CN108663249B - 一种土工试验无粘性土试样的制备装置及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种土工试验无粘性土试样的制备装置及其制备方法，该装置包括试样装填部分、试样压实部分、试样预饱和部分和抽真空部分；试样装填部分包括第一对开模、第二对开模、底部套环、顶部套环、两个环形箍、两个橡胶圈和橡皮膜；本发明通过抽真空的方法，使得橡皮膜平整地紧贴第一对开模和第二对开模的内壁，有助于减小试样侧面的缺陷，保证了试样侧面的均匀平整；底部套环提高了试样装填部分的底部稳定性，顶部套环有助于减少顶部试样制样过程中土样质量损失和对土工试验装置的污染；预饱和部分和抽真空部分具有通用性，根据土工试验装置和试样尺寸调整试样装填部分和试样压实部分的尺寸后，可用于不同的精密土工试验的无粘性土制样。

Description

一种土工试验无粘性土试样的制备装置及其制备方法
技术领域
本发明涉及岩土工程的室内土工试验技术领域，尤其涉及一种土工试验无粘性土试样的制备装置及其制备方法。
背景技术
室内土工试验是揭示土体的各种物理、力学性质的主要途径之一，可为工程设计、理论或数值计算等过程中土性参数的确定提供科学依据。
室内土工试验是基于合适的土单元体试样开展的，原状土经原位取样后再通过切削的方法可以直接获取试验所需试样，但由于实际工程实践和研究项目中常常遇到原位取样扰动大、取样难度大、或原状样数量有限、难以运输、保存等情况，通常采用重塑土来进行***详尽的室内土工试验研究。
已有的研究表明，当采用重塑土进行室内土工试验时，土单元体试样的制样质量对精密土工试验的结果和精度均有显著影响，特别是对采用精密土单元体试验装置(如GDS高级三轴/动三轴试验装置、GDS共振柱试验装置等)开展的室内土工试验。由于粘性土一般均具有较大的粘聚力，重塑土试样有良好的整体稳定性，可以直接购买到所需的粘性土制样模具，通过成熟的固结法或击实法技术获得土工试验所需的试样。然而，无粘性土(例如砂)几乎不具有粘聚力，土体具有散粒性的特征，如若不采取科学的制样模具和有效的制样措施，很难获得室内土工试验所需的无粘性土试样。此外，若采用无粘性土试样与土工试样装置分离的制样，极易对无粘性土试样造成不同程度的损伤，将影响制样质量和后续的试验精度，因此，建议无粘性土试样直接在土工试样装置的试样安装底座上进行制样。
目前，尚无公认统一的无粘性土试样制备装置，已有的文献和专利中的无粘性土试样制备装置仍存在如下三个缺点：(1)采用的双瓣模直接套在土工试样装置的试样安装底座上，不采取任何对双瓣模与试样安装底座连接处的保护措施，不能保证无粘性土制样过程中敲击双瓣模和击实试样对双瓣模与试样安装底座连接的影响，从而可能影响制备的试样底部的均匀性以及试样与试样安装底座的中轴线重合连接；(2)无粘性土制样过程中，不采取辅助的击实措施，即不能保证击实的下落高度一致，也不能定位每次击实时击实锤的击实区域(可能存在偏心击实)，对制样的均匀性将造成不利影响；(3)双瓣模顶部与试样顶部齐平，且不采取措施辅助顶层土制样，顶层土填筑时浇筑的高度超过双瓣模高度，一方面，在击实过程中浇筑的土样的质量可能损失并污染土工试验装置，另一方面，为减少试样质量损失，一般试样顶层表面的土体会尽量浇筑于试样的顶部中心区域，导致试样顶层区域的土体密度不均匀。事实上，以GDS共振柱试验为例，试样的轴向和径向位移传感器均安装于试样的顶部区域，试样顶层的制样质量将直接影响试验。为克服上述缺点，需要研制与土工试样装置的试样安装底座有效连接的精准的无粘性土试样制备装置及其制备方法。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种土工试验无粘性土试样的制备装置及试验制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种土工试验无粘性土试样的制备装置，包括试样装填部分、试样压实部分、试样预饱和部分和抽真空部分；所述试样装填部分包括第一对开模、第二对开模、底部套环、顶部套环、第一环形箍、第二环形箍、第一橡胶圈、第二橡胶圈、橡皮膜；所述第一对开模和第二对开模的内壁设有导气槽；所述第二对开模中部设有通气孔；所述第一对开模和第二对开模通过第一环形箍、第二环形箍上下对齐连接，两者相接后的截面为一个完整的圆形；所述第一对开模和第二对开模连接后通过底部套环围绕土单元体试样底座垂直地安装在土工试验仪器底座上；所述土工试验仪器底座上具有连通试样底部的阀门；所述顶部套环安装在第一对开模和第二对开模的顶部，用于试样装填部分和试样压实部分的连接；
所述橡胶膜平整地紧贴于第一对开模和第二对开模的内壁，一端套在土单元体试样底座上并通过第一橡胶圈固定，另一端套在第一对开模和第二对开模顶部的外壁并通过第二橡胶圈固定；
所述试样压实部分包括压实套筒、压实锤和压实杆；所述压实套筒上具有压实套筒刻度线，所述压实杆上具有压实杆刻度线；压实套筒零刻度线位于压实套筒刻度线的底部，压实杆零刻度线位于压实杆刻度线的顶部；所述压实套筒的底部与顶部套环可拆卸连接；所述压实杆正交连接于压实锤的中心；所述压实锤在压实杆的带动下能够在压实套筒、第一对开模和第二对开模构成的腔体内上下运动，对试样进行压实；在压实后的试样顶面上安装土单元体试样顶帽，土单元体试样顶帽上具有顶帽通管；
所述试样预饱和部分由抽真空预饱和配件、通水预饱和配件和二氧化碳气罐组成；所述抽真空预饱和配件包括第一有机玻璃圆筒、第一有机玻璃底座、第一进气/进水阀、第一负压表、盖帽、抽真空阀门、通气口；所述第一有机玻璃圆筒通过橡皮圈与盖帽密封连接；第一有机玻璃圆筒的底部与第一有机玻璃底座连接，第一有机玻璃底座安装有第一进气/进水阀和第一负压表；第一进气/进水阀与顶帽通管连接；所述盖帽上具有通气口并设置有抽真空阀门；
