一种可控密度快速制土样器的制作方法

本实用新型涉及建筑设备技术领域，尤其涉及一种可控密度快速制土样器。

背景技术：

土样是土工实验中抗剪强度实验、固结实验的实验对像，对于实验室来讲，除了开展研究需要制取土样外，本科生的抗剪强度实验、固结实验均需要粘性土土样(具有一定密度的圆柱形粘土饼，高约3-4cm)，所以实验室开展实验需要大量的土样，对于一个标准班，按3人一组，需要20个土饼(抗剪和固结)，然后制作环刀样。在一个有土木专业工科高校，每年本科生完成实验需要约300个土样。

目前制样方法采用轻型击实仪，在击实筒中放入500克粘性土样，然后进行25次击实，脱模后制定试样土样模坯，通过切削制作成环刀样，供土力学相关实验使用。

采用轻型击实仪制样时，必须使用老式击实仪，老式击实仪击实锤是一直径为10cm的锤，与击实筒内径相当，击实后的土样为直径10cm，高度约为3-4cm的一个圆柱体。但经过多年的使用，目前老式击实仪已经基本全部损坏。采用新式击实仪时，击实锤的直径5cm，依靠不断移动击平土样，但由于是人工操作的，造成土样模坯表面凸凹不平，不利于后期环刀样的制取。

目前采用手动制作土样模饼较多，采用人工手动击实土样，劳动强度较大，根据目前制作的经验，2个小时最多抽取30个土样模饼，且人工工作量大，容易疲劳，整体效率低。

即使采用电动击实仪，效率可以提高，但制作的土样仍然无法克服凹凸不平问题，且由于土样各部分没有均匀受力，造成土样模饼局部受力不均，力学性质也不均匀，势必对实验结果造成影响。

采用击实仪另一个缺点是不能制取指定密度的土样，各种土的工作性状不同，在同样击实功能作用下，击实后的体积有差异，因此制取土样的密度不能控制，对于研究性实验，不能开展指定密实度下土的压缩性能和抗剪性能。

综上所述，目前在制作土饼时主要有以下缺点：

(1)制作土样效率低，劳动强度大。目前常用轻型击实仪作为制土饼模具，称取500克土进行击实，人工提高击实锤至30.5cm，反复击实25次，在击实过程中需要不停的移动击实锤在击实筒的位置，尽量使击实后的土样表面平整，然后脱模成为土试样饼，作为固结和直剪仪的土样。此法制作土试样时，制作者劳动强度大，效率低，每2小时仅能制作30个。

(2)采用轻型击实仪制作土样模饼时，由于击实锤直径没有击实筒大，靠人工移动来找平，即哪里位置高击实哪个位置，制作的土样模饼表面凸凹不平，不利于后期切取试样。

(3)无法控制土样的密度。当把此土试样饼用作科学研究时，利如直剪试验要求一组4个土样，4个土样要求有近似的密度，采用传统方法控制密度时效果差，每个土样的密度相差较大。

(4)试样均匀性差。采用较小击实锤制样时，由于不能保证单位面积上的击实功是均匀的，因此土样各个部位的密度存在差异，对科学研究结果有一定的影响。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种可控密度快速制土样器，降低了工人劳动强度，提高了制样效率，试样密度可控，均匀性好。

为实现上述目的，本实用新型提供一种可控密度快速制土样器，包括具有电镐、电钻、电锤三种功能的冲击钻，冲击钻的上端横向延伸有后手柄，后手柄上设有开机开关，冲击钻的下部设有切换三种功能的转换开关和位于转换开关下方的横向的前手柄，冲击钻的下端设有夹具，夹具连接有可拆卸的电镐杆，电镐杆的下端连接有垂直电镐杆的振样板，冲击钻上安装有可上下调节的卡尺，卡尺的下端设有垂直卡尺的标识板；还包括制样筒，制样筒包括底座、设于底座上方的击实筒、设于击实筒上方的筒帽以及设于底座上方且位于击实筒和筒帽外围的固定杆，固定杆的上端穿过筒帽外围的固定板并通过固定螺母锁定。

