[发明专利]空心圆柱重塑土样双向压样装置及方法

权利要求书

1.空心圆柱重塑土样双向压样装置，包括底座(2)与上部固定平台(1)，其特征在于，所述底座(2)与上部固定平台(1)之间由反力架(3)连接，所述上部固定平台(1)的中心处设置有竖直向下的上电动推杆(5)，所述底座(2)的中心处设置有竖直向上的下电动推杆(6)，所述上电动推杆(5)与下电动推杆(6)上下正对，所述上部固定平台(1)上设置有上电动推杆适配器(7)、上电动推杆开关与速度控制器(8)、上部24V直流电机(11)，所述上电动推杆开关与速度控制器(8)用于控制上电动推杆(5)的启停与快慢，所述上电动推杆适配器(7)用于匹配上电动推杆(5)的直流电机(11)的电压，所述上部24V直流电机(11)为上电动推杆(5)提供下行动力，所述底座(2)上设置有下电动推杆适配器(9)、下电动推杆开关与速度控制器(10)、下部24V直流电机(12)，所述下电动推杆开关与速度控制器(10)用于控制下电动推杆(6)的启停与快慢，所述下电动推杆适配器(9)用于匹配下电动推杆(6)的直流电机(12)的电压，所述下部24V直流电机(12)为下电动推杆(6)提供上行动力，所述上部固定平台(1)与底座(2)之间设置有不锈钢制样外筒(4)，所述不锈钢制样外筒(4)由反力架(3)上所设置的支撑架(13)固定，支撑架通过抱紧环固定在反力架(3)上，所述支撑架(13)的上下设置有钢制垫块(14)，进一步加强不锈钢制样外筒(4)的强度，所述不锈钢制样外筒(4)上部设置有上限位压样模具(15)，所述不锈钢制样外筒(4)下部设置有下限位压样模具(18)，所述不锈钢制样外筒(4)内部设置有不锈钢制样内筒(17)，所述下限位压样模具(18)的中心处设置有螺杆(19)，所述不锈钢制样内筒(17)的下方中心处设置有与螺杆(19)相匹配的螺孔，所述不锈钢制样内筒(17)可固定在下限位压样模具(18)上。

2.根据权利要求1所述的空心圆柱重塑土样双向压样装置，其特征在于，所述上限位压样模具(15)的顶部设置有大于上限位压样模具(15)外径的限位顶环，所述下限位压样模具(18)的底部设置有大于下限位压样模具(18)外径的限位底环，所述上限位压样模具(15)上设置有排气孔(16)。

3.根据权利要求1所述的空心圆柱重塑土样双向压样装置，其特征在于，所述上电动推杆(5)、下电动推杆(6)、不锈钢制样外筒(4)、上限位压样模具(15)、下限位压样模具(18)的几何中心位于同一竖直线上。

4.根据权利要求1所述的空心圆柱重塑土样双向压样装置，其特征在于，所述装置还包括土样脱模模具(20)，所述土样脱模模具(20)由空心圆柱体与底部圆柱组成。

5.根据权利要求1所述的空心圆柱重塑土样双向压样装置，其特征在于，所述装置还包括上部空心土样保护环(21)，所述上部空心土样保护环(21)的内径与上限位压样模具(15)的内径尺寸相同，上部空心土样保护环(21)的外径与上限位压样模具(15)的外径尺寸也相同。

6.根据权利要求1所述的空心圆柱重塑土样双向压样装置，其特征在于，所述上限位压样模具(15)的尺寸为：外径99.8mm，内径60.2mm，内深200mm，下限位压样模具(18)的尺寸为：直径99.8mm和高度100mm。

7.根据权利要求1所述的空心圆柱重塑土样双向压样装置，其特征在于，所述不锈钢制样外筒(4)内土样与上限位压样模具(15)、下限位压样模具(18)之间均设置有环形滤纸。

8.根据权利要求1所述的空心圆柱重塑土样双向压样装置，其特征在于，所述上电动推杆开关速度控制器(8)与下电动推杆开关与速度控制器(10)可调节上电动推杆(5)与下电动推杆(6)的推动速度，速度的控制范围为：0.5mm-3mm/s之间。

9.根据权利要求1所述的空心圆柱重塑土样双向压样装置，其特征在于，所述不锈钢制样外筒(4)内壁和内筒外壁在磨床上进行磨光处理。

10.空心圆柱重塑土样双向压样方法，采用权利要求1所述的空心圆柱重塑土样双向压样装置，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将塑限含水率附近的黏土或粉土过1mm的筛子或干燥后进行粉碎处理，消除土壤的初始各向异性；

(2)使用烘干法测量土壤的含水率ω，之后根据ρ_d＝m/(V+Vω)根据所需要的干密度和含水率计算需要填装重塑土的质量m，其中，ρ_d是标准土样的干密度，m是土样的总质量，V是土样总体积；

(3)将不锈钢制样内筒(17)固定在下限位压样模具(18)上，调整下电动推杆(6)使下限位压样模具(直径99.8mm，高度100mm，)的顶部刚好进入不锈钢制样外筒(4)的下沿口，在下限位压样模具(18)进入不锈钢制样外筒(4)前，在下限位压样模具(18)顶部放置外径100mm内径60mm的标准环形滤纸；

(4)将质量为m的土样一次性装入不锈钢制样外筒(4)与内筒(17)所形成的外径100mm、内径60mm和高度400mm的环状成样筒中，根据实际情况，若在一次性填装不完时，可以使用细铁丝进行轻微密实，直到装平至不锈钢制样外筒(4)上沿口；

(5)装完重塑土后在其上表面放置外径100mm内径60mm的标准环形滤纸，然后将上限位压样模具(15)(外径99.8mm，内径60.2mm和内深200mm)放置在上面；

(6)调整上电动推杆(5)，使其与上限位压样模具(15)刚好接触，调整直流电机的开关与速度控制器(8)和(10)，使得电动推杆(5)和(6)的空载速率在0.5mm/s，并标记好此速度对应旋钮的位置，通过开关与速度控制器(8)和(10)，其中开关也可以使用无线遥控开关，使上下电动推杆同时推动上下限位压样模具(15)和(18)完全卡在标准成样筒的上下沿口处，电机负荷突然增大，电机停止工作，使土样固结30分钟；

(7)调整上电动推杆(5)使其回到原始状态，取下上限位压样模具(15)，将上部空心土样保护环(21)轻放入不锈钢制样外筒(4)上部已经压制好的环形空间内，再调整上电动推杆(5)，使其向下与不锈钢制样内筒(17)接触后停止上电动推杆(5)，使其形成向下压住不锈钢制样内筒(17)使其不可以向上移动；

(8)调整下电动推杆(6)，将下限位压样模具(18)拧下，将外径99.8mm，内径60.2mm和高度410mm抛光土样脱模模具(20)从下部放入不锈钢制样外筒(4)与内筒(17)之间的环形空间中，然后调整下电动推杆(6)使其和土样脱模模具(20)接触并一起向上运动，下电动推杆(6)的速度控制在0.5mm/s从环形标准成样筒中推出空心土样，土样被全部推出不锈钢制样外筒(4)时停止下电动推杆(6)，取出土样，恢复设备至初始状态即可制备下一个土样，标准土样密度均匀，干扰极小。