[发明专利]一种标准重塑土样双向压样装置及方法

权利要求书

1.一种标准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)上部24V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)下部24V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，所述反力架(3)的中间部位设置有与上部固定平台(1)平行的制样筒固定平台(15)，所述制样筒固定平台(15)上固定装有不锈钢制样筒(4)，所述不锈钢制样筒(4)的上部设置有上限位梯形堵头(14)，所述不锈钢制样筒(4)的下部设置有下限位梯形堵头(16)；

所述不锈钢制样筒(4)由上套筒(41)与下套筒(42)组合而成，所述下套筒(42)的外径大于上套筒(41)的外径，所述上套筒(41)与下套筒(42)设置有相同的内径，所述上套筒(41)的下部设置有螺纹(43)，所述制样筒固定平台(15)上开有与上套筒(41)外径相同的圆孔，所述不锈钢制样筒(4)的上套筒(41)由制样筒固定平台(15)的下方穿过制样筒固定平台(15)上的圆孔，之后不锈钢制样筒(4)的上套筒(41)由与螺纹(43)相匹配的螺母(13)紧固在制样筒固定平台(15)上；

所述上电动推杆(5)、下电动推杆(6)、不锈钢制样筒(4)、上限位梯形堵头(14)、下限位梯形堵头(16)的几何中心位于同一竖直线上；

所述不锈钢制样筒(4)内土样与上限位梯形堵头(14)、下限位梯形堵头(16)之间均设置有滤纸，滤纸的直径为：50mm；

所述上限位梯形堵头(14)、下限位梯形堵头(16)由实心圆柱形底座和圆柱体组成，所述圆柱形底座的直径大于圆柱体的直径3mm，圆柱体的直径为49.8mm，长度为50mm；所述不锈钢制样筒的高度为200mm；

所述上电动推杆开关与速度控制器(8)和下电动推杆开关与速度控制器(10)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。

2.根据权利要求1所述的一种标准重塑土样双向压样装置，其特征在于，所述不锈钢制样筒(4)内壁在磨床上进行磨光处理。

3.一种标准重塑土样双向压样方法，采用权利要求1所述的一种标准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，之后根据公式ρ_d＝m/(V+Vω)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)调整下电动推杆(6)使下限位梯形堵头(16)的顶部刚好进入不锈钢制样筒(4)中，在进入不锈钢制样筒(4)中时，在下限位梯形堵头(16)顶部放置直径50mm的滤纸；

(4)将称重质量为m的土样一次性装入直径50mm和高度200mm的不锈钢制样筒(4)中，估算填土的初始体积与不锈钢制样筒(4)的容积的差值，根据实际情况在一次性填装不完时，使用细铁丝进行轻微密实，直到装平至不锈钢制样筒(4)上沿口；

(5)装完重塑土后在其上表面放置直径50mm滤纸，然后将上限位梯形堵头(14)放置在上面；

(6)调整上电动推杆(5)，使其和上限位梯形堵头(14)刚好接触，调整上电动推杆开关与速度控制器(8)和下电动推杆开关与速度控制器(10)，使得压缩土样前上电动推杆(5)和下电动推杆(6)的空载速率为0.5mm/s，并标记此速度对应开关与速度控制器旋钮的位置；

(7)上电动推杆(5)和下电动推杆(6)以相同的速度推动上限位梯形堵头和下限位梯形堵头，直到完全卡在不锈钢制样筒(4)沿口处，电机负荷突然增大，电机自动停止工作，使土样固结30分钟；

(8)调整上电动推杆(5)使其回到原始状态，取下上限位梯形堵头(14)，调整下电动推杆，取下下限位梯形堵头(16)，将直径49.8mm和高度50mm的抛光圆柱体从下部放入不锈钢制样筒(4)中，然后调整下电动推杆(6)使其和圆柱体接触并一起向上运动，下电动推杆(6)的速度控制在0.5mm/s，从不锈钢制样筒(4)中推出土样，看见土样底部时停止下电动推杆(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。