散体材料的可视化密封制样装置、装配方法及制样方法

技术领域

本发明属于岩土工程室内土工试验设备技术领域，具体涉及散体材料的无损伤可视化双向密封制样装置，还涉及一种散体材料的无损伤可视化双向密封制样装置的装配方法，还涉及散体材料的无损伤可视化双向密封制样方法。

背景技术

室内土工试验中试验数据的准确性极其重要，试样的制备是试验数据准确性的核心，是保证土工试验数据有价值的关键。试样制样要求它保证自身均匀性、密度在误差范围内：扰动土样制备试样密度与制备标准之间最大允许误差为±0.02g/cm

目前常用的散体材料装样方法是在基座上直接套放橡皮膜、制备砂样对开圆模，然后装样、成样。但是由于现有仪器设备与制样圆模底部环向无法实现完全密封，使得橡皮膜不能紧贴成模桶，致使装样无法完成或需其他辅助设备才能完成；也有许多试验者采取冻样的方法完成散体材料装样。但这两种方法各有弊端：1、现用制备砂样圆模安装在仪器基座上需要再套紧箍才能固定对开模，还需要配置辅助设备不断抽气才能使橡皮膜紧贴成模桶，涉及部件较多、操作不便捷，并且装样时试样的高度、密度不可控，试样的均匀性和密度达不到设计标准；2、冻样制样方法仅适用于饱和试样，且将试样安装完成后需要等待解冻，解冻时间无法掌控，并且这样对试样进行了一次冻融扰动。可见，目前散体材料制样困难，若在仪器基座上直接装样，则成样均匀性、密度不可控；若采用冻样装样则试样被严重扰动。

发明内容

本发明的目的是提供散体材料的无损伤可视化双向密封制样装置，能够实现在无需辅助设备的条件下完成散体材料的无损伤装样，且能够精准控制所制试样的均匀性。

本发明的另一目的是提供一种散体材料的无损伤可视化双向密封制样装置的装配方法。

本发明的另一目的是提供散体材料的无损伤可视化双向密封制样方法。

本发明所采用的技术方案是，一种散体材料的无损伤可视化双向密封制样装置，包括中部设置凸台的压力室底座，压力室底座内部开设基座通道，沿压力室底座凸台的外周密封连接对开圆模制样筒，对开圆模制样筒内壁贴合连接橡皮膜，橡皮膜内放置底部透水石、顶部透水石，橡皮膜内且位于底部透水石、顶部透水石之间填充散体材料，还包括压实器，用于压实散体材料；对开圆模制样筒采用透明材料，对开圆模制样筒沿高度方向标记有装样分层刻度线。

本发明的特点还在于：

对开圆模制样筒包括截面均为半圆状的左瓣体、右瓣体，左瓣体与右瓣体对接合拢后形成筒体，左瓣体、右瓣体侧壁端部均开设凹槽状的卡接槽，左瓣体、右瓣体通过位于相邻两个卡接槽内的卡接条密封连接，卡接条与左瓣体、右瓣体外壁齐平。

左瓣体两端口处向内开设凹槽，右瓣体两端口处向外开设凸起，两个凸起和两个凹槽对接合拢，卡接条贴合连接在凸起与凹槽对接位置的卡接槽。

卡接条包括两端开设次级凹槽的刚性骨架，刚性骨架外周包覆弹性橡胶层，左瓣体、右瓣体位于卡接槽内均一体化连接次级凸起，卡接条的次级凹槽配合连接左瓣体、右瓣体上的次级凸起。