作为本实用新型的进一步改进，所述制样筒为轻型制样筒，筒内径为10cm，击实筒高12.7cm，筒帽高5cm。

作为本实用新型的进一步改进，所述振样板采用直径为9.8cm，厚度为1cm的不锈钢板，振样板与电镐杆的下端的焊接连接(需要采用不锈钢专用焊条)。

作为本实用新型的进一步改进，所述卡尺采用电镐自带20cm长六棱刻度尺，前端磨平并与标识板焊接连接。

作为本实用新型的更进一步改进，所述标识板为矩形板，长10cm，宽2cm，厚0.7cm，其包括位于上部的0.5cm厚的铁制板、及位于下部的0.2cm厚的橡胶板，铁制板与卡尺焊接连接，橡胶板尺寸与铁制板尺寸相同，橡胶板采用502胶水与铁制板粘接。

作为本实用新型的进一步改进，所述冲击钻的型号为Z1A2-26SE，其采用220V交流电，输出功率为800W，单次最大冲击力为3J。

与现有技术相比，本实用新型的可控密度快速制土样器的有益效果如下：

(1)大大降低工人劳动强度。采用电镐作为动力，电镐重量轻，便于人工操作，代替人工反复提锤下落制作土样，可以大大降低人工提锤夯实劳动强度。

(2)提高了制样效率。采用电动振密土样，电镐振动速度快，人工制作土试样饼时间约1分20秒，而采用振动法时仅需要15秒。平均效率采用人工击实法制样时约为2小时30个样，而采用振动法时2个人2小时可以制作120个样。

(3)试样密度可控，均匀性好。采用直径与试样筒一致的圆形振动板密实，试样一次成型，在土样上击实功相同，则土样均匀性好，表面也平整。

通过以下的描述并结合附图，本实用新型将变得更加清晰，这些附图用于解释本实用新型的实施例。

附图说明

图1为冲击钻的示意图。

图2为制样筒的示意图。

图3为标识板的示意图。

其中，冲击钻1，后手柄2，开机开关3，转换开关4，前手柄5，夹具6，电镐杆7，振样板8，卡尺9，标识板10，铁制板10a，橡胶板10b，制样筒11，底座11a，击实筒11b，筒帽11c，固定杆11d，固定板11e，固定螺母11f。

具体实施方式

现在参考附图描述本实用新型的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。

请参考图1-3，所述的可控密度快速制土样器包括具有电镐、电钻、电锤三种功能的冲击钻1，冲击钻1的上端横向延伸有后手柄2，后手柄2上设有开机开关3，冲击钻1的下部设有切换三种功能的转换开关4和位于转换开关4下方的横向的前手柄5，冲击钻1的下端设有夹具6，夹具6连接有可拆卸的电镐杆7，电镐杆7的下端连接有垂直电镐杆7的振样板8。冲击钻1上安装有可上下调节的卡尺9，卡尺9的下端设有垂直卡尺9的标识板10；还包括制样筒11，制样筒11包括底座11a、设于底座11a上方的击实筒11b、设于击实筒11b上方的筒帽11c以及设于底座11a上方且位于击实筒11b和筒帽11c外围的固定杆11d，固定杆11d的上端穿过筒帽11c外围的固定板11e并通过固定螺母11f锁定。

所述冲击钻1的型号为Z1A2-26SE，采用手持工作，其采用220V交流电，输出功率为800W，单次最大冲击力为3J，可以根据需要调整为电钻、电锤和电镐档，用于土样制作时，使用电镐档，冲击钻1带动振样板8作上下小幅振动，实现振密土样。所述振样板8采用直径为9.8cm，厚度为1cm的圆形不锈钢板，振样板8与电镐杆7的下端的焊接连接，具体是截去电镐头的前段2cm的头端部分，并磨平，把电镐磨平端头与圆形不锈钢板中心焊接起来，需要保证电镐头与圆形不锈钢板垂直，并焊接牢固。所述卡尺9采用电镐自带20cm长六棱刻度尺，前端磨平并与标识板焊接连接。所述标识板10为矩形板，长10cm，宽2cm，厚0.7cm，其包括位于上部的0.5cm厚的铁制板10a、及位于下部的0.2cm厚的橡胶10b，铁制板10a与卡尺9焊接连接，橡胶板10b尺寸与铁制板10a尺寸相同，橡胶板10b采用502胶水与铁制板10a粘接，粘贴橡胶板的目的是防止振动时标识板(铁制)与筒帽11c碰撞产生巨大噪音。量测标识板10与振样板8底面的距离H，则H-12.7cm即日土试样振密后的高度。所述制样筒11为轻型制样筒，筒内径为10cm，击实筒11b高12.7cm，筒帽11c高5cm。

