一种制备三轴压缩试验试样的立式组合模具及使用方法

技术领域

本发明涉及岩土工程三轴试验测试技术领域，具体涉及一种制备三轴压缩试验试样的立式组合模具及使用方法。

背景技术

三轴压缩试验是基本土工试验的一种，根据工程要求，可采用不固结不排水剪试验、固结不排水剪试验、固结排水剪试验，与直剪试验比较，三轴试验结果较直剪试验更贴近实际工程，可以用于测试强度参数粘聚力和内摩擦角，进行土体孔隙水压力的消散试验、静止侧压系数试验、动力特性试验和渗透试验等，所以在岩土工程研究中被大规模应用。

三轴压缩试验时需要制备土样，土样制备过程中需要用到三瓣筒。三瓣筒由三个瓣膜和一个套箍组成，一般用于制备直径为39.1mm的土样，是土样饱和器和击实器的通用装置，使用时，将三个瓣膜分别对拼，再从外面套紧套箍，然后向装置中分层加入土体，通过不断击实得到试验所需土样，传统的三瓣筒组装步骤繁琐，套箍自上而下套入时，越往下越紧，造成土样的松散和不规则，在脱模过程中也极易损坏制备的试样，且在进行制样过程中，由于每次击实使用的力不一样，从而无法保证制样的均匀性，进而影响三轴试验的效果。

针对以上存在的问题，本发明提供一种制备三轴压缩试验试样的立式组合模具及使用方法，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

本发明提供了一种制备三轴压缩试验试样的立式组合模具及使用方法。以解决传统常规三轴试验制样模具使用流程复杂，不易操作，人为影响较大等问题，具体表现为传统常规三轴试验制样模具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，最终影响试样的力学性能检测。

本发明包括：击实辅助结构、制样成型装置。

击实辅助结构包括：击实圆柱杆、中心限位附孔板、活动中空圆柱A、立式加强肋板A、立式加强肋板B、活动中空圆柱B、刚性圆柱垫板、刚性圆柱底座。

制样成型装置包括：刚性环形卡箍A、限位螺杆A、限位螺杆B、连接杆A、锁紧螺杆、连接杆B、限位螺杆C、底部密封刚性环形卡箍B、限位螺杆D、连接杆C、透明瓣膜A、透明瓣膜B、透明瓣膜C。

所述击实圆柱杆、中心限位附孔板、立式加强肋板A、立式加强肋板B、刚性圆柱垫板、刚性圆柱底座数控加工时均采用高钢材料铸成，并将中心限位附孔板、立式加强肋板A、立式加强肋板B、刚性圆柱底座铸为一体；击实圆柱杆与刚性圆柱垫板铸为一体；活动中空圆柱A、活动中空圆柱B数控加工时均采用并按照试验规程设置固定质量。

所述刚性环形卡箍A、限位螺杆A、限位螺杆B、连接杆A、锁紧螺杆、连接杆B、限位螺杆C、底部密封刚性环形卡箍B、限位螺杆D、连接杆C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B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B；底部密封刚性环形卡箍B、限位螺杆C、限位螺杆D铸为一体，连接杆B下端嵌套于限位螺杆C，连接杆C下端嵌套于限位螺杆D；底部密封刚性环形卡箍B与刚性圆柱底座通过焊接连接。

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。

所述中心限位附孔板圆心、刚性环形卡箍A圆心、底部密封刚性环形卡箍B圆心均位于同一直线上，使其击实圆柱杆与刚性圆柱垫板形成的整体结构下落时竖直落入透明瓣膜A、透明瓣膜B、透明瓣膜C三者组合形成的空心圆柱式腔体结构内部。

本发明的制备三轴压缩试验试样的立式组合模具的使用方法，包括以下步骤：

步骤一：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；

步骤二：将步骤一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；

步骤三：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；

步骤四：将混合好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；

步骤五：按照试验方案中对试样设计的击实功进行换算击实次数，进一步的将击实圆柱杆与刚性圆柱垫板组合形成的整体垂直放入腔体结构中，垫上活动中空圆柱B，进一步的利用上下移动活动中空圆柱A对试样进行击实；

步骤六：重复步骤四至步骤五，直至试样达到设计高度后，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脱模，以便后续测试。

