一种固结试验试样制备的双向分层压样装置及其压样方法
【专利摘要】一种固结试验试样制备的双向分层压样装置及其压样方法，其装置构成是：加压活塞套于导筒的内壁，加压活塞的凸缘的底面与导筒的顶部贴合，导筒的内壁在加压活塞以下的部位开有环刀槽，环刀的顶部嵌置于导筒的环刀槽内，且环刀的内直径与加压活塞的直径相等；环刀的刃口嵌置于底座顶部的圆环状凸起的内腔中；一块或两块圆盘状的垫块嵌置于环刀的内腔中；加压活塞的凸缘的底面与加压活塞下端面的距离、导筒在环刀槽以上部位的内壁高度、垫块的高度均为环刀高度的1/n，n为压制试样时的分层层数，其取值为3或4。使用该装置压制的试样压实度更均匀，试样加载时环壁摩擦力造成的干扰小，从而使固结试验的试验数据偏差小，试验结果更准确、可靠。
【专利说明】一种固结试验试样制备的双向分层压样装置及其压样方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于土工试验【技术领域】，尤其属于土工试验中的一种固结试验试样制备的双向分层压样装置及其压样方法。
【背景技术】
[0002]在进行土体的固结试验之前，首先要制备原状土试样或扰动土试样。扰动土试样的制备程序主要包括取样、风干(或烘干)、碾散、过筛、制样等程序。制样是扰动土试样制备过程中非常关键的一步，现阶段主要有击实法和压样法两种制样方法。压样法是根据试样压实度(或干密度)的要求和环刀容积计算出所需湿土的质量，再根据湿土质量的计算结果称取湿土，并将称取的湿土装入压样器内，通过加压活塞以静压力方式一次性将湿土压紧至高度与环刀的顶部以及刃口齐平，即制得所需的压实度的试样。该方法因操作简单、快捷,为大多试验人员所采用。
[0003]现有的双向压样器压制试样时，如《GB_T50123_1999 土工试验方法标准》3.1中所述，是将全部所需质量的湿土一次性倒入压样器内，再用上下加压活塞从两个放向加压。环刀侧壁对湿土产生的环壁摩擦力会在湿土深度方向(垂向)上削弱压样时的静压力，并且湿土黏性越大、压实度越高、湿土越厚、湿土与环刀侧壁的接触的面积越大，这种削弱作用就越明显。若试样制备时所用的湿土黏性较大或所要求的试样压实度很高，湿土在压实过程中就会因静压力随湿土深度削弱的现象而导致压制完成的试样压实度下部偏低；同时，压制过程中，持续不变的压力会使湿土与环刀之间的环壁摩擦力效应以预应力的形式持续累积。由于多数固结试验所产生的试样的总压缩变形只有O?3mm，对于压实度较高的黏性土变形量甚至只有1_左右，所以试样压实程度沿试样深度方向上较小的不均匀性以及环壁摩擦力的干扰都会对试样试验时的压缩变形数据造成很大的影响，导致试验数据偏差较大。
【发明内容】
[0004]本发明的第一发明目的是提供一种固结试验试样制备的双向分层压样装置，使用该种压样装置压制的试样压实度更均匀，试样加载时环壁摩擦力造成的干扰小，从而使固结试验的试验数据偏差小，试验结果更准确、可靠。
[0005]本发明实现其第一发明目的所采取的技术方案是，一种固结试验试样制备的双向分层压装置，其特征在于:
[0006]加压活塞套于导筒的内壁，加压活塞的凸缘的底面与导筒的顶部贴合，导筒的内壁在加压活塞以下的部位开有环刀槽，环刀的顶部嵌置于导筒的环刀槽内，且环刀的内直径与加压活塞的直径相等；环刀的刃口嵌置于底座顶部的圆环状凸起的内腔中；一块或两块圆盘状的垫块嵌置于环刀的内腔中；
[0007]加压活塞的凸缘的底面与加压活塞下端面的距离、导筒在环刀槽以上部位的内壁高度、垫块的高度均为环刀高度的1/η，η为压制试样时的分层层数，其取值为3或4。[0008]本发明的第二发明目的是提供使用以上的固结试验试样制备的双向分层压样装置的压样方法，采用该种压样方法压制的试样压实度更均匀，试样加载时环壁摩擦力造成的干扰小，从而使固结试验的试验数据偏差小，试验结果更准确、可靠。
