环刀制样器及制样方法

技术领域

本发明涉及土工试验技术领域，尤其涉及一种环刀制样器及制样方法。

背景技术

土工试验中的固结试验、压缩试验、膨胀试验、直剪试验、变水头渗透试验等在测试重塑土的性质时均需要用到重塑土环刀试样，重塑土环刀试样要求外观平整、均匀、具有准确的物理状态指标(干密度、含水量等)，制样过程需要严谨、迅速，否则土样水分散失致使物理指标失真，或是土样均匀性较差。

现有的环刀制样装置所对应的方法分为压实法和击实法，这是试样成型过程的必要方式。然而，现有的制样模具装置在击实法和压实法下，一次只能制得一种类型环刀的一个试样，或是固定数量的试样，制样类型单一，制样数量少，且效率不高；基于此，亟需一种能够一次制取多种类型试样的环刀制样装置。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种环刀制样器及制样方法，以解决制样装置一次制样数量少且制样类型单一的技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明提供了一种环刀制样器，包括多种类型的环刀筒(11)，多种类型的环刀(50)和若干卡环(20)；

不同类型的所述环刀筒(11)具有相同的内径和不同的轴向高度，各所述环刀筒(11)同轴地可拆卸连接以形成环刀筒组(10)；

所述卡环(20)的内径小于所述环刀(50)的外径，所述卡环(20)同轴地可拆卸抵接在两个所述环刀筒(11)之间，相邻两个所述卡环(20)之间形成用于放置所述环刀(50)的环刀卡槽(60)；

所述环刀(50)设于与之对应的环刀卡槽(60)内，相对应的所述环刀(50)和所述环刀卡槽(60)具有相同的轴向高度；

所述环刀筒组(10)用于盛放土料，将土料压实后依次卸下环刀筒(11)和卡环(20)可使得环刀试样露出，切削露出的环刀试样即可分离出环刀试样；所述环刀筒组(10)可由多种类型的环刀筒(10)任意组合至预设高度，制样完毕后的多个环刀筒(11)可再次进行任意组合。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述环刀筒(11)一端的外壁设有第一槽口(111)，另一端的内壁设有第二槽口(112)；

各所述环刀筒(11)通过所述第一槽口(111)的外壁与所述第二槽口(112)的内壁的嵌合连接以形成环刀筒组(10)。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述第一槽口(111)的外壁设有外螺纹，所述第二槽口(112)的内壁设有内螺纹，各所述环刀筒(11)之间为螺纹连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括底座(30)和护筒(40)；

所述底座(30)和护筒(40)分别可拆卸连接在所述环刀筒组(10)的两端，所述护筒(40)与所述环刀筒组(10)同轴。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述第一槽口(111)朝向所述护筒(40)，所述第二槽口(112)朝向所述底座(30)；

所述护筒(40)的内壁设有第三槽口(41)，所述第三槽口(41)朝向所述第一槽口(111)，所述第三槽口(41)的内壁设有内螺纹，所述第三槽口(41)的内螺纹与所述第一槽口(111)的外螺纹相配合，所述护筒(40)与所述环刀筒(11)为螺纹连接，所述护筒和所述环刀筒(11)之间还同轴的抵接有卡环(20)。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述底座(30)上设有圆台(31)，所述圆台(31)的外径与所述第二槽口(112)的内径相同；

所述圆台(31)的外壁设有外螺纹，所述圆台(31)外壁的外螺纹与所述第二槽口(112)的内螺纹相配合，所述环刀筒(11)与所述底座(30)为螺纹连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述卡环(20)的内壁设有第四槽口(22)，所述第四槽口(22)朝向所述第一槽口(111)；

所述环刀筒(11)的朝向所述卡环(20)的端面设有第五槽口(113)，所述第四槽口(22)的内壁与所述第五槽口(113)的外壁相嵌合。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述圆台(31)与所述环刀筒(11)之间同轴地抵接有卡环(20)，所述圆台(31)朝向所述卡环(20)的端面边沿设有第六槽口(32)，所述第六槽口(32)的外壁与所述卡环(20)的第四槽口(22)的内壁相嵌合。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述卡环(20)包括两个对半式的半圆环(21)，两个所述半圆环(21)拼接以形成所述卡环(20)。

