[发明专利]基于土体应力历史的双向压入式三轴试样制备装置及方法

说明书

本发明公开了基于土体应力历史的双向压入式三轴试样制备装置及方法。反力顶板位于底座正上方，反力顶板通过若干固定杆和底座固定连接，通过若干固定杆与反力顶板连接，底座和反力顶板均安装有相配适的垫板，底座顶面中心设有下垫板，下垫板顶面与下部升降头底面进行刚性连接，反力顶板底面中心设有上垫板，上垫板下表面与上部升降头进行刚性连接，下垫板和上垫板之间安装为液压系统和制样模具。本发明保证了土样的均匀性和上下表面的平整性，控制了土样的密实度，模拟了土样在地基中所受的竖向应力和应力历史，解决了三轴土样脱模易于失败的难题，装置结构简单，操作便捷，准确性和成功率高。

技术领域

本发明属于土木工程试验技术领域的土样的制备装置及方法，具体涉及一种基于土体应力历史的双向压入式三轴土样制备装置及方法。

背景技术

常规三轴试验作为岩土工程领域十分重要的测试手段，能够有效测定土的力学性质。对于扰动土的三轴试验，土样制备质量对试验精度和数据的可靠性起到了决定性作用。三轴压缩试验的土样需制成直径3.91cm高8.0cm左右的圆柱体标准土样，通过不同制备手段得到的土样存在不同的问题。参照试验规程对于扰动土的制样要求，方法主要有击样法和压样法，二者分别通过击实和静压以控制压实密度。传统方法虽然设备简单、使用方便，但制样却存在许多问题：1)难以精确控制土样密度，均匀性不高，出现“上紧密下疏松”的现象；2)击样法的反复冲击荷载作用使土样的结构性受到影响，且击锤难以保证绝对垂直，从而产生人为制造的倾斜分层面，且膜板会发生相对错动；3)无法控制制样时土样上下端所受的反压和围压，难以模拟土样所受的真实应力路径；4)对于砂土、粉土等无粘性土，土样在制备完成后发生“掉底”或成形后易散落；5)由于非饱和粘性土存在基质吸力和粘聚力，尤其在添加桐油、糯米浆等土样改良材料后，改变了重塑土的含水率、孔隙比等，分开钢质对开膜或三瓣膜后极易造成土样脱模失败；考虑直接挤出的方法则会造成两端较大应力差而破坏土样均匀性，并且侧壁形成的摩擦力会拖拽损伤样品侧面。由于传统三轴土样制备方法存在上述诸多问题，导致制样成功率低下，严重影响了三轴试验的顺利进行，不利于开展重塑土的力学性质研究。因此，亟需研发能够适用于土工试验的三轴土样制备装置及方法，并应用于相关领域。

发明内容

针对现有土样制备技术中所存在的缺陷，本发明旨在提供了一种双向压入式的三轴试验土样制备装置及方法。该装置可以精确控制土样密度，保证了土样的均匀性和上下表面的平整，在制样时模拟了土样在地基中所受的竖向应力和应力历史，并克服了上述情况下脱模易于失败的问题，具有较好的工程适用及推广性。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一、一种基于土体应力历史的双向压入式三轴试样制备装置：

装置包括底座、反力顶板、液压系统和制样模具，反力顶板位于底座正上方，反力顶板通过若干固定杆和底座固定连接，通过若干固定杆与反力顶板连接，底座和反力顶板均安装有相配适的垫板，底座顶面中心设有下垫板，下垫板顶面与下部升降头底面进行刚性连接，反力顶板底面中心设有上垫板，上垫板下表面与上部升降头进行刚性连接，下垫板和上垫板之间安装为液压系统和制样模具。

所述的液压系统包括升降台、下部传力杆、下部施压圆盘、上部施压圆盘、上部传力杆和液压加载头，升降台固定安装在下部升降头上端的活动端，下部传力杆下端固定在升降台上，下部传力杆上端固定连接下部施压圆盘；液压加载头固定安装在上部升降头下端的活动端，上部传力杆上端固定在液压加载头上，上部传力杆下端固定连接上部施压圆盘；下部施压圆盘和上部施压圆盘之间设置土样。

所述的制样模具包括三瓣膜、套环、膜内滤纸、下部滤纸和上部滤纸，土样周围布置环形的三瓣膜，三瓣膜外套设有套环，套环通过定位卡扣定位安装于固定杆；三瓣膜内周面的中部和土样之间设有膜内滤纸，下部滤纸和上部滤纸分别设置在下部施压圆盘顶面和上部施压圆盘底面上。