所述通水预饱和配件包括第二有机玻璃圆筒、第二有机玻璃底座、第二进气/进水阀、第二负压表；所述第二有机玻璃圆筒的顶部是敞口的；第二有机玻璃圆筒的底部与第二有机玻璃底座连接；第二有机玻璃底座安装有第二进气/进水阀和第二负压表；第二进气/进水阀通过管路连接土工试验仪器底座上连通试样底部的阀门；
所述二氧化碳气罐通过管路连接土工试验仪器底座上连通试样底部的阀门；
所述抽真空部分包括带真空压力控制阀的真空泵，所述真空泵分别连接第一对开模和第二对开模内壁的导气槽、盖帽上的通气口。
进一步地，所述第一对开模和第二对开模相接处的切面是光滑，通过第一环形箍、第二环形箍使得第一对开模和第二对开模相接处是密封连接的；所述第一环形箍安装于靠近第一对开模和第二对开模底部1/3高度处；所述第二环形箍安装于靠近第一对开模和第二对开模顶部1/3高度处。
进一步地，所述第一对开模、第二对开模、底部套环、顶部套环的材质为耐磨损的金属，包括不锈钢、铝合金；所述第一环形箍、第二环形箍的材质为不锈钢；所述压实套筒的材质为透明的有机玻璃；所述压实锤、压实杆的材质为黄铜或者不锈钢。
进一步地，所述第一对开模和第二对开模的高度为试样高度与土单元体试样底座高度之和；对接后的带橡皮膜的第一对开模和第二对开模的内径等于试样的直径；所述第一对开模和第二对开模的底部具有容纳土单元体试样底座和第一橡胶圈的槽口，槽口尺寸由橡皮膜的厚度和第一橡胶圈的直径确定；所述第一对开模和第二对开模靠近顶部/高度范围内的外径小于靠近底部2/3高度范围内的外径；
所述底部套环的内径由对接后的第一对开模和第二对开模的底部外径确定；所述顶部套环的开口直径等于试样直径；所述顶部套环的内径由对接后的第一对开模和第二对开模的顶部外径、橡皮膜的厚度确定；
所述压实套筒的套筒内径等于试样直径；所述压实套筒的底部环内径等于顶部套环的外径；所述压实套筒的内部高度由试样高度、压实锤的高度和压实试样的落距确定；所述压实套筒的顶部正中开有圆孔，所述圆孔的直径由试样直径、压实锤直径和压实杆直径确定；所述压实锤的直径由试样的直径确定。
进一步地，所述第一对开模和第二对开模内壁的导气槽有如下两类形式：
第一类导气槽为沿第一对开模和第二对开模内壁平行排布的圆环形导气槽，所述圆环形导气槽通过直线槽与通气孔连通。
第二类导气槽为沿第一对开模和第二对开模内壁的螺旋线导气槽，所述螺旋线导气槽经过通气孔。
一种土工试验无粘性土试样的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将第一对开模和第二对开模上下对齐后，通过第一环形箍、第二环形箍进行侧壁密封连接；
(2)将橡胶膜的一端通过第一橡胶圈固定在土单元体试样底座上；然后，将对接好的第一对开模和第二对开模通过底部套环围绕土单元体试样底座垂直地安装在土工试验仪器底座上；再拉直橡胶膜，使其另一端套在对接好的第一对开模和第二对开模顶部的外壁上；通过真空泵向第一对开模和第二对开模内壁的导气槽抽真空的方式使得橡胶膜平整地贴紧第一对开模和第二对开模的内壁后，由第二橡胶圈将橡胶膜的另一端固定于对接好的第一对开模和第二对开模顶部的外壁；
(3)在对接好的带橡皮膜的第一对开模和第二对开模的顶部水平地安装顶部套环，使得顶部套环与橡皮膜、第一对开模和第二对开模的外壁紧密地连接，完成试样装填部分的安装；
(4)设计试验土样分层填筑试验方案：分n层填筑，每层填筑土体试样重量m＝M/n，每层填筑土体试样高度l＝L/n，其中，M是试样总重量，L为试样高度；
(5)向试样装填部分依次安装带压实锤的压实杆和压实套筒，读取压实套筒零刻度线对应的压实杆的刻度读数a1；依次拆除压实套筒和带压实锤的压实杆后，向试样装填部分内倒入重量为m的第一层土样；再次安装带压实锤的压实杆和压实套筒，使得压实套筒的内壁、顶部套环开口的内壁和对接好的带橡皮膜的第一对开模和第二对开模的内壁对齐；压实锤接触未压实的第一层填筑土体的顶面，读取压实套筒零刻度线对应的压实杆的刻度读数为b1+k，k表示压实次数；未压实前取k＝0，即压实套筒零刻度线对应的压实杆的刻度读数为b1；
(6)采用带压实锤的压实杆压实第一层填筑土体，每次压实时，压实锤的落距为l0，即压实杆从压实套筒零刻度线对应的刻度为(b1+k+l0)处落下；第一次压实时，压实杆从压实套筒零刻度线对应的刻度为(b1+l0)处落下；多次压实后第一层填筑土体的最终压实高度为l，即压实锤接触压实的第一层填筑土体的顶面时，压实套筒零刻度线对应的压实杆的刻度读数a2＝a1+l；保证每一次压实前后填筑土层的顶面均匀水平；
(7)将第一层填筑完成的土体的表面用竹签刮毛后，向试样装填部分内倒入重量为m的第二层土样，压实第二层填筑土体，如此往复直至高度为L的试样压实完成；
(8)依次拆除压实套筒、带压实锤的压实杆、顶部套环和第二橡胶圈后，在均匀水平的试样顶面上安装土单元体试样顶帽，使得土单元体试样顶帽的中轴线与试样中轴线的连线重合；将套在第一对开模和第二对开模顶部外壁的橡皮膜翻起套在顶帽上并通过第二橡胶圈固定；
(9)采用抽真空部分和抽真空预饱和配件辅助拆模，首先关闭土工试验仪器底座上连通试样底部的阀门，将抽真空预饱和配件底部的第一进气/进水阀与顶帽通管连接，再将抽真空预饱和配件顶部的通气口与带真空压力控制阀的真空泵连接；在第一有机玻璃圆筒内注入无气水后，通过橡皮圈将第一有机玻璃圆筒与盖帽密封连接；将真空压力控制阀关闭，打开第一进气/进水阀、抽真空阀门和控制顶帽通管的阀门，启动真空泵，缓慢调节真空压力控制阀至真空压力稳定地维持在-20kPa；通过施加的负压使得试样竖直稳定后，分别依次拆除第一环形箍和第二环形箍、第一对开模和第二对开模、底部套环；通过真空压力控制阀控制真空压力稳定地维持在-20kPa，使得试样保持稳定，制得非饱和土试样；