[0009]本发明实现其第二发明目的，所采取的第一种技术方案是，一种使用以上的固结试验试样制备的双向分层压样装置的压样方法，所述的压制试样时的分层层数η为3，加压活塞的凸缘的底面与加压活塞下端面的距离、导筒在环刀槽以上部位的内壁高度、垫块的高度均为环刀高度的1/3，其具体操作步骤如下:
[0010]Α、将加压活塞和导筒从制样器内取出，在环刀内嵌置一个垫块，将质量为压样所需湿土总质量1/3的湿土填入环刀内；将加压活塞沿环刀的内壁下压，直至加压活塞的凸缘下表面与环刀顶部贴合，即将所填入的湿土压实至所需的压实度；
[0011]B、取出加压活塞和环刀，将环刀整体翻转180°后再放入底座的圆环状凸起内，此时，环刀内的湿土与未取出的垫块上表面紧密贴合；随即，将导筒外套在环刀上方，向环刀内再次填入质量为压样所需湿土总质量1/3的湿土，然后，将加压活塞沿导筒的内壁下压，直至加压活塞的凸缘下表面与导筒顶部贴合，即将再次填入的湿土压实至所需的压实度；
[0012]C、取出加压活塞、导筒、垫块和环刀，再将环刀整体翻转180°后再放入圆环状凸起内，此时环刀内的湿土与底座的表面紧密贴合；随即，将导筒外套在环刀的上方，向环刀内第三次填入质量为压样所需湿土总质量1/3的湿土，然后，将加压活塞沿导筒的内壁下压，直至加压活塞的凸缘下表面与导筒的顶部贴合，即将第三次填入的湿土压实至所需的压实度，完成试样的压制。
[0013]该第一种技术方案是采用三层分层、三次加土、三次压制的压样方法，适用于黏度较高的湿土压制压实度较高的试样。
[0014]本发明实现其第二发明目的，所采取的第二种技术方案是，一种使用上述的固结试验试样制备的双向分层压样装置的压样方法，所述的压制试样时的分层层数η为4，加压活塞的凸缘的底面与加压活塞下端面的距离、导筒在环刀槽以上部位的内壁高度、垫块的高度均为环刀高度的1/4 ;其具体操作步骤如下:
[0015]Α、将加压活塞和导筒从制样器内取出，在环刀内嵌置两个高度为环刀高度1/4的垫块，将质量为压样所需湿土总质量1/4的湿土填入环刀内；然后，将加压活塞沿环刀内壁下压，直至加压活塞的凸缘下表面与环刀的顶部贴合，即将所填入的湿土压实至所需的压实度；
[0016]B、取出加压活塞、环刀和位于上部的一个垫块，将环刀整体翻转180°
[0017]后再放入底座的圆环状凸起内，此时，环刀内的湿土与未取出的垫块的上表面紧密贴合；然后，再次将质量为压样所需湿土总质量1/4的湿土填入环刀内，将加压活塞沿环刀的内壁下压，直至加压活塞的凸缘下表面与环刀的刃口贴合，即将再次填入的湿土压实至所需的压实度；
[0018]C、取出加压活塞和环刀，将环刀整体翻转180°后再放入底座的圆环状凸起内，此时环刀内的湿土与未取出的垫块上表面紧密贴合；然后，将导筒外套在环刀上方，第三次将质量为压样所需湿土总质量1/4的湿土填入环刀内，将加压活塞沿导筒的内壁下压，直至加压活塞的凸缘下表面与导筒顶部贴合，即将第三次填入的湿土压实至所需的压实度；
[0019]D、取出加压活塞、导筒、环刀和垫块，将环刀整体翻转180°后再放入底座的圆环状凸起内，此时环刀内的湿土与底座表面紧密贴合；然后，将导筒外套在环刀上方，第四次将质量为压样所需湿土总质量1/4的湿土填入环刀，将加压活塞沿导筒的内壁下压，直至加压活塞的凸缘下表面与导筒的顶部贴合，即将第四次填入的湿土压实至所需的压实度，即完成试样的压制。
[0020]该第二种技术方案是采用四层分层、四次加土、四次压制的压样方法，适用于黏度更高的湿土压制压实度更高的试样。
[0021 ] 与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0022]压制过程中，环刀的刃口或顶部嵌置于底座顶部的圆环状凸起的内腔中，环刀的顶部或刃口嵌置于导筒的环刀槽内；在最后一次(层)压制前的压样过程中，一块或两块圆盘状的垫块嵌置于环刀的内腔中，替代了未填入压制的湿土的体积；从而使得每次(层)填入湿土质量相等，且其压制时的体积压缩程度保持一致，试样的总的体积压缩程度与一次性不分层的压制的试样的体积压缩程度保持一致。这样，在压样过程中通过垫块的高度、导筒的高度、加压活塞的高度相互配合，实现了将试样分成等质量、等高度的三或四次(层)压制，每一次压制湿土的厚度仅为现有压样器的1/3或1/4，湿土与环刀侧壁的接触面积也仅为现有压样器的1/3或1/4，压样时静压力在传递过程中受环壁摩擦力的影响大大减小，试样的压实度更加均匀。
