一种根-土复合体三轴试验制样装置及制样方法

本发明涉及生态岩土试验，尤其涉及一种根-土复合体三轴试验制样装置及制样方法。

背景技术：

1、根-土复合体土样的制备主要采用常规均质土体的制备方式进行制备，而其中，对于根-土复合体的特殊性所采用的方法主要有：先制作素土试样，再用铁丝在土样中穿孔，将根插入孔中，在试样两端补上土，再次击实土样；或制作带孔洞的击实板，根通过孔洞插入土样，按照素土实验制作方法，分层击实根和土样；又或者直接将根和土放入样盒，两端击实；亦或者将三瓣模平放，手工将土和根分层摆入样盒，按实试样后，将试样立放，两端击实试样。

2、然而，通过现有对于根-土复合体土样的制备方式所获得的样本根土界面难以紧密粘接，并且无法避免土样分层，试验中容易导致土样土体松软，导致样本空间分布不均匀，影响了实验成功率和测试精度。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决相关技术中存在的问题之一。为此，本发明提出一种根-土复合体三轴试验制样装置，能够有效实现将试验土样径向固结至设定体积，提高固结后的样品空间分布的均匀程度，避免了土样分层出现软弱结构面的现象，以提高实验成功率和测试精度。

2、本发明还提供一种根-土复合体三轴试验制样方法。

3、根据本发明第一方面实施例提供的根-土复合体三轴试验制样装置，包括：

4、安装架；

5、样本装载件，安装于所述安装架，所述样本装载件包括限位套筒和橡胶件，所述限位套筒形成有装载空腔，所述限位套筒的侧壁设置有进口接头，所述进口接头与所述装载空腔连通；所述橡胶件嵌套于所述限位套筒的内壁，且所述橡胶件的第一端固定于所述限位套筒的上端，所述橡胶件的第二端固定于限位套筒的下端；

6、限位件，安装于所述安装架，所述限位套筒的第一端形成有开口，所述开口与所述装载空腔连通，所述限位件适于与所述开口的壁面密封抵接；

7、施压件，所述施压件的出口与所述进口接头连通，所述施压件用于向所述装载空腔通入设定压力的气体。

8、根据本发明实施例提供的一种根-土复合体三轴试验制样装置，所述施压件包括压力泵和进气管，所述进气管的一端与所述进口接头连接，所述进气管的另一端与所述压力泵连接，所述压力泵适于向所述装载空腔填充设定压力的气体。

9、根据本发明实施例提供的一种根-土复合体三轴试验制样装置，所述样本装载件还包括：

10、防护件，设于所述限位套筒的侧壁与所述橡胶件之间。

11、根据本发明实施例提供的一种根-土复合体三轴试验制样装置，所述防护件包括第一橡胶圈和第二橡胶圈，所述第一橡胶圈设置于所述限位套筒的上端端面与所述橡胶件的第一端之间，所述第二橡胶圈设置于所述限位套筒的下端端面与所述橡胶件的第二端之间。

12、根据本发明实施例提供的一种根-土复合体三轴试验制样装置，所述安装架包括固定座、支撑柱和安装板，所述固定座与所述支撑柱的下端固定连接，所述安装板与所述支撑柱的上端固定连接；所述固定座设有安装槽，所述限位套筒的下端设置于所述安装槽。

13、根据本发明实施例提供的一种根-土复合体三轴试验制样装置，所述安装槽设置有过滤件，所述固定座设有出水管，所述出水管与所述安装槽连通。

14、根据本发明实施例提供的一种根-土复合体三轴试验制样装置，所述限位件包括：

15、丝杆，所述安装板设有通孔，所述丝杆可活动地穿设于所述通孔；

16、传压板，所述传压板设于所述丝杆的第一端，且所述传压板适于与所述开口的壁面密封抵接；

17、驱动件，所述驱动件与所述丝杆的第二端连接，所述驱动件用于驱动所述丝杆和所述传压板靠近或远离所述开口。

18、根据本发明实施例提供的一种根-土复合体三轴试验制样装置，所述限位件还包括承导块，所述承导块固定设置于所述安装板朝向所述固定座的一侧，所述承导块设置有限位孔，所述限位孔沿所述丝杆的长度方向延伸，所述限位孔与所述通孔连通，所述丝杆穿设于所述限位孔。

19、根据本发明第二方面实施例提供的一种根-土复合体三轴试验制样方法，所述根-土复合体三轴试验制样方法基于上述任意一项所述的根-土复合体三轴试验制样装置，所述根-土复合体三轴试验制样方法包括以下步骤：

20、将橡胶件嵌套于限位套筒的内壁，并将所述橡胶件的第一端固定于所述限位套筒的上端，将所述橡胶件的第二端固定于所述限位套筒的下端，以组装样本装载件；

21、将组装后的样本装载件安装于安装架，并将试验土样装载于所述限位套筒的装载空腔；

22、将限位件密封抵接于所述限位套筒的开口，以对所述样本装载件中的所述试验土样进行法向限位；

23、将施压件的出口与所述限位套筒的进口接头连通，通过施压件向所述装载空腔通入设定压力的气体，以对所述样本装载件中的试验土样施加侧向载荷。

24、根据本发明实施例提供的一种根-土复合体三轴试验制样方法，所述将施压件的出口与所述限位套筒的进口接头连通，通过施压件向所述装载空腔通入设定压力的气体，以对所述样本装载件中的试验土样施加侧向载荷的步骤，包括：