(10)预饱和步骤：将二氧化碳气罐的控制阀门与土工试验仪器底座上连通试样底部的阀门连接后，打开二氧化碳气罐的控制阀门和土工试验仪器底座上连通试样底部的阀门，向试样缓慢地通入二氧化碳；调节二氧化碳气罐的控制阀门，使得第一有机玻璃圆筒内气泡均匀缓慢；通过真空压力控制阀控制真空压力稳定地维持在-20kPa，持续缓慢地向试样内通二氧化碳气体30min后，关闭土工试验仪器底座上连通试样底部的阀门和二氧化碳气罐的控制阀门；
关闭通水预饱和配件底部的第二进气/进水阀，向第二有机玻璃圆筒内注入足量的无气水后，排除连接导管内气体，通过连接导管将土工试验仪器底座上连通试样底部的阀门与第二进气/进水阀连接；打开土工试验仪器底座上连通试样底部的阀门与第二进气/进水阀，在真空压力作用下，第二有机玻璃圆筒内的无气水将缓缓地注入试样中；通过真空压力控制阀控制真空压力稳定地维持在-20kPa，持续向试样内注入无气水；待第一有机玻璃圆筒内气泡完全消失后，依次关闭土工试验仪器底座上连通试样底部的阀门和控制顶帽通管的阀门、第一进气/进水阀和第二进气/进水阀、真空泵，制得饱和土试样。
进一步地，所述橡胶膜是通过真空泵向第一对开模和第二对开模内壁的导气槽抽真空的方式，使其平整地贴紧第一对开模和第二对开模的内壁；在试样分层填筑过程中，所述橡胶膜持续平整地贴紧第一对开模和第二对开模的内壁。
进一步地，土样压实过程中，所述试样装填部分和试样压实部分各个组成部分的中轴线、试样中轴线与土单元体试样底座中轴线的连线保持重合；采用梅花形方式压实试样。
进一步地，试样总质量的计算公式为式中，d、L、e、ω和ds分别为试样的直径、高度、孔隙比、含水量和土颗粒重度，ρw为水的密度；其中，ω的值由制样方法确定，当制备饱和土试样时，若采用湿捣法制样时，ω取5％；若采用(干砂)落砂法制样时，ω取0；当制备非饱和土试样时，ω为试样实际含水量。
进一步地，当压实套筒零刻度线对应的压实杆的刻度读数超过压实杆的最大刻度amax，即压实锤进入压实套筒时，每次分层填筑土体的最终压实高度根据压实锤接触压实的该层填筑土体的顶面时，压实杆的最大刻度amax对应的压实套筒的刻度线刻度为(an+1＝an+l-amax)确定，其中，n表示试样分层填筑的次数；
每次压实土样时，压实杆从压实杆的最大刻度amax对应的压实套筒的刻度线刻度为(b1+k+l0-amax)处落下。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明中第一对开模和第二对开模的内壁设有连通的导气槽，通过抽真空的方法，使得橡皮膜平整地紧贴第一对开模和第二对开模的内壁，有助于减小试样侧面的缺陷，有效地保证了试样侧面的均匀平整。
2、本发明中设置底部套环提高了试样装填部分的底部稳定性，有助于双瓣模与试样安装底座的紧密连接，减少无粘性土制样过程中敲击双瓣模和击实试样对双瓣模与试样安装底座连接的影响，保证试样底部土体的均匀性，以及制备过程中试样与试样安装底座的中轴线保持重合。
3、本发明中设置顶部套环，一方面用于试样装填部分和试样压实部分的连接；另一方面，作为试样装填部分的加高部分，将有助于减少顶部试样制样过程中土样质量损失和对土工试验装置的污染，保证试样顶层区域的土体均匀性和平整度，提高试样顶层区域的制样质量；设置顶部套环、底部套环，以及第一对开模、第二对开模在靠近顶部1/3处变截面设计，有助于提高试样装填部分的整体稳定性。
4、本发明中压实部分的压实套筒、压实套筒刻度线和压实杆刻度线属于辅助的击实措施，压实套筒用于引导击实锤和定位击实锤的击实区域，压实套筒刻度线和压实杆刻度线用于确定击实锤的下落高度，辅以梅花形击实方法，将有效保证制样的均匀性。
5、本发明中的预饱和步骤有助于提高饱和土试样的制样效率，将有效地缩短试验中试样饱和所需的时间。
6、本发明中的预饱和部分和抽真空部分具有通用性，根据土工试验装置和试样尺寸调整试样装填部分和试样压实部分的尺寸后，可用于不同的精密土工试验的无粘性土制样。
附图说明
图1(a)是第一对开模的俯视图；
图1(b)为第一对开模的正视图；
图1(c)为第一对开模的侧面图；
图2(a)为第二对开模的俯视图；
图2(b)为第二对开模的正视图；
图2(c)为第二对开模的侧面图；
图3为第一类导气槽的示意图；
图4为第二类导气槽的示意图；
图5(a)为底部套环的俯视图；
图5(b)为底部套环的正视图；
图5(c)为底部套环的A-A剖面图；
图6(a)为顶部套环的俯视图；
图6(b)为顶部套环的正视图；
图6(c)为顶部套环的B-B剖面图；
图7为带压实锤的压实杆示意图；
图8(a)为压实套筒的俯视图；
图8(b)为压实套筒的正视图；
图8(c)为压实套筒的C-C剖面图；
图9(a)为抽真空预饱和配件的分解示意图；
图9(b)为抽真空预饱和配件的正视图；
图9(c)为抽真空预饱和配件的俯视图；
图10(a)为通水预饱和配件的正视图；
图10(b)为通水预饱和配件的俯视图；
图11(a)为试样装填部分和试样压实部分组装完成后的正视图；
图11(b)为试样装填部分和试样压实部分组装完成后的剖面图；
图12为拆模前安装土单元体试样顶帽的试样示意图；
图中：试样装填部分1、第一对开模1-1、第二对开模1-2、圆环形导气槽1-2-1、直线槽1-2-2、螺旋线导气槽1-2-3、通气孔1-2-4、底部套环1-3、顶部套环1-4、第一环形箍1-5、第二环形箍1-6、第一橡胶圈1-7、第二橡胶圈1-8、橡皮膜1-9、试样压实部分2、压实套筒2-1、压实套筒刻度线2-2、压实套筒零刻度线2-2-1、压实锤2-3、压实杆2-4、压实杆刻度线2-5、压实杆零刻度线2-5-1、抽真空预饱和配件3、第一有机玻璃圆筒3-1、第一有机玻璃底座3-2、第一进气/进水阀3-3、第一负压表3-4、盖帽3-5、抽真空阀门3-6、通气口3-7、通水预饱和配件4、第二有机玻璃圆筒4-1、第二有机玻璃底座4-2、第二进气/进水阀4-3、第二负压表4-4、土单元体试样底座5、土单元体试样顶帽6、顶帽通管6-1、土工试验仪器底座7。