另一方面，本发明还提供了一种制样方法，采用了第一方面的环刀制样器，包括如下步骤：

S100：将土料分为若干份；

S200：按批次将土料倒入至环刀筒组(10)内，将土料分层压实或击实成型至预设高度；

S300：依次卸下护筒(40)、第一个卡环(20)、第一个环刀筒(11)和第二个卡环(20)使得第一个环刀试样露出；

S400：分离出第一个环刀试样；

S500：卸下第二个环刀筒(11)和第三个卡环(20)，分离出第二个环刀试样，如此往复分离出所有环刀试样；

S600：将所有环刀试样切削平整即完成所有环刀试样的制备。

本发明的环刀制样器相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)环刀筒组包括多种类型的环刀筒，不同类型的环刀筒具有相同的内径和不同的轴向高度；两个卡环之间形成环刀卡槽，环刀卡槽内放置环刀，不同类型的环刀筒对应不同类型的环刀卡槽，不同类型的环刀卡槽可对应放置不同类型的环刀，使得本环刀制样器可一次同步制取多种类型的多个试样，制样数量多，制样类型丰富且制样效率高，适用于批量制样。

(2)环刀筒组可由不同类型的环刀筒组合连接至任意高度，环刀筒组为重复单元件之间的连接，组合连接灵巧方便。

(3)各环刀筒之间设置卡环，相邻两个卡环可将环刀定位至环刀卡槽内，并可保护环刀免受锤击和挤压。

(4)各环刀筒通过第一槽口的外壁与第二槽口的内壁的嵌合连接以形成环刀筒组，连接严实，且连接方式为螺纹连接，连接或拆卸简单方便。

(5)底座和护筒分别可拆卸连接在环刀筒组的两端，底座用于支撑环刀筒组，护筒用于导向击锤和围护土料，以便于土料的击实。

(6)环刀制样器的各组成部件均为可拆卸连接，组成部分模块化，结构简单，组合连接灵巧，连接和拆卸简单方便。

(7)圆台与环刀筒之间同轴地抵接有卡环，以保证环刀筒组最底端的环刀卡槽的下方预留一定的空间。击实土料时，土料会被挤压至环刀筒组最底端的预留空间层内，以保证最底端的环刀卡槽内的土料能够被击实均匀。

(8)卡环包括两个对半式的半圆环，卡环内侧壁与土料接触面积小，且卡环抵接在个环刀筒之间，拆卸时可先拆除一个半圆环，再拆除另一个半圆环，拆卸方便且不扰动土料，拆卸后暴露出环刀，便于环刀的取出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的环刀制样器的爆炸视图；

图2为本发明的环刀制样器的全剖视图；

图3为各环刀筒和卡环的连接示意图；

图4中，(a)为护筒的结构示意图，(b)为(a)全剖视图；

图5中，(c)为一种类型的环刀筒的结构示意图，(d)为(c)的全剖视图。

图6中，(e)为另一种类型的环刀筒的结构示意图，(f)为(e)的全剖视图；

图7中，(g)为卡环的结构示意图，(h)为半圆环的主视图；

图8中，(i)为底座的结构示意图，(j)为(i)的全剖视图；

图9为本发明的制样方法的流程图。

附图标记说明：

10-环刀筒组；11-环刀筒；111-第一槽口；112-第二槽口；113-第五槽口；

20-卡环；21-半圆环；22-第四槽口；

30-底座；31-圆台；32-第六槽口；

40-护筒；41-第三槽口；

50-环刀；60-环刀卡槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应的随之改变。

在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

第一方面，本发明提供了一种环刀制样器，如图1和图2所示，包括环刀筒组10、若干卡环20、多种类型的环刀(50)、底座30和护筒40。

环刀筒组10，如图1和图2所示，外形轮廓为筒状，包括多种类型的环刀筒11，多种类型包括相同类型和不同类型，不同类型的环刀筒11具有相同的内径和不同的轴向高度，各环刀筒11同轴地可拆卸连接以形成环刀筒组10。