左瓣体或右瓣体上开设吸气孔。

左瓣体、右瓣体底面开设第一凹槽，压力室底座正对第一凹槽位置开设第二凹槽，第一凹槽与第二凹槽之间通过橡胶密封圈连接。

还包括装样漏斗，装样漏斗出口端连接锥形塞，锥形塞通过提拉杆穿过装样漏斗，装样漏斗内盛放试样材料。

压实器为底部面积最大的台阶型变截面锤座，台阶型变截面锤座上连接多个重锤，压实器顶部连接水平仪。

本发明采用的第二种技术方案是，一种散体材料的无损伤可视化双向密封制样装置的装配方法，具体按照以下步骤实施：

选取压力室底座，检查橡皮膜的气密性，通过橡皮筋将橡皮膜底部扎紧在压力室底座的凸台上，将压力室底座围绕凸台开设第二凹槽，且在第二凹槽内放置橡胶密封圈，在左瓣体、右瓣体底部开设第一凹槽，将左瓣体、右瓣体底部的第一凹槽配合连接橡胶密封圈上，左瓣体两端的凹槽与右瓣体两端的凸起对接合拢，再通过卡接条将左瓣体、右瓣体密封连接；将橡皮膜顶端外翻套在左瓣体、右瓣体顶部外周，整理橡皮膜平整后通过吸气孔用吸耳球吸气，使橡皮膜紧贴左瓣体、右瓣体的内壁；准备底部透水石、顶部透水石，将底部透水石、顶部透水石在沸水中煮沸并冷却后再将底部透水石沿橡皮膜滑动压入压力室底座的凸台上。

本发明所采用的第三种技术方案是，一种散体材料的制样方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、根据试验要求的试样密度和试样体积称取所需散体材料，并按照制样需求均分为多等份；

步骤2、将装样漏斗放入已套好橡皮膜的对开圆模制样筒内，然后将1等份散体材料倒入装样漏斗中，通过提拉杆控制锥形塞与装样漏斗之间的缝隙，散体材料通过该缝隙滑落，匀速提起装样漏斗和锥形塞，使散体材料缓慢滑落至对开圆模制样筒内；

步骤3、对照装样分层刻度线，用压实器将试样材料压至第一层厚度，并参照压实器顶部水平仪校核试样平整度，完成试样第一层装样；

步骤4、用带刻度线的刨刀按Z字形将第一层装样上表面刨毛，重复步骤2、步骤3继续完成第2至第n层材料装样，形成试样；

步骤5、在对开圆模制样筒内的试样顶端放上顶部透水石，顶部透石上安放圆柱状的试样顶帽，并调整试样顶帽水平以及其与试样外周的平齐；

步骤6、将顶端橡皮膜翻起，使其包裹住试样顶帽；并用橡皮筋箍紧橡皮膜在试样顶帽外壁；

步骤7、将吸气泵通过基座通道连通试样，在试样内施加一定的负压，使试样能站立；

步骤8、抽出卡接条，拆下制样筒左瓣体、右瓣体，散体试样材料制样完成。

本发明的有益效果是：

通过在压力室底座上、瓣体上设置凹槽和密封圈实现竖向和环向的双向密封，使得橡皮膜能在装样过程中无需其他辅助设备保持紧贴对开圆模制样筒内壁；瓣体采用透明材料制作以及瓣体上的分层刻度线实现了装样过程可视化，保证成样的均质性和密度准确性；且保证每层试样、整个试样表面水平；采用卡接条连接并固定左、右瓣体，完成制样后易于拆卸；卡接条外部包裹弹性橡胶层提高了瓣体连接处的密封性。

本发明还公开了一种散体材料的制样方法，采用带刻度线的刨刀使试样刨毛且试样各层交接面处无分层；在对试样无任何损伤的情况下完成装样；整个过程在可视化的环境下操作完成，能够保证每层试样的均匀性。

