[发明专利]空心圆柱重塑土样双向压样装置及方法

说明书

本发明公开了空心圆柱重塑土样双向压样装置及方法，包括底座与上部固定平台，底座和上部平台均设置有电动推杆、电源适配器、24V直流电机和开关与速度控制器。底座与上部平台之间设置有制样外筒由反力架上设置的支撑架固定，支撑架的上下设置有钢制垫块，制样外筒上下部均设置有环形压样模具。制样外筒内部设置有制样内筒，下限位压样模具的中心处设置有螺杆，制样内筒的下方中心处设置有与螺杆相匹配的螺孔，制样内筒可固定于下限位压样模具上。电动推杆、制样筒和压样模具的中心在一直线上。该装置可实现对土样的上下面同时进行压实，降低了制样筒与土样之间的摩擦，可以压制出结构相同、密度均匀和脱模损失最小的标准空心圆柱重塑土样。

技术领域

本发明涉及土工试验技术领域，具体涉及空心圆柱重塑土样双向压样装置。

背景技术

本世纪以来，我国在基础设施建设领域迈入了一个全新的时代，既有闻名世界的白鹤滩水电站、中国高速铁路网和港珠澳大桥等超大建筑规模、空前施工难度和顶尖建造技术的大型工程，也有城市建设中各种复杂地质条件下的超大型深基坑开挖等基础工程。不论是高难度技术的水利或交通工程还是错综复杂的地下空间工程都离不开岩土体作为基础，都必须建立在牢固的地基上，才可以保证其安全运行，这就是所谓的基础不牢地动山摇的道理。地基基础的受力特性与极限强度是评价这些工程安全稳定的基本条件，只有把地基基础的问题处理妥当，才能建造出各种安全稳定的基础设施。要研究各种地基的强度和稳定性，必须对岩土体进行室内外试验研究。而室内测试岩土在地震荷载、交通荷载、波浪荷载和基坑开挖作用下的力学性质的岩土仪器主要是《空心圆柱扭剪仪》。目前能开展此类试验最常用的大型仪器基本是GDS、GCTS和诚岩社等少数国外品牌，试验前均需制备空心圆柱试样，但是仪器本身配备的制样工具往往效果较差，最大的问题是不能很好的控制空心圆柱重塑土样密度的均匀性，更适合制备原状黏土空心圆柱土样。根据国家土工试验规程，制备重塑土样需要严格控制其密度，以保证平行试验数据的重复性及有效性的要求。如何制备符合试验要求的空心圆柱重塑土样，在不考虑土体各向异性和结构性对土的力学性质的影响下，单纯制备高质量的空心圆柱重塑土样，为室内实验较好的模拟土体在地震荷载、交通荷载、波浪荷载和基坑开挖等复杂应力路径条件下的力学行为的研究提供了可能。目前国内外针对空心圆柱重塑土样制作的实验装置少之又少，实际操作中即使能制作出空心圆柱重塑土样，其性能也不能保证试样密度均匀这一要点。所以，如何能研制一种空心圆柱重塑土样压样装置来解决制备空心圆柱土样的问题，是目前高级土工试验中一项亟待解决的问题。本文就如何制备满足空心圆柱仪类仪器所需的高精度空心圆柱重塑土样进行了制样工具的设计，更好的解决了试验中空心圆柱土样结构统一和密度均匀的问题。

传统空心圆柱重塑土样的制备方法主要采用在击实仪中分层填土压出一个圆柱体，然后将内筒部分进行钻孔等方法进行掏空，这类方法主要存在两三问题：(1)各层土的实际击实能量差异较大，下层土往往更密实，在精确控制土样密度均匀性方面有着较大的不足。(2)每击实一层就需要刮毛处理，刮毛的深度和粗细的不均匀会引起层间衔接不良，由于击实能量不同，仍然出现层与层间的密度不同。(3)对于偏砂类实心圆柱体进行掏空操作时容易出现掉块等损伤土样的问题。

发明内容

本发明解决了现有技术存在的如何制备符合试验要求的空心圆柱土样，特别是在不考虑土体各向异性和结构性对土的力学性质的影响下，单纯的制备高质量的空心圆柱重塑土样，为实验室模拟土体在复杂应力路径条件下的受力状态、开展相关的性状研究提供可能，就成为当前亟待解决的棘手问题，目前国内外针对空心圆柱重塑土样制作的实验装置少之又少，实际操作中即使能制备出空心圆柱重塑土样，其性能也不能保证密度均匀这一要点。所以如何能研制一种空心圆柱重塑土样压样装置来解决制备空心圆柱土样的问题，是目前土工试验中急需解决的问题，本发明提供了空心圆柱重塑土样双向压样装置及方法，其应用时通过所设计的特殊结构的空心圆柱重塑土样双向压样装置，通过上下限位压样模具的配合形成一个封闭的环状空间，将空间内填满的松散土样经过上下方双向等速率的压实，可以得到结构相同和密度均匀的空心土样，以满足土工试验的需求。

本发明通过以下技术方案实现：