如图5或图6所示，环刀筒11顶端的外壁设有第一槽口111，底端的内壁设有第二槽口112，各环刀筒11通过第一槽口111的外壁与第二槽口112的内壁的嵌合连接以形成环刀筒组10，连接严实。第一槽口111的外壁设有外螺纹，第二槽口112的内壁设有内螺纹，各环刀筒11之间为螺纹连接，环刀筒组10可由不同类型和/或相同类型的环刀筒组10合连接至任意高度，环刀筒组10为重复单元件之间的连接，组合连接灵巧方便。

环刀50，环刀50有多种类型，多种类型包括相同类型和不同类型，环刀50设于与之匹配的环刀筒11内，相匹配的环刀50和环刀筒11中，环刀的外径最大不能大于环刀筒11的内径，环刀50的轴向高度与环刀筒11圆柱内腔的轴向高度相同(本实施中，环刀50的轴向高度与环刀卡槽60的轴向高度相同，以保证卡环20可抵接环刀卡槽60内的环刀50)，环刀50的外壁朝向环刀筒11的内壁。

卡环20，如图3所示，卡环20的内径小于环刀筒11的内径，卡环20的内径也小于环刀50的外径，通常情况下，卡环20的内径应与环刀50的内径一致。卡环20同轴地可拆卸抵接在两个环刀筒11之间以形成用于抵接环刀50的环刀抵接台，相邻两个环刀抵接台之间形成环刀卡槽60，环刀卡槽60内则可以放置环刀50，环刀卡槽60的轴向高度与环刀50的轴向高度相同，由于具有不同轴向高度的环刀筒11，因此各环刀卡槽60的轴向高度也不尽相同，因此需要不同类型的环刀50，环刀50则通过上下两个卡环20抵接固定。如图1和图2所示，各环刀筒11之间设置卡环20，相邻两个卡环20可将环刀50定位至环刀卡槽60内，可保护环刀50免受锤击和挤压。

如图7所示，卡环20的内壁设有第四槽口22，卡环20安装在环刀筒11的第一槽口111的顶端，第四槽口22朝向第一槽口111。环刀筒11的朝向卡环20的端面设有第五槽口113，即环刀筒11的顶端设有第五槽口113，第五槽口113和第二槽口112相吻合，第四槽口22的内壁与第五槽口113的外壁相嵌合，以保证连接的严实性。

如图7所示，卡环20包括两个对半式的半圆环21，两个半圆环21拼接以形成卡环20。卡环20内侧壁与土料接触面积小，且卡环20抵接在个环刀筒11之间，拆卸时可先拆除一个半圆环21，再拆除另一个半圆环21，拆卸方便且不扰动土料，拆卸后暴露出环刀50，便于环刀50的取出；卡环20可预留切削空间，切削环刀试样时，切土刀可直接从拆卸卡环20的位置切入，便于切削且可避免直接切在环刀50上。

环刀筒组(10)用于盛放土料，将土料压实后依次卸下环刀筒(11)和卡环(20)可使得环刀试样露出，切削露出的环刀试样即可分离出环刀试样；环刀筒组(10)可由多种类型的环刀筒(10)任意组合至预设高度，制样完毕后的多个环刀筒(11)可再次进行任意组合，可重复利用、成本低且适应性广，适用于多种类型的环刀制样；制样数量多，可有效提高土工试验的准确性。

环刀筒组10包括多种类型的环刀筒11，不同类型的环刀筒11具有相同的内径和不同的轴向高度；相邻两个环刀抵接台之间形成环刀卡槽60，环刀卡槽60内放置环刀50，不同类型的环刀筒11对应不同类型的环刀卡槽60，不同类型的环刀卡槽60可对应放置不同类型的环刀50，使得本环刀制样器可一次同步制取多种类型的多个试样，制样数量多，制样类型丰富且制样效率高，适用于批量制样。