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明提供的一种土工试验无粘性土试样的制备装置，包括试样装填部分1、试样压实部分2、试样预饱和部分和抽真空部分；所述试样装填部分1包括第一对开模1-1、第二对开模1-2、底部套环1-3、顶部套环1-4、第一环形箍1-5、第二环形箍1-6、第一橡胶圈1-7、第二橡胶圈1-8、橡皮膜1-9；如图1(a)-图1(c)、图2(a)-图2(c)所示，所述第一对开模1-1和第二对开模1-2的内壁设有导气槽；所述第二对开模1-2中部设有通气孔1-2-4；所述第一对开模1-1和第二对开模1-2通过第一环形箍1-5、第二环形箍1-6上下对齐连接，两者相接后的截面为一个完整的圆形；所述第一对开模1-1和第二对开模1-2连接后通过底部套环1-3围绕土单元体试样底座5垂直地安装在土工试验仪器底座7上，底部套环1-3的结构如图5(a)-图5(c)所示；所述土工试验仪器底座7上具有连通试样底部的阀门；所述顶部套环1-4安装在第一对开模1-1和第二对开模1-2的顶部，用于试样装填部分1和试样压实部分2的连接，底部套环1-3的结构如图6(a)-图6(c)所示。
所述橡胶膜1-9平整地紧贴于第一对开模1-1和第二对开模1-2的内壁，一端套在土单元体试样底座5上并通过第一橡胶圈1-7固定，另一端套在第一对开模1-1和第二对开模1-2顶部的外壁并通过第二橡胶圈1-8固定。
所述试样压实部分2包括压实套筒2-1、压实锤2-3和压实杆2-4；所述压实套筒2-1上具有压实套筒刻度线2-2，所述压实杆2-4上具有压实杆刻度线2-5；压实套筒零刻度线2-2-1位于压实套筒刻度线2-2的底部，压实杆零刻度线2-5-1位于压实杆刻度线2-5的顶部；压实套筒2-1的结构如图8(a)-图8(c)所示；所述压实套筒2-1的底部与顶部套环1-4可拆卸连接；所述压实杆2-4正交连接于压实锤2-3的中心，如图7所示；所述压实锤2-3在压实杆2-4的带动下能够在压实套筒2-1、第一对开模1-1和第二对开模1-2构成的腔体内上下运动，对试样进行压实；试样装填部分1和试样压实部分2组装完成后的结构图如图11(a)、图11(b)所示。在压实后的试样顶面上安装土单元体试样顶帽6，土单元体试样顶帽6上具有顶帽通管6-1，如图12所示。
所述试样预饱和部分由抽真空预饱和配件3、通水预饱和配件4和二氧化碳气罐组成；如图9(a)-图9(c)所示，所述抽真空预饱和配件3包括第一有机玻璃圆筒3-1、第一有机玻璃底座3-2、第一进气/进水阀3-3、第一负压表3-4、盖帽3-5、抽真空阀门3-6、通气口3-7；所述第一有机玻璃圆筒3-1通过橡皮圈与盖帽3-5密封连接；第一有机玻璃圆筒3-1的底部与第一有机玻璃底座3-2连接，第一有机玻璃底座3-2安装有第一进气/进水阀3-3和第一负压表3-4；第一进气/进水阀3-3与顶帽通管6-1连接；所述盖帽3-5上具有通气口3-7并设置有抽真空阀门3-6。
如图10(a)、图10(b)所示，所述通水预饱和配件4包括第二有机玻璃圆筒4-1、第二有机玻璃底座4-2、第二进气/进水阀4-3、第二负压表4-4；所述第二有机玻璃圆筒4-1的顶部是敞口的；第二有机玻璃圆筒4-1的底部与第二有机玻璃底座4-2连接；第二有机玻璃底座4-2安装有第二进气/进水阀4-3和第二负压表4-4；第二进气/进水阀4-3通过管路连接土工试验仪器底座7上连通试样底部的阀门。
所述二氧化碳气罐通过管路连接土工试验仪器底座7上连通试样底部的阀门。
所述抽真空部分包括带真空压力控制阀的真空泵，所述真空泵分别连接第一对开模1-1和第二对开模1-2内壁的导气槽、盖帽3-5上的通气口3-7。
进一步地，所述第一对开模1-1和第二对开模1-2相接处的切面是光滑，通过第一环形箍1-5、第二环形箍1-6使得第一对开模1-1和第二对开模1-2相接处是密封连接的；所述第一环形箍1-5安装于靠近第一对开模1-1和第二对开模1-2底部1/3高度处；所述第二环形箍1-6安装于靠近第一对开模1-1和第二对开模1-2顶部1/3高度处。
进一步地，所述第一对开模1-1、第二对开模1-2、底部套环1-3、顶部套环1-4的材质为耐磨损的金属，包括不锈钢、铝合金；所述第一环形箍1-5、第二环形箍1-6的材质为不锈钢；所述压实套筒2-1的材质为透明的有机玻璃；所述压实锤2-3、压实杆2-4的材质为黄铜或者不锈钢。
进一步地，所述第一对开模1-1和第二对开模1-2的高度为试样高度与土单元体试样底座5高度之和；对接后的带橡皮膜1-9的第一对开模1-1和第二对开模1-2的内径等于试样的直径；所述第一对开模1-1和第二对开模1-2的底部具有容纳土单元体试样底座5和第一橡胶圈1-7的槽口，槽口尺寸由橡皮膜1-9的厚度和第一橡胶圈1-7的直径确定；所述第一对开模1-1和第二对开模1-2靠近顶部1/3高度范围内的外径小于靠近底部2/3高度范围内的外径。
所述底部套环1-3的内径由对接后的第一对开模1-1和第二对开模1-2的底部外径确定；所述顶部套环1-4的开口直径等于试样直径；所述顶部套环1-4的内径由对接后的第一对开模1-1和第二对开模1-2的顶部外径、橡皮膜1-9的厚度确定。
所述压实套筒2-1的套筒内径等于试样直径；所述压实套筒2-1的底部环内径等于顶部套环1-4的外径；所述压实套筒2-1的内部高度由试样高度、压实锤2-3的高度和压实试样的落距确定；所述压实套筒2-1的顶部正中开有圆孔2-1-1，所述圆孔2-1-1的直径由试样直径、压实锤2-3直径和压实杆2-4直径确定；所述压实锤2-3的直径由试样的直径确定。
进一步地，所述第一对开模1-1和第二对开模1-2内壁的导气槽有如下两类形式：
如图3所示，第一类导气槽为沿第一对开模1-1和第二对开模1-2内壁平行排布的圆环形导气槽1-2-1，所述圆环形导气槽1-2-1通过直线槽1-2-2与通气孔1-2-4连通。