本发明的有益效果为：1、整个装置结构简单，方便进行使用时的工作，同时能够更好的进行固定安装，降低工作的难度，同时减少工作人员的工作量，节省工作的成本；2、一种用于制备三轴压缩试验试样的立式组合模具施力均匀，脱模方便，不损坏试样，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；3：在保证制样质量的前提下，该模具能够提高制样效率，简化制样流程，减少制样时间，有效解决了常规三轴制样器操作流程复杂、卸取试样困难、及所得试样密度不均匀问题，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是一种制备三轴压缩试验试样的立式组合模具整体结构示意图；

图2是制样成型装置结构示意图；

图3是击实辅助结构示意图。

图中：1、击实圆柱杆；2、中心限位附孔板；3、活动中空圆柱A；4、立式加强肋板A；5、立式加强肋板B；6、活动中空圆柱B；7、刚性圆柱垫板；8、刚性圆柱底座；9、刚性环形卡箍A；10、限位螺杆A；11、限位螺杆B；12、连接杆A；13、锁紧螺杆；14、连接杆B；15、限位螺杆C；16、底部密封刚性环形卡箍B；17、限位螺杆D；18、连接杆C；19、透明瓣膜A；20、透明瓣膜B；21、透明瓣膜C。

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1-3所示，本发明涉及一种制备三轴压缩试验试样的立式组合模具，包括：击实辅助结构、制样成型装置。击实辅助结构包括：击实圆柱杆（1）、中心限位附孔板（2）、活动中空圆柱A（3）、立式加强肋板A（4）、立式加强肋板B（5）、活动中空圆柱B（6）、刚性圆柱垫板（7）、刚性圆柱底座（8）；制样成型装置包括：刚性环形卡箍A（9）、限位螺杆A（10）、限位螺杆B（11）、连接杆A（12）、锁紧螺杆（13）、连接杆B（14）、限位螺杆C（15）、底部密封刚性环形卡箍B（16）、限位螺杆D（17）、连接杆C（18）、透明瓣膜A（19）、透明瓣膜B（20）、透明瓣膜C（21）。

所述击实圆柱杆（1）、中心限位附孔板（2）、立式加强肋板A（4）、立式加强肋板B（5）、刚性圆柱垫板（7）、刚性圆柱底座（8）数控加工时均采用高钢材料铸成，并将中心限位附孔板（2）、立式加强肋板A（4）、立式加强肋板B（5）、刚性圆柱底座（8）铸为一体；击实圆柱杆（1）与刚性圆柱垫板（7）铸为一体；活动中空圆柱A（3）、活动中空圆柱B（6）数控加工时均采用并按照试验规程设置固定质量。

所述刚性环形卡箍A（9）、限位螺杆A（10）、限位螺杆B（11）、连接杆A（12）、锁紧螺杆（13）、连接杆B（14）、限位螺杆C（15）、底部密封刚性环形卡箍B（16）、限位螺杆D（17）、连接杆C（18）数控加工时均采用高钢材料铸成，刚性环形卡箍A（9）、限位螺杆A（10）、限位螺杆B（11）铸为一体，连接杆A（12）上端嵌套于限位螺杆A（10），连接杆C（18）上端嵌套于限位螺杆B（11）；底部密封刚性环形卡箍B（16）、限位螺杆C（15）、限位螺杆D（17）铸为一体，连接杆B（14）下端嵌套于限位螺杆C（15），连接杆C（18）下端嵌套于限位螺杆D（17）；底部密封刚性环形卡箍B（16）与刚性圆柱底座（8）通过焊接连接。

所述透明瓣膜A（19）、透明瓣膜B（20）、透明瓣膜C（21）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。

所述中心限位附孔板（2）圆心、刚性环形卡箍A（9）圆心、底部密封刚性环形卡箍B（16）圆心均位于同一直线上，使其击实圆柱杆（1）与刚性圆柱垫板（7）形成的整体结构下落时竖直落入透明瓣膜A（19）、透明瓣膜B（20）、透明瓣膜C（21）三者组合形成的空心圆柱式腔体结构内部。

本发明的制备三轴压缩试验试样的立式组合模具的使用方法，包括以下步骤：

步骤一：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；

步骤二：将步骤一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；

步骤三：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；

步骤四：将混合好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；

步骤五：按照试验方案中对试样设计的击实功进行换算击实次数，进一步的将击实圆柱杆与刚性圆柱垫板组合形成的整体垂直放入腔体结构中，垫上活动中空圆柱B，进一步的利用上下移动活动中空圆柱A对试样进行击实；

步骤六：重复步骤四至步骤五，直至试样达到设计高度后，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。