底座30，如图1和图2所示，底座30可拆卸地连接在环刀筒组10的底端，用于支撑环刀筒组10。如图8所示，底座30包括底板(图中未示出)，底板上凸设有圆台31，圆台31的外径与第二槽口112的内径相同，圆台31的外壁设有外螺纹，圆台31外壁的外螺纹与第二槽口112的内螺纹相配合，环刀筒11与底座30为螺纹连接，螺纹连接连接紧密且拆卸安装方便。

如图2所示，圆台31与环刀筒11之间抵接有卡环20，该卡环20与圆台31和环刀筒11同轴。圆台31朝向该卡环20的端面边沿设有第六槽口32，第六槽口32的外壁与卡环20的第四槽口22的内壁相嵌合，以保证圆台31和卡环20连接严实。

圆台31和环刀筒组10底端的环刀筒11之间也设置卡环20，以保证环刀筒组10最底端的环刀卡槽60的下方预留一定的空间。击实土料时，土料会挤压至环刀筒组10最底端的预留空间层内，以保证最底端的环刀卡槽60内的土料能够被击实均匀，预留空间内的土料难以被击实，切削土料时，直接从卡环20的顶端切削。

护筒40，如图1和图2所示，护筒40可拆卸地连接在环刀筒组10的顶端，护筒40与环刀筒组10同轴，护筒40的内径可与环刀筒组10的内径相同，护筒40用于导向击锤和围护土料，以便于土料的击实。护筒40和环刀筒组10顶端的环刀筒11之间还抵接有卡环20，环刀筒11的第一槽口111朝向护筒40，环刀筒11的第二槽口112朝向底座30；如图4所示，护筒40的内壁设有第三槽口41，第三槽口41朝向第一槽口111，第三槽口41的内壁设有内螺纹，第三槽口41的内螺纹与第一槽口111的外螺纹相配合，护筒40与环刀筒11为螺纹连接。设置槽口并螺纹连接，连接严实，连接或拆卸简单方便。

本实施例中的环刀制样器的各组成部件均为可拆卸连接，组成部分模块化，结构简单，组合连接灵巧，连接和拆卸简单方便。

本发明的环刀制样器的原理为：

如图1和图2所示，从下往上看，首先放置好底座30，底座30的圆台31的第六槽口32处放置第一个卡环，第一个环刀筒螺纹连接在底座30上，第一个卡环抵接在第一个环刀筒和圆台31之间，第一个环刀(与第一个环刀筒对应)放置在第一个卡环的环刀抵接台上，第一个环刀的上端面与第一个环刀筒的上端面平齐；第二个卡环放置在第一个环刀筒顶端的第五槽口113处，并抵接第一个环刀；第二个环刀筒与第一个环刀筒螺纹连接，第二个环刀放置在第二个卡环的环刀抵接台上……如此往复，直至环刀筒组10由不同类型和/或相同类型的环刀筒11组合拼接至预设高度。

环刀筒组10的顶端放置最后一个卡环，该最后一个卡环抵接顶端的环刀；最后护筒40螺纹连接在环刀筒组10的顶端。连接完成，即可将土料倒入至环刀筒组10内，并通过导向锤或千斤顶进行动力锤击和静力压制成环刀试样。

从上往下看，依次拧开护筒40、拆卸最顶端的卡环、顶端的第一个环刀筒和顶端的第二个卡环，使得第一个环刀试样露出，用切土刀或钢丝锯从顶端的第二个环刀筒的上端面处切下第一个环刀试样，得到单个环刀试样，如此往复，切下所有环刀试样。

本发明的环刀制样器在具体实施时，以制作四个61.8*20mm(A型)和一个61.8*40mm(B型)的环刀试样为例：

组件包括：一个底座30、四个A型环刀筒(如图6所示)、一个B型环刀筒(如图5所示)、六个卡环20、一个护筒40、四个A型环刀和一个B型环刀，A型环刀与A型环刀筒对应，B型环刀与B型环刀筒对应。