如图4所示，第二类导气槽为沿第一对开模1-1和第二对开模1-2内壁的螺旋线导气槽1-2-3，所述螺旋线导气槽1-2-3经过通气孔1-2-4。
一种土工试验无粘性土试样的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将第一对开模1-1和第二对开模1-2上下对齐后，通过第一环形箍1-5、第二环形箍1-6进行侧壁密封连接；
(2)将橡胶膜1-9的一端通过第一橡胶圈1-7固定在土单元体试样底座5上；然后，将对接好的第一对开模1-1和第二对开模1-2通过底部套环1-3围绕土单元体试样底座5垂直地安装在土工试验仪器底座7上；再拉直橡胶膜1-9，使其另一端套在对接好的第一对开模1-1和第二对开模1-2顶部的外壁上；通过真空泵向第一对开模1-1和第二对开模1-2内壁的导气槽抽真空的方式使得橡胶膜1-9平整地贴紧第一对开模1-1和第二对开模1-2的内壁后，由第二橡胶圈1-8将橡胶膜1-9的另一端固定于对接好的第一对开模1-1和第二对开模1-2顶部的外壁；
(3)在对接好的带橡皮膜1-9的第一对开模1-1和第二对开模1-2的顶部水平地安装顶部套环1-4，使得顶部套环1-4与橡皮膜1-9、第一对开模1-1和第二对开模1-2的外壁紧密地连接，完成试样装填部分1的安装；
(4)设计试验土样分层填筑试验方案：分n层填筑，每层填筑土体试样重量m＝M/n，每层填筑土体试样高度l＝L/n，其中，M是试样总重量，L为试样高度，一般取n＝5；
(5)向试样装填部分1依次安装带压实锤2-3的压实杆2-4和压实套筒2-1，读取压实套筒零刻度线2-2-1对应的压实杆2-4的刻度读数a1；依次拆除压实套筒2-1和带压实锤2-3的压实杆2-4后，向试样装填部分1内倒入重量为m的第一层土样；再次安装带压实锤2-3的压实杆2-4和压实套筒2-1，使得压实套筒2-1的内壁、顶部套环1-4开口的内壁和对接好的带橡皮膜1-9的第一对开模1-1和第二对开模1-2的内壁对齐；压实锤2-3接触未压实的第一层填筑土体的顶面，读取压实套筒零刻度线2-2-1对应的压实杆2-4的刻度读数为b1+k，k表示压实次数；未压实前取k＝0，即压实套筒零刻度线2-2-1对应的压实杆2-4的刻度读数为b1；
(6)采用带压实锤2-3的压实杆2-4压实第一层填筑土体，每次压实时，压实锤2-3的落距为l0，即压实杆2-4从压实套筒零刻度线2-2-1对应的刻度为(b1+k+l0)处落下；第一次压实时，压实杆2-4从压实套筒零刻度线2-2-1对应的刻度为(b1+l0)处落下；多次压实后第一层填筑土体的最终压实高度为l，即压实锤2-3接触压实的第一层填筑土体的顶面时，压实套筒零刻度线2-2-1对应的压实杆2-4的刻度读数a2＝a1+l；保证每一次压实前后填筑土层的顶面均匀水平；
(7)将第一层填筑完成的土体的表面用竹签刮毛后，向试样装填部分1内倒入重量为m的第二层土样，压实第二层填筑土体，如此往复直至高度为L的试样压实完成；
(8)依次拆除压实套筒2-1、带压实锤2-3的压实杆2-4、顶部套环1-4和第二橡胶圈1-8后，在均匀水平的试样顶面上安装土单元体试样顶帽6，使得土单元体试样顶帽6的中轴线与试样中轴线的连线重合；将套在第一对开模1-1和第二对开模1-2顶部外壁的橡皮膜1-9翻起套在顶帽6上并通过第二橡胶圈1-8固定；
(9)采用抽真空部分和抽真空预饱和配件3辅助拆模，首先关闭土工试验仪器底座7上连通试样底部的阀门，将抽真空预饱和配件3底部的第一进气/进水阀3-3与顶帽通管6-1连接，再将抽真空预饱和配件3顶部的通气口3-7与带真空压力控制阀的真空泵连接；在第一有机玻璃圆筒3-1内注入无气水后，通过橡皮圈将第一有机玻璃圆筒3-1与盖帽3-5密封连接；将真空压力控制阀关闭，打开第一进气/进水阀3-3、抽真空阀门3-6和控制顶帽通管6-1的阀门，启动真空泵，缓慢调节真空压力控制阀至真空压力稳定地维持在-20kPa；通过施加的负压使得试样竖直稳定后，分别依次拆除第一环形箍1-5和第二环形箍1-6、第一对开模1-1和第二对开模1-2、底部套环1-3；通过真空压力控制阀控制真空压力稳定地维持在-20kPa，使得试样保持稳定，制得含水量为ω、孔隙比为e的非饱和土试样；
(10)预饱和步骤：将二氧化碳气罐的控制阀门与土工试验仪器底座7上连通试样底部的阀门连接后，打开二氧化碳气罐的控制阀门和土工试验仪器底座7上连通试样底部的阀门，向试样缓慢地通入二氧化碳；调节二氧化碳气罐的控制阀门，使得第一有机玻璃圆筒3-1内气泡均匀缓慢；通过真空压力控制阀控制真空压力稳定地维持在-20kPa，持续缓慢地向试样内通二氧化碳气体30min后，关闭土工试验仪器底座7上连通试样底部的阀门和二氧化碳气罐的控制阀门；
关闭通水预饱和配件4底部的第二进气/进水阀4-3，向第二有机玻璃圆筒4-1内注入足量的无气水后，排除连接导管内气体，通过连接导管将土工试验仪器底座7上连通试样底部的阀门与第二进气/进水阀4-3连接；打开土工试验仪器底座7上连通试样底部的阀门与第二进气/进水阀4-3，在真空压力作用下，第二有机玻璃圆筒4-1内的无气水将缓缓地注入试样中；通过真空压力控制阀控制真空压力稳定地维持在-20kPa，持续向试样内注入无气水；待第一有机玻璃圆筒3-1内气泡完全消失后，依次关闭土工试验仪器底座7上连通试样底部的阀门和控制顶帽通管6-1的阀门、第一进气/进水阀3-3和第二进气/进水阀4-3、真空泵，制得孔隙比为e的饱和土试样。
进一步地，所述橡胶膜1-9是通过真空泵向第一对开模1-1和第二对开模1-2内壁的导气槽抽真空的方式，使其平整地贴紧第一对开模1-1和第二对开模1-2的内壁；在试样分层填筑过程中，所述橡胶膜1-9持续平整地贴紧第一对开模1-1和第二对开模1-2的内壁。
进一步地，土样压实过程中，所述试样装填部分1和试样压实部分2各个组成部分的中轴线、试样中轴线与土单元体试样底座5中轴线的连线保持重合；采用梅花形方式压实试样。