附图说明

图1是本发明一种散体材料的无损伤可视化双向密封制样装置的结构示意图；

图2是图1的正视图；

图3是图1的右侧视图；

图4是图1的左侧视图；

图5是图1中1-1剖面图；

图6是图1中2-2剖面图；

图7是图1中3-3剖面图；

图8是本发明中卡接条与左瓣体、右瓣体的分体示意图；

图9是装样漏斗示意图；

图10是本发明中压实器示意图；

图11是本发明中用装样漏斗装样过程示意图；

图12是本发明中压实器压样至分层厚度示意图。

图中，1.压力室底座，2.橡皮膜，3.对开圆模制样筒，4.左瓣体，5.右瓣体，6.吸气孔，7.试样材料，8.橡皮筋，9.底部透水石，10.橡胶圈，11.顶部透水石，12.试样顶帽，13.水平仪，14.卡接条，15.装样分层刻度线，16.卡接槽，17.凹槽，18.凸起，19.重锤，20.台阶型变截面锤座，21.压实器，22.锥型塞，23.装样漏斗，24.第二凹槽，25第一凹槽，26.内壁凹槽，27.第一层装样，28.竖向密封条。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种散体材料的无损伤可视化双向密封制样装置，如图1、图2、图3及图4所示，包括中部设置凸台的压力室底座1，压力室底座1内部开设基座通道，沿压力室底座1凸台的外周密封连接对开圆模制样筒3，对开圆模制样筒3内壁贴合连接橡皮膜2，橡皮膜2内放置底部透水石9、顶部透水石11，橡皮膜2内且位于底部透水石9、顶部透水石11之间填充散体材料，还包括压实器21，用于压实散体材料，对开圆模制样筒3采用透明材料，能够观察装样过程，以及对装样量的控制，对开圆模制样筒3沿高度方向开设装样分层刻度线15，便于对试样制备时的精度控制。

如图5、图6、图7及图8所示，对开圆模制样筒3包括截面均为半圆状的左瓣体4、右瓣体5，左瓣体4、右瓣体5对接合拢形成筒体，左瓣体4、右瓣体5端部侧壁均开设卡接槽16，左瓣体4、右瓣体5通过位于相邻两个卡接槽16内的卡接条14连接，卡接条14与左瓣体4、右瓣体5外壁齐平。

左瓣体4两端口处向内开设凹槽17，右瓣体5两端口处向外开设凸起18，两个凸起18和两个凹槽17对接合拢，卡接条14插入连接在凸起18与凹槽17对接位置的卡接槽16，凸起18与凹槽17之间连接竖向密封条28，卡接条14能够对左瓣体4与右瓣体5进行固定且密封。

卡接条14与左瓣体4、右瓣体5的连接方式如图5、图8所示，卡接条14包括两端开设次级凹槽的刚性骨架，刚性骨架外周包覆弹性橡胶层，所述左瓣体4、右瓣体5位于卡接槽16内均一体化连接次级凸起，卡接条14的次级凹槽配合连接左瓣体4、右瓣体5上的次级凸起，达到卡接条14将左瓣体4、右瓣体5密封连接的效果。

左瓣体4、右瓣体5底面开设第一凹槽25，压力室底座1正对第一凹槽25位置开设第二凹槽24，第一凹槽25与第二凹槽24之间通过橡胶密封圈10连接，能够保证压力室底座1与左瓣体4、右瓣体5之间的密封性，完全密封才能使橡皮膜2在无需辅助不停吸气的条件下一直紧贴制样筒内壁。

左瓣体4或右瓣体5上开设吸气孔6能够通过吸气使橡皮膜2贴合在左瓣体4、右瓣体5上。

如图9所示，还包括装样漏斗23，装样漏斗23出口端连接锥形塞22，锥形塞22通过提拉杆穿过装样漏斗23，装样漏斗内盛放散体材料7，当需要向对开圆模制样筒3内添加散体材料7时，向对开圆模制样筒3内添加散体材料7，通过控制锥形塞22的位置，控制锥形塞22与装样漏斗23的缝隙大小，进而达到控制散体材料7滑落速度的目的，避免出现由于自由落体或大量散体材料7滑落过快，导致局部试样材料挤压造成均布密度大的问题，添加散体材料7完毕后，在散体材料7上覆盖顶部透水石11。

如图10所示，压实器21为底部面积最大的台阶型变截面锤座20，台阶型变截面锤座20底面直径与试样直径尺寸相同，台阶型变截面锤座20上连接多个重锤19，压实器21顶部连接水平仪13，重锤19能够把材料压至规定的厚度。台阶型变截面为了使重锤19的作用力均匀扩散至材料顶部，不至于力的不均匀再导致材料压实密度不同。

