一种程序自主执行击实制备三轴试样装置及使用方法

技术领域

本发明涉及岩土工程三轴试验测试技术领域，具体涉及一种程序自主执行击实制备三轴试样装置及使用方法。

背景技术

在土木工程实践与理论研究过程中为了测定土样的强度、变形和孔隙水压力等力学特性，一般采用应变控制式三轴仪进行相关试验。根据排水条件的不同三轴试验又可分为不固结不排水剪三轴试验、固结不排水剪三轴试验和固结排水剪三轴试验。应变控制式三轴仪由试验机、压力室、恒压体变装置、压力表、零位指示器、控制柜及其它附件组成。

进行三轴压缩试验之前需要制备土样，目前应用最多的就是三瓣饱和器，三瓣饱和器由三个1/3环形模瓣、环形卡箍和加固套组成。传统的三瓣饱和器组装过程繁琐，脱模过程中也极易损坏试样，大大降低制样效率，增加了制样成本。依据国家土工试验规程，进行试样制备时，需要保证土样的密实程度，而传统的三瓣模具在制备试样过程中，采用分层击实法，由于这种方法在各层土的击实击数与密度关系的不确定，因此其在精确控制密度方面有着相当大的难度，且由于试样高度的变化，导致这一问题更加难以解决。

针对以上问题，需要探索一种新的方法来制备土样，以解决密实度的问题。本发明公布一种程序自主执行击实制备三轴试样装置及使用方法，可有效解决上述问题，且操作简单，切实可行，节省人力物力的消耗，为后续三轴压缩试验的进行提供保障。

发明内容

本发明提供了一种程序自主执行击实制备三轴试样装置及使用方法。通过程序自主控制装置，进而可以精确控制试样所获得的击实能量，制备标准的高质量试样，以解决传统常规三轴试验制样模具使用过程中出现的问题，如很难对土样进行均匀击实以达到设计密度，导致土样压缩时受力不均匀，容易对试样造成损伤甚至破坏，试样的整体性较差，均匀性及总体密实度难以保证，故难以保证试样质量，影响试样的力学性能检测等。

本发明包括：电动击实辅助体系、制样成型模具；电动击实辅助体系包括：液晶控制面板、击实控制箱、立式加强肋板A、中空圆柱A、刚性圆柱垫板、固定底板、击实主机箱、击实圆柱杆、中心限位附孔板、中空圆柱B、立式加强肋板B、刚性饼状底座；制样成型模具包括：刚性环形卡箍A、限位螺杆A、连接杆A、锁紧螺杆、连接杆B、透明瓣膜A、透明瓣膜B、限位螺杆B、底部密封刚性环形卡箍B、限位螺杆C、透明瓣膜C、连接杆C、限位螺杆D。

所述立式加强肋板A、中空圆柱A、刚性圆柱垫板、固定底板、击实主机箱、击实圆柱杆、中心限位附孔板、中空圆柱B、立式加强肋板B、刚性饼状底座、固定底板数控加工时均采用高钢材料铸成，将击实圆柱杆、中空圆柱A、中空圆柱B铸成一体，作为击实锤；将中心限位附孔板、立式加强肋板A、立式加强肋板B、刚性饼状底座、固定底板铸为一体；击实主机箱与击实控制箱外部通过焊接连接，击实控制箱与固定底板外部通过焊接连接。

所述击实主机箱内部设有电机，采用齿轮传动控制击实圆柱杆、中空圆柱A、中空圆柱B铸为一体的击实锤。

所述击实控制箱内部设有控制系统，植入设定程序后，实现自动计数、自主控制停机、可控轴载功能，通过液晶控制面板人为调试控制。

所述刚性环形卡箍A、限位螺杆A、连接杆A、锁紧螺杆、连接杆B、限位螺杆B、底部密封刚性环形卡箍B、限位螺杆C、连接杆C、限位螺杆D数控加工时均采用高钢材料铸成，刚性环形卡箍A、限位螺杆A、限位螺杆D铸为一体，连接杆A上端嵌套于限位螺杆A，连接杆C上端嵌套于限位螺杆D；限位螺杆B、底部密封刚性环形卡箍B、限位螺杆C、铸为一体，连接杆B下端嵌套于限位螺杆B，连接杆C下端嵌套于限位螺杆C；底部密封刚性环形卡箍B与刚性饼状底座、焊接为一体。

