[发明专利]一种可利用外接气泵制取高岭土三轴试样的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高岭土三轴试样的制备装置，尤其涉及一种可利用外接气泵制取高岭土三轴试样的装置及方法，该装置可用于便携式的气泵加载与较低成本的加工，可用于高岭土三轴剪切、动力循环等试验的制样制备。

背景技术

高岭土是一种常见的黏土矿物，由于其渗透性较好、容易标准化，故广泛应用于土工模型试验、土工离心机试验中，主要为模拟城市基坑、隧道、海洋桩基、海底管道等所在的黏土地层。其力学参数常用室内三轴试验标定。高岭土由泥浆到成样的过程需要成样装置，其原理类似重塑黏土的固结装置。经过文献调研，发现已有专利主要集中于一般黏土的重塑土制样，如冷艳秋等(2015)，钱财富等(2014)，张先伟和孔令伟(2012)，等等。这些重塑土样制备装置有的用砝码加载，有的尺寸较小不能使土颗粒充分流动沉淀，因此不适合于高岭土三轴试样的制备。另外，国外同行有专门的气压加载制备高岭土三轴试样的装置，如WangY.H.&Siu W.K.(2006)，其装置材料用到精加工的不锈钢，使得装置成本很高，不适用于国内实验室。本发明旨在基于国外制备高岭土三轴试样的原理基础上，通过改造内部结构与材料，大大降低高岭土三轴试样制备装置的成本，同时填补国内相关技术的空白。

发明内容

本发明要解决的技术问题主要包括以下几点：1)现在国内常用的高岭土三轴制样装置，其加载源主要为砝码，这种加载方式无法实现加载数值的连续变化，可能会降低成样的质量。同时砝码十分笨重，导致制样装置的可移动性降低。另外，砝码加载不能用于小直径的制样装置(目前主流三轴试样的直径是38毫米，砝码无法加载)，而且其自身重量产生的荷载十分有限；2)国外采用的高岭土三轴制样装置十分昂贵，其采用的高精度加工以及简洁的内部构造使成本大大提高。

本发明的可利用外接气泵制取高岭土三轴试样的装置，包括气压控制装置和固结成样装置；

所述的气压控制装置包括外接气压控制阀、气缸、活塞杆，其中，活塞杆的上端头设有带暗槽的活塞板，活塞板上开有引流孔，活塞板暗槽内设置有一片透水石；控制阀用于控制装置内气压加载与卸载；

所述的固结成样装置由透明的有机玻璃圆筒外罩、固结筒上盖板、固结筒底座三部分组成，活塞杆贯穿固结筒底座同轴设于有机玻璃圆筒外罩内，有机玻璃圆筒外罩与固结筒上盖板、活塞板、固结筒底座各通过一个橡胶密封圈密封；固结筒上盖板上开有通孔连接引流管，固结筒上盖板下设置有一片透水石，在固结筒底座上开有下引流孔用于外接导管排出土体固结产生的自由水，固结筒上盖板、固结筒底座之间通过若干根均布的刚性螺杆紧固，固结筒底座与气缸的外壳之间通过固结筒气缸过渡板固定连接。

在所述的活塞杆与活塞板之间、活塞杆与气压控制装置之间、外接气压控制阀与气缸之间、过渡板与固结筒底座及气压控制装置之间均采用防水连接。

所述的控制阀具体结构为：在阀体上开有由一路转为上下两路的通孔，从而形成上下两路进气通道，在通孔内设置有滑块，在阀体上设有活动扳手，活动扳手与滑块相连用于控制滑块移动以实现对进气通道的开启与关闭，进气通道的进气孔外接气泵，活塞杆的下端头将气缸隔为上下两腔体，上进气通道的出口与气缸下腔体相连通，下进气通道的出口与气缸上腔体相连通，在进气通道的尚未分支处开有通孔通向大气。当滑块移动至下进气通道中将该通道封堵，外接气压将从上进气通道进入气缸下腔体，此时通入的气体使气筒内下部分的气压上升，推动活塞杆上升；反之，当滑块将上进气通道堵塞，则气体从下进气通道进入气缸上腔体，从而增大其内气压，使活塞杆下移。当扳手处于中间档，即滑块处于进气通道分叉处将上下两个进气通道都封堵时，气体只能从与大气连通的通孔处流出，此时活塞杆保持静止。

所述活塞杆的长度大于有机玻璃圆筒外罩的高度。

向外接气压控制装置施加荷载的气压源为挂壁式正负压装置或可移动气泵。

应用上述的装置制取高岭土三轴试样的方法，包括如下步骤：首先连接好外接气压，通气，检查外部管子的气密性，检查无误后将有机玻璃圆筒外罩放到固结筒底座的暗槽上，暗槽上放有橡皮密封圈；