土试样饼制作步骤与方法如下：

(1)制作学生固结实验用土试样饼

学生实验用土饼对密度控制没有要求，但要求试样高度为3-4cm，方便切取2cm的环刀样。操作步骤如下：

称取500g粘性土样，倒入击实筒11b中，用扫平器扫平表面。接通冲击钻1电源，开到电镐档位，把振样板8放入击实筒11b中，开动开机开关3，稍施加向下压力，冲击钻1带动振样板8作小幅的振动，由于振样板8来回振动，在击实筒11b内的松土在振动作用下密实，振样板8留振时间控制在15-25s，脱模后就成了土试样饼，可用于本科生的固结试验的环刀样切取。

(2)制作指定密度的土饼(对密度有要求)

以制取密度1.9g/cm³为例，称取500g粘性土样倒入击实筒中，用扫平器扫平表面。按击实筒11b内径为10cm计算击实后土样的高度，计算得高度应为3.35cm。调整卡尺9与标识板10的位置，使振样板8距击实筒11b底距离为3.35cm，开启电镐模式后振密试样，待标识板10位置到达击实筒11b边缘时，停止击实试样，脱模后成指定密度的试样。可用于本科生直剪试验环刀样切取。

(3)制作指定密度三轴试样

以制取密度1.9g/cm3为例，击实后土样高度要求为10cm，则共需要土样1492g。分三层击实，每次称取498g土样，振密后土样高度为3.33cm。然后按下面步骤进行制样，称取498g土样倒入击实筒11b，冲击钻1调至电镐档，把振样板8放入击实筒11b，调整击入卡尺9至3.34cm，开动冲击钻1，当达到刻度后停止振密，取出振样板8，用刮刀刮毛表面。第二次倒入498g土样，开动装置至刻度至6.67cm，振密完成后取出振样板8并用刮刀刮毛表面；第三次倒入497g土样，开动装置至刻度至10cm，振密完成后脱模完成试样制作。

可控密度快速制土样器的工作原理如下：

在制样筒11中放入疏松粘性土样后，轻轻扫平制样筒11中的土样，手持轻型多功能电镐三用冲击钻，把钻头上固定的振密板放入制样筒11，开通电镐功能，振样板8在电镐作用下上下小幅振动，手持时给冲击钻1一定的压力，土样在振动作用下完成密实成样，取代传统的击样法。

本实用新型的可控密度快速制土样器具有如下特点：

1)增加制饼效率，降低劳动强度。采用轻型电镐多功能机作用为动力代替人工，该机械重量3kg，质量轻，小巧，方便移动和手持工作，采用振动法制作土样模板，可以节省大量的提锤作业，大大降低人功劳动强度，同时采用该法制样时，同时2小时可以制作120个土饼，制作土样模饼的效率是传统的4倍，即大大提高了制样效率。且采用整体不锈钢板设计，一次成型，制作的所有土样模饼表面平整光滑，方便制作环刀样。解决了土工实验中制取土样速度慢、劳动量大的问题，该装置可以大大提高制样效率，同时降低了人工工作量。

2)可控密度快速制土样器还具有可扩展性。实验室还有许多需要不同直径的土样，如果该装置前面的振样板8改成直径为4.8cm的振样板，配合5cm直径的击实筒11b，可以制作直径为5cm的土样(根据要求可以制作不同高度土样)。

3)制作指定密度(或干密度)的土试样，即土试样密度可控性(或干密度可控性)。由于采用卡尺9加标识板10的设计，可以有效控制振样板8击入土样的深度，从而控制土样的高度与体积，从而制出规定密度的土样模饼，制作的土样密度均匀性好，同时也可以通过调整卡尺9，制作不同密度的土样，对于科学研究有重要意义。当标识板10到达击实筒11b套环的上边缘时，说明土样已经达到规定的体积，密度达到要求，就可以停止振动，土样模饼就是指定密度的土饼。当需要其它密度土样时，通过调整卡尺9的刻度值，就可以制作新密度的土样模饼。解决了土工实验中制取指定土样密度不可控问题，该装置可以制取指定密度或干密度的土样。

4)制作均匀性好的土样。采用与土饼一样的直径，则土样各个部位的振动功相同，土样均匀性好。解决了制土样饼表面凸凹不平问题，方便后期制作环刀样。

以上结合最佳实施例对本实用新型进行了描述，但本实用新型并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本实用新型的本质进行的修改、等效组合。