CN201170760Y - 空心圆柱扭剪仪重塑样击实器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种空心圆柱扭剪仪重塑样击实器。它包括模具和击实器两部份，模具包括试样底座、试样外模具、试样内模具、外延长筒、内延长筒，在试样底座上设有试样外模具、试样内模具，样外模具上端设有外延长筒，试样内模具上端设有内延长筒，击实器包括整平环、下传力筒、上传力筒、击实筒盖板、击实锤、导杆、限位器，下传力筒下端设有整平环，击实筒盖板下方设有上传力筒，击实筒盖板顶部设有导杆，导杆上设有击实锤，导杆上端设有限位器。本实用新型不仅在使用上简捷，便于操作，节约了试验时间；更在制取均匀、达标的重塑样上达到了良好的效果。从而，为空心圆柱扭剪仪的重塑样试验提供了极大的帮助。

Description

空心圆柱扭剪仪重塑样击实器

技术领域

本实用新型涉及室内土动力学试验设备，尤其涉及一种空心圆柱扭剪仪重塑样击实器。

背景技术

分层击实法是室内土工试验中制备重塑样的常用方法，浙江大学与英国GDS公司联合开发了5Hz动态空心圆柱扭剪仪，但厂家只配置一根直径为5mm的长塑料振捣棒作为重塑样的击实工具，用此塑料棒作为击实工具，在制样时存在以下问题：1)各层层厚难以控制；2)各层的均匀度和各层层面的平整度难以控制；3)无法制备相对密度大的试样等问题。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种空心圆柱扭剪仪重塑样击实器。可以解决以上问题，完成空心圆柱扭剪仪重塑样的制样。

空心圆柱扭剪仪重塑样击实器包括模具和击实器两部份，模具包括试样底座、试样外模具、试样内模具、外延长筒、内延长筒，在试样底座上设有试样外模具、试样内模具，样外模具上端设有外延长筒，试样内模具上端设有内延长筒，击实器包括整平环、下传力筒、上传力筒、击实筒盖板、击实锤、导杆、限位器，下传力筒下端设有整平环，击实筒盖板下方设有上传力筒，击实筒盖板顶部设有导杆，导杆上设有击实锤，导杆上端设有限位器。试样底座设有试样外模具、试样内模具的圆形固定槽。

本实用新型所依附的主体仪器(空心圆柱扭剪仪)是一种尖端的土工试验仪器，在国内外均属同类仪器中的先进产品。然而由空心圆柱扭剪仪所提供的制作重塑样的仪器，在击实、捣平等方面有所欠缺，以至难以制取各向均匀的重塑样，使得试验结果的可靠性与精确性受到质疑。针对这个问题，本击实器经过严密的力学分析，针对试验特点，设计了最合理的方案：整平环的设计、动力部分的设计，以及制样模具内外延长筒的设计。各个设计环节合理而有效地利用了力学准则及材料特性，从而达到了良好的试验效果。在此后的试验研究中，该击实器不仅在使用上简捷，便于操作，节约了试验时间；更在制取均匀、达标的重塑样上达到了良好的效果。从而，为空心圆柱扭剪仪的重塑样试验提供了极大的帮助。

附图说明

附图是空心圆柱扭剪仪重塑样击实器及制样模具；

图中：试样底座1、试样外模具2、试样内模具3、土样4、整平环5、下传力筒6、上传力筒7、外延长筒8、内延长筒9、击实筒盖板10、击实锤11、导杆、限位器13。

具体实施方式

如附图所示，空心圆柱扭剪仪重塑样击实器包括模具和击实器两部份，模具包括试样底座1、试样外模具2、试样内模具3、外延长筒8、内延长筒9，在试样底座1上设有试样外模具2、试样内模具3，样外模具2上端设有外延长筒8，试样内模具3上端设有内延长筒9，击实器包括整平环5、下传力筒6、上传力筒7、击实筒盖板10、击实锤11、导杆12，限位器13，下传力筒6下端设有整平环5，击实筒盖板10下方设有上传力筒7，击实筒盖板10顶部设有导杆12，导杆12上设有击实锤11，导杆12上端设有限位器13。所述的试样底座1设有试样外模具2、试样内模具3的圆形固定槽。

本实用新型击实器分大、小两个尺寸，分别与空心圆柱大试样(大样尺寸：内径×外径×高/160×200×400mm)和小试样(小样尺寸：内径×外径×高/60×100×200mm)相对应，这里介绍了大试样击实器的设计原理(小样原理与大样相同)。

整平环的设计

标准三轴试样的直径为39.1mm，整平环的直径为38mm，制样时橡皮膜与击实器之间留出约0.5mm的间隙可使击实器灵活出入，减少与橡皮膜之间的摩擦，避免橡皮膜受击实器拉扯变形造成试样局部缺陷。对于空心圆柱样击实器，因其试样的横截面为圆环形，整平环的形状也必然要设计成为圆环形，整平环申入圆柱空腔后环与内外橡皮膜之间仍各留有1mm的间隙便于操作。