[0023]同时，通过垫块和导筒的拆卸、环刀的翻转，从而进行方向不断轮换的压样，较之方向不变的持续压制，环壁摩擦力会不断变换方向，预应力的累积效应减小，所以试样固结试验加载时受到的干扰同时减小，从而使固结试验的试验数据偏差小，试验结果更准确、可靠，试验更能反映试样的压缩特性。
[0024]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是实施例一的压样装置的结构示意图。
[0026]图2a是实施例一的压样装置在完成第一次(层)压制时的示意图。
[0027]图2b是实施例一的压样装置在完成第二次(层)压制时的示意图。
[0028]图2c是实施例一的压样装置在完成第三次(层)压制，即压制完成时的示意图。
[0029]图3是实施例二的压样装置的结构示意图。
[0030]图4a是实施例二的压样装置在完成第一次(层)压制时的示意图。
[0031]图4b是实施例二的压样装置在完成第二次(层)压制时的示意图。
[0032]图4c是实施例二的压样装置在完成第三次(层)压制时的示意图。
[0033]图4d是实施例二的压样装置在完成第四次(层)压制，即压制完成时的示意图。
【具体实施方式】
[0034]实施例一
[0035]图1示出，本发明的第一种【具体实施方式】是，一种用于固结试验试样制备的双向分层压样器，其特征在于:
[0036]加压活塞4套于导筒3的内壁，加压活塞4的凸缘4a的底面与导筒3的顶部贴合，导筒3的内壁在加压活塞4以下的部位开有环刀槽，环刀5的顶部嵌置于导筒3的环刀槽内，且环刀5的内直径与加压活塞4的直径相等；环刀5的刃口嵌置于底座I顶部的圆环状凸起Ia的内腔中；一块圆盘状的垫块2嵌置于环刀5的内腔中；
[0037]本例的加压活塞4的凸缘4a的底面与加压活塞4下端面的距离、导筒3在环刀槽以上部位的内壁高度、垫块2的高度均为环刀5高度的1/η，η为压制试样时的分层层数，其取值为3。
[0038]图2a、图2b和图2c示出，一种使用本例的固结试验试样制备的双向分层压样装置的压样方法，所述的压制试样时的分层层数η为3，加压活塞4的凸缘4a的底面与加压活塞4下端面的距离、导筒3在环刀槽以上部位的内壁高度、垫块2的高度均为环刀5高度的1/3 ;其具体操作步骤如下:
[0039]A、将加压活塞4和导筒3从制样器内取出，在环刀5内嵌置一个垫块2,将质量为压样所需湿土总质量1/3的湿土 6填入环刀5内；将加压活塞4沿环刀5的内壁下压，直至加压活塞4的凸缘4a下表面与环刀5顶部贴合，即将所填入的湿土 6压实至所需的压实度，参见图2a。
[0040]B、取出加压活塞4和环刀5，将环刀5整体翻转180°后再放入底座I的圆环状凸起Ia内，此时，环刀5内的湿土 6与未取出的垫块2上表面紧密贴合；随即，将导筒3外套在环刀5上方，向环刀5内再次填入质量为压样所需湿土总质量1/3的湿土 6，然后，将加压活塞4沿导筒3的内壁下压，直至加压活塞4的凸缘4a下表面与导筒3顶部贴合，即将再次填入的湿土 6压实至所需的压实度，参见图2b。
[0041]C、取出加压活塞4、导筒3、垫块2和环刀5，再将环刀5整体翻转180°后再放入圆环状凸起Ia内，此时环刀5内的湿土 6与底座I的表面紧密贴合；随即，将导筒3外套在环刀5的上方，向环刀5内第三次填入质量为压样所需湿土总质量1/3的湿土 6，然后，将加压活塞4沿导筒3的内壁下压，直至加压活塞4的凸缘4a下表面与导筒3的顶部贴合，即将第三次填入的湿土 6压实至所需的压实度，完成试样的压制，参见图2c。