进一步地，试样总质量的计算公式为式中，d、L、e、ω和ds分别为试样的直径、高度、孔隙比、含水量和土颗粒重度，ρw为水的密度；其中，ω的值由制样方法确定，当制备饱和土试样时，若采用湿捣法制样时，ω取5％；若采用(干砂)落砂法制样时，ω取0；当制备非饱和土试样时，ω为试样实际含水量。
进一步地，当压实套筒零刻度线2-2-1对应的压实杆2-4的刻度读数超过压实杆2-4的最大刻度amax，即压实锤2-3进入压实套筒2-1时，每次分层填筑土体的最终压实高度根据压实锤2-3接触压实的该层填筑土体的顶面时，压实杆2-4的最大刻度amax对应的压实套筒2-1的刻度线刻度为(an+1＝an+l-amax)确定，其中，n表示试样分层填筑的次数；
每次压实土样时，压实杆2-4从压实杆2-4的最大刻度amax对应的压实套筒2-1的刻度线刻度为(b1+k+l0-amax)处落下。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种土工试验无粘性土试样的制备装置，其特征在于：包括试样装填部分(1)、试样压实部分(2)、试样预饱和部分和抽真空部分；所述试样装填部分(1)包括第一对开模(1-1)、第二对开模(1-2)、底部套环(1-3)、顶部套环(1-4)、第一环形箍(1-5)、第二环形箍(1-6)、第一橡胶圈(1-7)、第二橡胶圈(1-8)和橡皮膜(1-9)；所述第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)的内壁设有导气槽；所述第二对开模(1-2)中部设有通气孔(1-2-4)；所述第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)通过第一环形箍(1-5)、第二环形箍(1-6)上下对齐连接，两者相接后的截面为一个完整的圆形；所述第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)连接后通过底部套环(1-3)围绕土单元体试样底座(5)垂直地安装在土工试验仪器底座(7)上；所述土工试验仪器底座(7)上具有连通试样底部的阀门；所述顶部套环(1-4)安装在第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)的顶部，用于试样装填部分(1)和试样压实部分(2)的连接；
所述橡皮膜(1-9)平整地紧贴于第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)的内壁，一端套在土单元体试样底座(5)上并通过第一橡胶圈(1-7)固定，另一端套在第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)顶部的外壁并通过第二橡胶圈(1-8)固定；
所述试样压实部分(2)包括压实套筒(2-1)、压实锤(2-3)和压实杆(2-4)；所述压实套筒(2-1)上具有压实套筒刻度线(2-2)，所述压实杆(2-4)上具有压实杆刻度线(2-5)；压实套筒零刻度线(2-2-1)位于压实套筒刻度线(2-2)的底部，压实杆零刻度线(2-5-1)位于压实杆刻度线(2-5)的顶部；所述压实套筒(2-1)的底部与顶部套环(1-4)可拆卸连接；所述压实杆(2-4)正交连接于压实锤(2-3)的中心；所述压实锤(2-3)在压实杆(2-4)的带动下能够在压实套筒(2-1)、第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)构成的腔体内上下运动，对试样进行压实；在压实后的试样顶面上安装土单元体试样顶帽(6)，土单元体试样顶帽(6)上具有顶帽通管(6-1)；
所述试样预饱和部分由抽真空预饱和配件(3)、通水预饱和配件(4)和二氧化碳气罐组成；所述抽真空预饱和配件(3)包括第一有机玻璃圆筒(3-1)、第一有机玻璃底座(3-2)、第一进气/进水阀(3-3)、第一负压表(3-4)、盖帽(3-5)、抽真空阀门(3-6)和通气口(3-7)；所述第一有机玻璃圆筒(3-1)通过橡皮圈与盖帽(3-5)密封连接；第一有机玻璃圆筒(3-1)的底部与第一有机玻璃底座(3-2)连接，第一有机玻璃底座(3-2)安装有第一进气/进水阀(3-3)和第一负压表(3-4)；第一进气/进水阀(3-3)与顶帽通管(6-1)连接；所述盖帽(3-5)上具有通气口(3-7)并设置有抽真空阀门(3-6)；
所述通水预饱和配件(4)包括第二有机玻璃圆筒(4-1)、第二有机玻璃底座(4-2)、第二进气/进水阀(4-3)和第二负压表(4-4)；所述第二有机玻璃圆筒(4-1)的顶部是敞口的；第二有机玻璃圆筒(4-1)的底部与第二有机玻璃底座(4-2)连接；第二有机玻璃底座(4-2)安装有第二进气/进水阀(4-3)和第二负压表(4-4)；第二进气/进水阀(4-3)通过管路连接土工试验仪器底座(7)上连通试样底部的阀门；
所述二氧化碳气罐通过管路连接土工试验仪器底座(7)上连通试样底部的阀门；
所述抽真空部分包括带真空压力控制阀的真空泵，所述真空泵分别连接第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)内壁的导气槽、盖帽(3-5)上的通气口(3-7)；
所述第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)相接处的切面是光滑，通过第一环形箍(1-5)、第二环形箍(1-6)使得第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)相接处是密封连接的；所述第一环形箍(1-5)安装于靠近第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)底部1/3高度处；所述第二环形箍(1-6)安装于靠近第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)顶部1/3高度处；