动力部分的设计

对于标准三轴实验的击实器，击实锤沿导杆下落，将重力势能转化为动能，再将能量传递给整平环至土样，以达到整平击实的效果，通过导杆顶端的限位器来控制重锤下落的高度从而控制每一击的击实功。击实锤的材料为不锈钢(密度为7.9g/cm²)，质量为311.2g，最大落距300mm，单位面积上的最大击实功为：

$W_{\mathrm{ave}}=m\·g\·H/\mathrm{\π}{R}_{\mathrm{TS}}^2=806.8J/m^2---\left(1\right)$

本实用新型导杆直径选为8mm，最大落距选为300mm，按最大落距单位面积上的击实功相同计算得到空心圆柱样击实锤的质量m_H为2793g。击实锤的直径定为76mm、高度为80mm；材料采用不锈钢，由此实际得到的击实锤质量为2835g，可以满足击实要求。

传力筒的设计

为了把动力部分的击实功有效的传递给整平环，传力筒需要有比较好的整体性，满足强度、变形和稳定性的要求，尽量减少能量的损失，同时也要满足使用灵活、便于操作等可用性的要求。传力筒采用厚度为3mm的不锈钢板弯制、焊接而成，整体性良好。传力筒分为上下两段，用螺栓连接，其中上段可以根据需要拆卸。当模具中土量低于标准试样高度的二分之一时，需将两段连接使用；当土量高于标准试样高度的二分之一时，可以拆掉上段，将下段与动力部分直接相连，便于人员操作，也有利于击实器的重心稳定、对正击实。

制样模具内外延长筒的设计

因模具边缘刚好是试样的高度，所以最后一层土样处于击实前的疏松状态时无法一次性装入原模具进行击实。在装入最后一层土之前，需要将模具延长。延长筒的长度，按照模具延长后刚好可以容纳最后一层土为标准，根据经验大样延长筒有效长度选取50mm，小样延长筒选取25mm。延长筒应与原模具接合连续、紧密，保证试样的完整性；外延长筒的内径与原外模具的内径保持一致，内延长筒的外径与原内模具的外径相同。

本实用新型的操作步骤如下

1)按照计算得到的干密度称取所需的干土样，根据制样的需要将土样平均分成若干份(这里以五份为例)。

2)组装好试样底座1、试样外模具2、试样内模具3，模具内外壁各套好橡皮膜，在底座的透水石上放好滤纸，用漏斗将第一份土样4均匀漏入圆柱形空腔内，漏入过程中保持漏斗始终以固定高度高于土样表面，并沿着圆柱空腔匀速旋转直至第一份土全部漏入制样模具中。

3)试样的高度为400mm，每份土样的厚度为80mm，在传力筒上预先标好标记，以便通过模具的上沿与标记校对每层土样是否达到了预定的高度。

4)先用塑料棍棒将第一层土样稍加捣平击实，将整平环5和下传力筒6、上传力筒7连接好，将整平环的内外沿涂好滑石粉防止整平环牵带橡皮膜。当整平环置于土样上后，检查内外橡皮膜是否仍贴紧内外模具，再连接好击实筒盖板10、击实锤11、导杆12、限位器13。如果需要制备的试样密度较小，需要采用低落距多击次的办法，防止击实过量；如果需要制备密度较大，可以采用较大的落距增加每一击的击实攻。击实过程中注意保持击实器的垂直度以保证本层土样的厚度均匀。

5)击实后将该层土的表面刮毛，以增加层间的连接和试样整体的完整性，防止出现分层现象，以同样的办法击实第二至第四层。第四层土装毕，先安装外延长筒8、内延长筒9，然后再装入第五层土并击实至原模具边缘。制样完成后，拆掉延长筒和内外模具。

Claims (2)

1.一种空心圆柱扭剪仪重塑样击实器，其特征在于包括模具和击实器两部份，模具包括试样底座(1)、试样外模具(2)、试样内模具(3)、外延长筒(8)、内延长筒(9)，在试样底座(1)上设有试样外模具(2)、试样内模具(3)，样外模具(2)上端设有外延长筒(8)，试样内模具(3)上端设有内延长筒(9)，击实器包括整平环(5)、下传力筒(6)、上传力筒(7)、击实筒盖板(10)、击实锤(11)、导杆(12)，限位器(13)，下传力筒(6)下端设有整平环(5)，击实筒盖板(10)下方设有上传力筒(7)，击实筒盖板(10)顶部设有导杆(12)，导杆(12)上设有击实锤(11)，导杆(12)上端设有限位器(13)。

2.根据权利要求1所述的一种空心圆柱扭剪仪重塑样击实器，其特征在于所述的试样底座(1)设有试样外模具(2)、试样内模具(3)的圆形固定槽。

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