[0042]实施例二
[0043]—种用于固结试验试样制备的双向分层压样器，其特征在于:
[0044]加压活塞4套于导筒3的内壁，加压活塞4的凸缘4a的底面与导筒3的顶部贴合，导筒3的内壁在加压活塞4以下的部位开有环刀槽，环刀5的顶部嵌置于导筒3的环刀槽内，且环刀5的内直径与加压活塞4的直径相等；环刀5的刃口嵌置于底座I顶部的圆环状凸起Ia的内腔中；两块圆盘状的垫块2嵌置于环刀5的内腔中；
[0045]本例的加压活塞4的凸缘4a的底面与加压活塞4下端面的距离、导筒3在环刀槽以上部位的内壁高度、垫块2的高度均为环刀5高度的1/η，η为压制试样时的分层层数，其取值为4。
[0046]图4a、图4b、图4c和图4d示出，一种使用本例的固结试验试样制备的双向分层压样装置的压样方法，所述的压制试样时的分层层数η为4，加压活塞4的凸缘4a的底面与加压活塞4下端面的距离、导筒3在环刀槽以上部位的内壁高度、垫块2的高度均为环刀5高度的1/4 ;其具体操作步骤如下:
[0047]A、将加压活塞4和导筒3从制样器内取出，在环刀5内嵌置两个高度为环刀5高度1/4的垫块2，将质量为压样所需湿土总质量1/4的湿土 6填入环刀5内；然后，将加压活塞4沿环刀5内壁下压，直至加压活塞4的凸缘4a下表面与环刀5的顶部贴合，即将所填入的湿土 6压实至所需的压实度，参见图4a。
[0048]B、取出加压活塞4、环刀5和位于上部的一个垫块2，将环刀5整体翻转180°后再放入底座I的圆环状凸起Ia内，此时，环刀5内的湿土 6与未取出的垫块2的上表面紧密贴合；然后，再次将质量为压样所需湿土总质量1/4的湿土 6填入环刀5内，将加压活塞4沿环刀5的内壁下压，直至加压活塞4的凸缘4a下表面与环刀5的刃口贴合，即将再次填入的湿土 6压实至所需的压实度，参见图4b。
[0049]C、取出加压活塞4和环刀5，将环刀5整体翻转180°后再放入底座I的圆环状凸起Ia内，此时环刀5内的湿土 6与未取出的垫块2上表面紧密贴合；然后，将导筒3外套在环刀5上方，第三次将质量为压样所需湿土总质量1/4的湿土 6填入环刀5内，将加压活塞4沿导筒3的内壁下压，直至加压活塞4的凸缘4a下表面与导筒3顶部贴合，即将第三次填入的湿土 6压实至所需的压实度，参见图4c。
[0050]D、取出加压活塞4、导筒3、环刀5和垫块2，将环刀5整体翻转180°后再放入底座I的圆环状凸起Ia内，此时环刀5内的湿土 6与底座I表面紧密贴合；然后，将导筒3外套在环刀5上方，第四次将质量为压样所需湿土总质量1/4的湿土 6填入环刀5，将加压活塞4沿导筒3的内壁下压，直至加压活塞4的凸缘4a下表面与导筒3的顶部贴合，即将第四次填入的湿土 6压实至所需的压实度，即完成试样的压制，参见图4d。
【权利要求】
1.一种固结试验试样制备的双向分层压样装置，其特征在于: 加压活塞(4)套于导筒(3)的内壁，加压活塞(4)的凸缘(4a)的底面与导筒(3)的顶部贴合，导筒(3)的内壁在加压活塞(4)以下的部位开有环刀槽，环刀(5)的顶部嵌置于导筒(3)的环刀槽内，且环刀(5)的内直径与加压活塞(4)的直径相等；环刀(5)的刃口嵌置于底座(1)顶部的圆环状凸起(Ia)的内腔中；一块或两块圆盘状的垫块(2)嵌置于环刀(5)的内腔中； 所述的加压活塞(4)的凸缘(4a)的底面与加压活塞(4)下端面的距离、导筒(3)在环刀槽以上部位的内壁高度、垫块(2)的高度均为环刀(5)高度的1/η，η为压制试样时的分层层数，其取值为3或4。
