu)建的施力框架結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)，提升了施力精度和施力可靠性，從而大幅降低重塑土加工時(shí)器件組合導(dǎo)致偶然誤差；相類似的，底座、壓實(shí)筒以及壓實(shí)塊構(gòu)成的重塑土成型的一體化結(jié)構(gòu)，也能充分降低器件組合導(dǎo)致的重塑土試樣形態(tài)的缺陷；同時(shí)有機(jī)構(gòu)成的一體化施力，受力結(jié)構(gòu)也使得試樣的制備操作簡化，加工效率大幅提高。

最后所應(yīng)說明的是，以上具體實(shí)施方式僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。