所述透明瓣膜A、透明瓣膜B、透明瓣膜C、数控加工时均采用聚甲基丙烯酸甲酯材料制成，透明瓣膜A与透明瓣膜C边缘设置凸起结构，三者组合形成空心圆柱式腔体结构。

本发明的一种程序自主执行击实制备三轴试样装置及使用方法，包括以下步骤：

步骤一：将装置整体放置在地面上，工作台面为基准用水平仪校正；

步骤二：将透明瓣膜A、透明瓣膜B、透明瓣膜C利用自身边缘突起结构组合为空心圆柱式腔体结构；

步骤三：将步骤二组合好的的腔体结构放入底部密封刚性环形卡箍B中，进一步的将刚性环形卡箍A放置在腔体结构上端，并调整位置；

步骤四：进一步的调整连接杆A、连接杆B、连接杆C的位置，将锁紧螺杆插入连接杆A下端与连接杆B上端组合位置处，使其限定透明瓣膜A、透明瓣膜B、透明瓣膜C形成的腔体结构在轴向与径向上的位移；

步骤五：将拌合均匀的试验材料按照试验方案设计要求分层放入透明瓣膜A、透明瓣膜B、透明瓣膜C组合形成的腔体结构中；

步骤六：检查设备电源、待调整好之后按照试验方案中对试样设计的击实功进行换算击实次数，进一步的通过液晶控制面板设置试样每层击实荷载，击实次数；

步骤七：重复步骤五至步骤六，装填试样时应防止粗粒集中，控制每层的高度大致相同时将其表面刨毛，直至试样达到设计高度后，关闭电源，抽出锁紧螺杆，取下刚性环形卡箍A，进一步的将透明瓣膜A、透明瓣膜B、透明瓣膜C形成的腔体结构拿出来进行试样脱模，以便后续测试。

本发明的有益效果为：

整体装置通过程序自主控制击实，进而可以精确控制试样所获得的击实能量，制备标准的高质量试样。根本上解决了传统常规三轴试验制样模具使用过程中出现的问题，如很难对土样进行均匀击实以达到设计密度，导致土样压缩时受力不均匀，容易对试样造成损伤甚至破坏，试样的整体性较差，均匀性及总体密实度难以保证，故难以保证试样质量，影响试样的力学性能检测。该装置能够得到致密均匀、表面完整光滑的三轴试样，可以满足一般土体三轴剪切试验的要求，简化制样流程，减少制样时间。

附图说明

图1是一种程序自主执行击实制备三轴试样装置整体结构示意图；

图2是制样成型模具结构示意图；

图中：1、液晶控制面板；2、击实控制箱；3、立式加强肋板A；4、中空圆柱A；5、刚性圆柱垫板；6、固定底板；7、击实主机箱；8、击实圆柱杆；9、中心限位附孔板；10、中空圆柱B；11、立式加强肋板B；12、刚性饼状底座；13、刚性环形卡箍A；14、限位螺杆A；15、连接杆A；16、锁紧螺杆；17、连接杆B；18、透明瓣膜A；19、透明瓣膜B；20、限位螺杆B；21、底部密封刚性环形卡箍；22、限位螺杆C；23、透明瓣膜C；24、连接杆C；25、限位螺杆D。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步清楚、完整地描述。基于本发明中的实施，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1-2所示，本发明涉及一种程序自主执行击实制备三轴试样装置及使用方法，包括：电动击实辅助体系、制样成型模具，电动击实辅助体系包括：液晶控制面板（1）、击实控制箱（2）、立式加强肋板A（3）、中空圆柱A（4）、刚性圆柱垫板（5）、固定底板（6）、击实主机箱（7）、击实圆柱杆（8）、中心限位附孔板（9）、中空圆柱B（10）、立式加强肋板B（11）、刚性饼状底座（12）；制样成型模具包括：刚性环形卡箍A（13）、限位螺杆A（14）、连接杆A（15）、锁紧螺杆（16）、连接杆B（17）、透明瓣膜A（18）、透明瓣膜B（19）、限位螺杆B（20）、底部密封刚性环形卡箍B（21）、限位螺杆C（22）、透明瓣膜C（23）、连接杆C（24）、限位螺杆D（25）。