所述第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)的高度为试样高度与土单元体试样底座(5)高度之和；对接后的带橡皮膜(1-9)的第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)的内径等于试样的直径；所述第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)的底部具有容纳土单元体试样底座(5)和第一橡胶圈(1-7)的槽口，槽口尺寸由橡皮膜(1-9)的厚度和第一橡胶圈(1-7)的直径确定；所述第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)靠近顶部1/3高度范围内的外径小于靠近底部2/3高度范围内的外径；
所述底部套环(1-3)的内径由对接后的第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)的底部外径确定；所述顶部套环(1-4)的开口直径等于试样直径；所述顶部套环(1-4)的内径由对接后的第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)的顶部外径、橡皮膜(1-9)的厚度确定；
所述压实套筒(2-1)的套筒内径等于试样直径；所述压实套筒(2-1)的底部环内径等于顶部套环(1-4)的外径；所述压实套筒(2-1)的内部高度由试样高度、压实锤(2-3)的高度和压实试样的落距确定；所述压实套筒(2-1)的顶部正中开有圆孔(2-1-1)，所述圆孔(2-1-1)的直径由试样直径、压实锤(2-3)直径和压实杆(2-4)直径确定；所述压实锤(2-3)的直径由试样的直径确定。
2.根据权利要求1所述的一种土工试验无粘性土试样的制备装置，其特征在于：所述第一对开模(1-1)、第二对开模(1-2)、底部套环(1-3)、顶部套环(1-4)的材质为耐磨损的金属，包括不锈钢、铝合金；所述第一环形箍(1-5)、第二环形箍(1-6)的材质为不锈钢；所述压实套筒(2-1)的材质为透明的有机玻璃；所述压实锤(2-3)、压实杆(2-4)的材质为黄铜或者不锈钢。
3.根据权利要求1所述的一种土工试验无粘性土试样的制备装置，其特征在于：所述第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)内壁的导气槽有如下两类形式：
第一类导气槽为沿第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)内壁平行排布的圆环形导气槽(1-2-1)，所述圆环形导气槽(1-2-1)通过直线槽(1-2-2)与通气孔(1-2-4)连通；
第二类导气槽为沿第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)内壁的螺旋线导气槽(1-2-3)，所述螺旋线导气槽(1-2-3)经过通气孔(1-2-4)。
4.一种土工试验无粘性土试样的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)上下对齐后，通过第一环形箍(1-5)、第二环形箍(1-6)进行侧壁密封连接；
(2)将橡皮膜(1-9)的一端通过第一橡胶圈(1-7)固定在土单元体试样底座(5)上；然后，将对接好的第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)通过底部套环(1-3)围绕土单元体试样底座(5)垂直地安装在土工试验仪器底座(7)上；再拉直橡皮膜(1-9)，使其另一端套在对接好的第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)顶部的外壁上；通过真空泵向第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)内壁的导气槽抽真空的方式使得橡皮膜(1-9)平整地贴紧第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)的内壁后，由第二橡胶圈(1-8)将橡皮膜(1-9)的另一端固定于对接好的第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)顶部的外壁；
(3)在对接好的带橡皮膜(1-9)的第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)的顶部水平地安装顶部套环(1-4)，使得顶部套环(1-4)与橡皮膜(1-9)、第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)的外壁紧密地连接，完成试样装填部分(1)的安装；
(4)设计试验土样分层填筑试验方案：分n层填筑，每层填筑土体试样重量m＝M/n，每层填筑土体试样高度l＝L/n，其中，M是试样总重量，L为试样高度；
(5)向试样装填部分(1)依次安装带压实锤(2-3)的压实杆(2-4)和压实套筒(2-1)，读取压实套筒零刻度线(2-2-1)对应的压实杆(2-4)的刻度读数a1；依次拆除压实套筒(2-1)和带压实锤(2-3)的压实杆(2-4)后，向试样装填部分(1)内倒入重量为m的第一层土样；再次安装带压实锤(2-3)的压实杆(2-4)和压实套筒(2-1)，使得压实套筒(2-1)的内壁、顶部套环(1-4)开口的内壁和对接好的带橡皮膜(1-9)的第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)的内壁对齐；压实锤(2-3)接触未压实的第一层填筑土体的顶面，读取压实套筒零刻度线(2-2-1)对应的压实杆(2-4)的刻度读数为b1+k，k表示压实次数；未压实前取k＝0，即压实套筒零刻度线(2-2-1)对应的压实杆(2-4)的刻度读数为b1；