25、将压力泵通过进气管连通所述限位套筒的进口接头，并通过所述压力泵向所述装载空腔注入设定压力的气体，以对所述样本装载件中的试验土样施加侧向载荷；

26、连续多次获取试验土样变形稳定后所述压力泵的压力表示数，并将多个所述压力表示数之间进行对比；

27、在确定多个所述压力表示数相等时，将压力泵所输入的气体压力逐级增加，以制得设定直径的样本柱。

28、本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

29、根据本发明实施例提供的根-土复合体三轴试验制样装置，通过将橡胶件嵌套于限位套筒的内壁，并且将橡胶件的第一端固定于限位套筒的上端，橡胶件的第二端固定于限位套筒的下端，从而完成对样本装载件的组装。

30、在将样本装载件安装至安装架，并将试验土样装载至装载空腔后，通过将限位件密封抵接于开口的壁面，同时施压件通过进口接头将设定压力的气体通入装载空腔中，并将气体均匀填充至橡胶件与限位套筒的内壁之间，从而通过设定压力的气体对橡胶件施加侧向载荷，使得橡胶件发生均匀的弹性形变。通过橡胶件形变对装载空腔中的试验土样施加侧向载荷，从而均匀挤压试验土样，以对试验土样进行均匀击实，使得试验土样的根土接触紧密；同时利用限位件对试验土样进行法向限位，实现限制试验土样的土体高度变形。

31、进而通过施压件对装载空腔中的试验土样施加侧向载荷，通过限位件限制试验土样的土体高度变形，同时利用气体压力连续均匀的特点，对试验土样进行均匀击实，实现将试验土样径向固结至设定体积，提高固结后的样品空间分布的均匀程度，避免了土样分层出现软弱结构面的现象，以提高实验成功率和测试精度。

32、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种根-土复合体三轴试验制样装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的根-土复合体三轴试验制样装置，其特征在于，所述施压件包括压力泵和进气管，所述进气管的一端与所述进口接头连接，所述进气管的另一端与所述压力泵连接，所述压力泵适于向所述装载空腔填充设定压力的气体。

3.根据权利要求1所述的根-土复合体三轴试验制样装置，其特征在于，所述样本装载件还包括：

4.根据权利要求3所述的根-土复合体三轴试验制样装置，其特征在于，所述防护件包括第一橡胶圈和第二橡胶圈，所述第一橡胶圈设置于所述限位套筒的上端端面与所述橡胶件的第一端之间，所述第二橡胶圈设置于所述限位套筒的下端端面与所述橡胶件的第二端之间。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的根-土复合体三轴试验制样装置，其特征在于，所述安装架包括固定座、支撑柱和安装板，所述固定座与所述支撑柱的下端固定连接，所述安装板与所述支撑柱的上端固定连接；所述固定座设有安装槽，所述限位套筒的下端设置于所述安装槽。

6.根据权利要求5所述的根-土复合体三轴试验制样装置，其特征在于，所述安装槽设置有过滤件，所述固定座设有出水管，所述出水管与所述安装槽连通。

7.根据权利要求5所述的根-土复合体三轴试验制样装置，其特征在于，所述限位件包括：

8.根据权利要求7所述的根-土复合体三轴试验制样装置，其特征在于，所述限位件还包括承导块，所述承导块固定设置于所述安装板朝向所述固定座的一侧，所述承导块设置有限位孔，所述限位孔沿所述丝杆的长度方向延伸，所述限位孔与所述通孔连通，所述丝杆穿设于所述限位孔。

9.一种根-土复合体三轴试验制样方法，所述根-土复合体三轴试验制样方法基于权利要求1至8中任意一项所述的根-土复合体三轴试验制样装置，其特征在于，所述根-土复合体三轴试验制样方法包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的根-土复合体三轴试验制样方法，其特征在于，所述将施压件的出口与所述限位套筒的进口接头连通，通过施压件向所述装载空腔通入设定压力的气体，以对所述样本装载件中的试验土样施加侧向载荷的步骤，包括：

技术总结
本发明涉及生态岩土试验技术领域，提出一种根‑土复合体三轴试验制样装置及制样方法。根‑土复合体三轴试验制样装置包括安装架、样本装载件、限位件和施压件，样本装载件和限位件均安装于安装架。样本装载件包括限位套筒和橡胶件，限位套筒形成有装载空腔，限位套筒的侧壁设置有进口接头，进口接头与装载空腔连通。橡胶件嵌套于限位套筒的内壁。限位套筒的第一端形成有开口，开口与装载空腔连通，限位件适于与开口的壁面密封抵接。施压件的出口与进口接头连通。根‑土复合体三轴试验制样装置能够有效实现将试验土样径向固结至设定体积，提高固结后的样品空间分布的均匀程度，避免了土样分层出现软弱结构面的现象，以提高实验成功率和测试精度。

技术研发人员：王云琦,祁子寒,李通,闫相君,郑培龙
受保护的技术使用者：北京林业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25