通过水平仪13能够控制散体材料7上表面处于水平状态，以便于下一层材料平铺时整个平面均受力均匀。

本发明一种散体材料的无损伤可视化双向密封制样装置的装配过程为：

选取压力室底座1，检查橡皮膜2的气密性，通过橡皮筋8将橡皮膜2底部扎紧在压力室底座1的凸台上，将压力室底座1围绕凸台开设第二凹槽24，且在第二凹槽24内放置橡胶密封圈10，在左瓣体4、右瓣体5对左瓣体4、右瓣体5正对橡皮筋8位置开设内壁凹槽26，左瓣体4、右瓣体5底部开设第一凹槽25，将左瓣体4、右瓣体5底部的第一凹槽25配合连接橡胶密封圈10上，左瓣体4两端的凹槽17与右瓣体5两端的凸起18对接合拢，再通过卡接条14将左瓣体4、右瓣体5密封连接；将橡皮膜2顶端外翻套在左瓣体4、右瓣体5顶部外周，整理橡皮膜2平整后通过吸气孔用吸耳球吸气，使橡皮膜2紧贴左瓣体4、右瓣体5的内壁；准备底部透水石9、顶部透水石11，将底部透水石9、顶部透水石11在沸水中煮沸并冷却后再将底部透水石9沿橡皮膜2滑动压入压力室底座1的凸台上。

同时，将左瓣体4上的凹槽17与右瓣体5上的凸起18对接合拢，再通过将卡接条14插入卡接槽16，使得左瓣体4与右瓣体5密封连接；

将橡皮膜2顶端外翻套在左瓣体4、右瓣体5顶部外周，整理橡皮膜2平整后用吸耳球吸气，使橡皮膜2紧贴左瓣体4、右瓣体5的内壁。

本发明一种散体材料的制样方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、根据试验要求的试样密度和试样体积称取所需散体材料7，并按照制样需求均分为多等份；

步骤2、如图11所示，将装样漏斗23放入对开圆模制样筒3，然后将1等份散体材料7倒入装样漏斗23中，通过提拉杆控制锥形塞22与装样漏斗23之间的缝隙，散体材料7通过该缝隙滑落，匀速提起装样漏斗23和锥形塞22，使散体材料缓慢滑落至对开圆模制样筒3内；

步骤3、对照装样分层刻度线15，用压实器21将散体材料7压至第一层厚度，并参照压实器21顶部水平仪13校核试样平整度，完成试样第一层装样；

步骤4、用带刻度线的刨刀按Z字形将第一层装样上表面刨毛，重复步骤2、步骤3继续完成第2至第n层材料装样，形成试样，如图12所示；

步骤5、在对开圆模制样筒3内的试样顶端放上顶部透水石11，顶部透石11上安放圆柱状的试样顶帽12，并调整试样顶帽12水平；

步骤6、将顶端橡皮膜2翻起，使其包裹住试样顶帽12；并用橡皮筋箍紧橡皮膜2在试样顶帽12外壁；

步骤7、将吸气泵通过基座通道连通试样，在试样内施加一定的负压，使试样能站立；

步骤8、抽出卡接条14，拆下制样筒左瓣体4、右瓣体5，散体试样材料制样完成。

通过上述方式，本发明一种散体材料的无损伤可视化双向密封制样装置，通过在压力室底座上、瓣体上设置凹槽和密封圈实现竖向和环向的双向密封，使得橡皮膜能在装样过程中无需其他辅助设备保持紧贴对开圆模制样筒内壁；瓣体采用透明材料制作以及瓣体上的分层刻度线实现了装样过程可视化，保证成样的均质性和密度准确性；且保证每层试样、整个试样表面水平；采用卡接条连接左、右瓣体，完成制样后易于拆卸；卡接条外部包裹弹性橡胶层提高了瓣体连接处的密封性；本发明还公开了一种散体材料的制样方法，采用带带刻度线的刨刀使试样刨毛且试样各层交接面处无分层；在对试样无任何损伤的情况下完成装样；整个过程在可视化的环境下操作完成，能够保证每层试样的均匀性。