(6)采用带压实锤(2-3)的压实杆(2-4)压实第一层填筑土体，每次压实时，压实锤(2-3)的落距为l0，即压实杆(2-4)从压实套筒零刻度线(2-2-1)对应的刻度为b1+k+l0处落下；第一次压实时，压实杆(2-4)从压实套筒零刻度线(2-2-1)对应的刻度为b1+l0处落下；多次压实后第一层填筑土体的最终压实高度为l，即压实锤(2-3)接触压实的第一层填筑土体的顶面时，压实套筒零刻度线(2-2-1)对应的压实杆(2-4)的刻度读数a2＝a1+l；保证每一次压实前后填筑土层的顶面均匀水平；
(7)将第一层填筑完成的土体的表面用竹签刮毛后，向试样装填部分(1)内倒入重量为m的第二层土样，压实第二层填筑土体，如此往复直至高度为L的试样压实完成；
(8)依次拆除压实套筒(2-1)、带压实锤(2-3)的压实杆(2-4)、顶部套环(1-4)和第二橡胶圈(1-8)后，在均匀水平的试样顶面上安装土单元体试样顶帽(6)，使得土单元体试样顶帽(6)的中轴线与试样中轴线的连线重合；将套在第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)顶部外壁的橡皮膜(1-9)翻起套在顶帽(6)上并通过第二橡胶圈(1-8)固定；
(9)采用抽真空部分和抽真空预饱和配件(3)辅助拆模，首先关闭土工试验仪器底座(7)上连通试样底部的阀门，将抽真空预饱和配件(3)底部的第一进气/进水阀(3-3)与顶帽通管(6-1)连接，再将抽真空预饱和配件(3)顶部的通气口(3-7)与带真空压力控制阀的真空泵连接；在第一有机玻璃圆筒(3-1)内注入无气水后，通过橡皮圈将第一有机玻璃圆筒(3-1)与盖帽(3-5)密封连接；将真空压力控制阀关闭，打开第一进气/进水阀(3-3)、抽真空阀门(3-6)和控制顶帽通管(6-1)的阀门，启动真空泵，缓慢调节真空压力控制阀至真空压力稳定地维持在-20kPa；通过施加的负压使得试样竖直稳定后，分别依次拆除第一环形箍(1-5)和第二环形箍(1-6)、第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)、底部套环(1-3)；通过真空压力控制阀控制真空压力稳定地维持在-20kPa，使得试样保持稳定，制得非饱和土试样；
(10)预饱和步骤：将二氧化碳气罐的控制阀门与土工试验仪器底座(7)上连通试样底部的阀门连接后，打开二氧化碳气罐的控制阀门和土工试验仪器底座(7)上连通试样底部的阀门，向试样缓慢地通入二氧化碳；调节二氧化碳气罐的控制阀门，使得第一有机玻璃圆筒(3-1)内气泡均匀缓慢；通过真空压力控制阀控制真空压力稳定地维持在-20kPa，持续缓慢地向试样内通二氧化碳气体30min后，关闭土工试验仪器底座(7)上连通试样底部的阀门和二氧化碳气罐的控制阀门；
关闭通水预饱和配件(4)底部的第二进气/进水阀(4-3)，向第二有机玻璃圆筒(4-1)内注入足量的无气水后，排除连接导管内气体，通过连接导管将土工试验仪器底座(7)上连通试样底部的阀门与第二进气/进水阀(4-3)连接；打开土工试验仪器底座(7)上连通试样底部的阀门与第二进气/进水阀(4-3)，在真空压力作用下，第二有机玻璃圆筒(4-1)内的无气水将缓缓地注入试样中；通过真空压力控制阀控制真空压力稳定地维持在-20kPa，持续向试样内注入无气水；待第一有机玻璃圆筒(3-1)内气泡完全消失后，依次关闭土工试验仪器底座(7)上连通试样底部的阀门和控制顶帽通管(6-1)的阀门、第一进气/进水阀(3-3)和第二进气/进水阀(4-3)、真空泵，制得饱和土试样。
5.根据权利要求4所述的一种土工试验无粘性土试样的制备方法，其特征在于：所述橡皮膜(1-9)是通过真空泵向第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)内壁的导气槽抽真空的方式，使其平整地贴紧第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)的内壁；在试样分层填筑过程中，所述橡皮膜(1-9)持续平整地贴紧第一对开模(1-1)和第二对开模(1-2)的内壁。
6.根据权利要求4所述的一种土工试验无粘性土试样的制备方法，其特征在于：土样压实过程中，所述试样装填部分(1)和试样压实部分(2)各个组成部分的中轴线、试样中轴线与土单元体试样底座(5)中轴线的连线保持重合；采用梅花形方式压实试样。
7.根据权利要求4所述的一种土工试验无粘性土试样的制备方法，其特征在于：试样总质量的计算公式为式中，d、L、e、ω和ds分别为试样的直径、高度、孔隙比、含水量和土颗粒重度，ρw为水的密度；其中，ω的值由制样方法确定，当制备饱和土试样时，若采用湿捣法制样时，ω取5％；若采用落砂法制样时，ω取0；当制备非饱和土试样时，ω为试样实际含水量。
8.根据权利要求4所述的一种土工试验无粘性土试样的制备方法，其特征在于：当压实套筒零刻度线(2-2-1)对应的压实杆(2-4)的刻度读数超过压实杆(2-4)的最大刻度amax，即压实锤(2-3)进入压实套筒(2-1)时，每次分层填筑土体的最终压实高度根据压实锤(2-3)接触压实的该层填筑土体的顶面时，压实杆(2-4)的最大刻度amax对应的压实套筒(2-1)的刻度线刻度为an+1＝an+l-amax确定，其中，n表示试样分层填筑的次数；
每次压实土样时，压实杆(2-4)从压实杆(2-4)的最大刻度amax对应的压实套筒(2-1)的刻度线刻度为b1+k+l0-amax处落下。
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