底座30包括底板，底板厚为10mm，直径为101.8mm，中间凸起一个高为10mm、直径为73.5mm的圆台31，圆台31顶端边沿设置深为3mm宽为2.08mm的第六槽口32，该第六槽口32以下的圆柱面设有外螺纹。

第六槽口32与卡环20拼接形成环刀抵接台，一方面可以保护环刀50，另一方面在制样后与圆台31的端面形成一个4mm高的预留空间层，以保证制样的均匀性。

底座30与环刀筒11通过螺纹连接，A型环刀筒的轴向高度为20mm，B型环刀筒的轴向高度为40mm。A型环刀筒和B型环刀筒均为圆筒状，上下端均有设有槽口，上端的第一槽口111内径为65.2mm，深为10mm，外壁设有外螺纹；第一槽口111顶端有一深为3mm的第五槽口113，第五槽口113的外径为69.35mm；下端第二槽口112的内径为73.5mm，深为14mm，内壁设有内螺纹，用于环刀筒11之间的连接，最底端的环刀筒11通过其下端的第二槽口112的内螺纹与圆台31的外螺纹的配合连接。

卡环20的下部设有第四槽口22，卡环20上部内径为61.8mm，高为4mm，下部第四卡槽的内径为69.35mm，高为3mm，卡环20的外径均为73.5mm，高7mm。卡环20可以与底座30和环刀筒11拼接严密，可作为环刀50的上下承台，形成环刀卡槽60，可以严密地卡住壁厚为1.6mm的环刀50。卡环20、环刀筒11和环刀50拼接后形成一个内壁光滑的且内径统一为61.8mm的圆筒，以此循环拼接形成四个61.8*20mm和一个61.8*40mm的圆筒。

最后拼接上护筒40，护筒40为圆筒状，内径65.2mm，外径81.8mm，下部有一个内径为73.5mm，高14mm的第三槽口41，第三槽口41内壁设有内螺纹，用于与环刀筒11通螺纹连接。

另一方面，本发明还提供了一种制样方法，采用了第一方面实施例的环刀制样器，如图9所示，包括如下步骤：

S100，将土料分为若干份，本实施例中可才采用称量的方式将土料均分为六份(四个A型试样和一个B型试样，B型试样是为两个A型试样)；

S200，按批次将土料倒入至环刀筒组10内，将土料分层压实或击实成型至预设高度(本实施例中的控制高度A型试样为24mm，B型试样为44mm)，分层接头应刨毛；

S300，依次卸下护筒40、第一个卡环20、第一个环刀筒11和第二个卡环20使得第一个环刀试样露出；

S400，切削第二个环刀筒11顶端露出的土料，分离出第一个环刀试样，切削工具可采用切土刀或钢丝锯；

S500，卸下第二个环刀筒11和第三个卡环20，分离出第二个环刀试样，如此往复分离出所有环刀试样；

S600，将所有环刀试样切削平整即完成所有环刀试样的制备。

在S100和S200步骤中，土料也可分为三份，土料倒入批次可选择三批次，批次不宜过少，以防止制样不均匀。不过，通常的做法是以M+2N(本实施例中M为20mm高的环刀数量，N为40mm高的环刀数量)为批次数，通过称量将土料均分成批次数的份数，按制样器的体积调配好预定物理状态的重塑土土料。

在实施本制样方法之前，应先确定环刀试样类型和数量，并准备相应数量的环刀50。若制备的试样用于直剪试验，在试验之前还应在环刀50的内侧壁涂抹一层凡士林备用，以方便试样推入直剪试样盒，卡环20的内侧壁也可以均匀涂抹一层凡士林以备用。

本实施例提供的制样方法可一次同步制取多种类型的多个试样，制样数量多，制样类型丰富且制样效率高，适用于批量制样；同时，制样操作方便快捷，且制样操作不扰动土料，制样效果佳。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。