所述立式加强肋板A（3）、中空圆柱A（4）、刚性圆柱垫板（5）、固定底板（6）、击实主机箱（7）、击实圆柱杆（8）、中心限位附孔板（9）、中空圆柱B（10）、立式加强肋板B（11）、刚性饼状底座（12）、固定底板（6）数控加工时均采用高钢材料铸成，将击实圆柱杆（8）、中空圆柱A（4）、中空圆柱B（10）铸成一体，作为击实锤；将中心限位附孔板（9）、立式加强肋板A（3）、立式加强肋板B（11）、刚性饼状底座（12）、固定底板（6）铸为一体；击实主机箱（7）与击实控制箱（2）外部通过焊接连接，击实控制箱（2）与固定底板（6）外部通过焊接连接。

所述击实主机箱（7）内部设有电机，采用齿轮传动控制击实圆柱杆（8）、中空圆柱A（4）、中空圆柱B（10）铸为一体的击实锤。

所述击实控制箱（2）内部设有控制系统，植入设定程序后，实现自动计数、自主控制停机、可控轴载功能，通过液晶控制面板（1）人为调试控制。

所述刚性环形卡箍A（13）、限位螺杆A（14）、连接杆A（15）、锁紧螺杆（16）、连接杆B（17）、限位螺杆B（20）、底部密封刚性环形卡箍B（21）、限位螺杆C（22）、连接杆C（24）、限位螺杆D（25）数控加工时均采用高钢材料铸成，刚性环形卡箍A（13）、限位螺杆A（14）、限位螺杆D（25）铸为一体，连接杆A（15）上端嵌套于限位螺杆A（14），连接杆C（24）上端嵌套于限位螺杆D（25）；限位螺杆B（20）、底部密封刚性环形卡箍B（21）、限位螺杆C（22）、铸为一体，连接杆B（17）下端嵌套于限位螺杆B（20），连接杆C（24）下端嵌套于限位螺杆C（22）；底部密封刚性环形卡箍B（21）与刚性饼状底座（12）、焊接为一体。

所述透明瓣膜A（18）、透明瓣膜B（19）、透明瓣膜C（23）、数控加工时均采用聚甲基丙烯酸甲酯材料制成，透明瓣膜A（19）与透明瓣膜C（21）边缘设置凸起结构，三者组合形成空心圆柱式腔体结构。

所述的一种程序自主执行击实制备三轴试样装置及使用方法，包括以下步骤：

步骤一：将装置整体放置在地面上，工作台面为基准用水平仪校正；

步骤二：将透明瓣膜A、透明瓣膜B、透明瓣膜C利用自身边缘突起结构组合为空心圆柱式腔体结构；

步骤三：将步骤二组合好的的腔体结构放入底部密封刚性环形卡箍B中，进一步的将刚性环形卡箍A放置在腔体结构上端，并调整位置；

步骤四：进一步的调整连接杆A、连接杆B、连接杆C的位置，将锁紧螺杆插入连接杆A下端与连接杆B上端组合位置处，使其限定透明瓣膜A、透明瓣膜B、透明瓣膜C形成的腔体结构在轴向与径向上的位移；

步骤五：将拌合均匀的试验材料按照试验方案设计要求分层放入透明瓣膜A、透明瓣膜B、透明瓣膜C组合形成的腔体结构中；

步骤六：检查设备电源、待调整好之后按照试验方案中对试样设计的击实功进行换算击实次数，进一步的通过液晶控制面板设置试样每层击实荷载，击实次数；

步骤七：重复步骤五至步骤六，装填试样时应防止粗粒集中，控制每层的高度大致相同时将其表面刨毛，直至试样达到设计高度后，关闭电源，抽出锁紧螺杆，取下刚性环形卡箍A，进一步的将透明瓣膜A、透明瓣膜B、透明瓣膜C形成的腔体结构拿出来进行试样脱模，以便后续测试。

以上描述了本发明提供的一种制备三轴压缩试验试样的立式组合模具及使用方法。实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施例进行多种变化、修改、替换和变型、调整都应涵盖在本发明的保护范围之内。