2.一种使用权利要求1所述的固结试验试样制备的双向分层压样装置的压样方法，所述的压制试样时的分层层数η为3，加压活塞(4)的凸缘(4a)的底面与加压活塞(4)下端面的距离、导筒(3)在环刀槽以上部位的内壁高度、垫块(2)的高度均为环刀(5)高度的1/3 ；其具体操作步骤如下: A、将加压活塞(4)和导筒(3)从制样器内取出，在环刀(5)内嵌置一个垫块(2)，将质量为压样所需湿土总质量1/3的湿土(6)填入环刀(5)内；将加压活塞(4)沿环刀(5)的内壁下压，直至加压活塞(4)的凸缘(4a)下表面与环刀(5)顶部贴合，即将所填入的湿土(6)压实至所需的压实度； B、取出加压活塞(4)和环刀(5)，将环刀(5)整体翻转180°后再放入底座(1)的圆环状凸起(Ia)内，此时，环刀(5)内的湿土(6)与未取出的垫块(2)上表面紧密贴合；随即，将导筒(3)外套在环刀(5)上方，向环刀(5)内再次填入质量为压样所需湿土总质量1/3的湿土(6)，然后，将加压活塞(4)沿导筒(3)的内壁下压，直至加压活塞(4)的凸缘(4a)下表面与导筒(3)顶部贴合，即将再次填 入的湿土(6)压实至所需的压实度； C、取出加压活塞(4)、导筒(3)、垫块(2)和环刀(5)，再将环刀(5)整体翻转180°后放入圆环状凸起(Ia)内，此时环刀(5)内的湿土(6)与底座(1)的表面紧密贴合；随即，将导筒(3)外套在环刀(5)的上方，向环刀(5)内第三次填入质量为压样所需湿土总质量1/3的湿土(6)，然后，将加压活塞(4)沿导筒(3)的内壁下压，直至加压活塞(4)的凸缘(4a)下表面与导筒(3)的顶部贴合，即将第三次填入的湿土(6)压实至所需的压实度，完成试样的压制。
3.一种使用权利要求1所述的固结试验试样制备的双向分层压样装置的压样方法，所述的压制试样时的分层层数η为4，加压活塞(4)的凸缘(4a)的底面与加压活塞(4)下端面的距离、导筒(3)在环刀槽以上部位的内壁高度、垫块(2)的高度均为环刀(5)高度的1/4 ；其具体操作步骤如下: A、将加压活塞(4)和导筒(3)从制样器内取出，在环刀(5)内嵌置两个高度为环刀(5)高度1/4的垫块(2)，将质量为压样所需湿土总质量1/4的湿土(6)填入环刀(5)内；然后，将加压活塞(4)沿环刀(5)内壁下压，直至加压活塞(4)的凸缘(4a)下表面与环刀(5)的顶部贴合，即将所填入的湿土(6)压实至所需的压实度； B、取出加压活塞(4)、环刀(5)和位于上部的一个垫块(2)，将环刀(5)整体翻转180°后再放入底座(1)的圆环状凸起(Ia)内，此时，环刀(5)内的湿土( 6 )与未取出的垫块(2 )的上表面紧密贴合；然后，再次将质量为压样所需湿土总质量1/4的湿土(6)填入环刀(5)内，将加压活塞(4)沿环刀(5)的内壁下压，直至加压活塞(4)的凸缘(4a)下表面与环刀(5)的刃口贴合，即将再次填入的湿土(6)压实至所需的压实度； C、取出加压活塞(4)和环刀(5)，将环刀(5)整体翻转180°后再放入底座(1)的圆环状凸起(Ia)内，此时环刀(5)内的湿土(6)与未取出的垫块(2)上表面紧密贴合；然后，将导筒(3)外套在环刀(5)上方，第三次将质量为压样所需湿土总质量1/4的湿土(6)填入环刀(5)内，将加压活塞(4)沿导筒(3)的内壁下压，直至加压活塞(4)的凸缘(4a)下表面与导筒(3)顶部贴合，即将第三次填入的湿土(6)压实至所需的压实度； D、取出加压活塞(4)、导筒(3)、环刀(5)和垫块(2)，将环刀(5)整体翻转180°后再放入底座(1)的圆环状凸起(Ia)内，此时环刀(5)内的湿土(6)与底座表面紧密贴合；然后，将导筒(3)外套在环刀(5)上方，第四次将质量为压样所需湿土总质量1/4的湿土(6)填入环刀(5)，将加压活塞(4)沿导筒(3)的内壁下压，直至加压活塞(4)的凸缘(4a)下表面与导筒(3)的顶部贴合，即将第四次填入的湿土(6)压实至所需的压实度，即完成试样的压制。·
【文档编号】G01N1/28GK103712842SQ201410009317
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2014年1月9日 优先权日:2014年1月9日
【发明者】罗强, 孟伟超, 张良, 蒋良潍, 付铭川, 阮红风, 熊勇, 卢良青, 侯振斌, 陈坚 申请人:西南交通大学