一种原状土三轴试样旋降制取装置及方法与流程

1.本发明涉及岩土工程领域，特别是涉及一种原状土三轴试样旋降制取装置及方法。


背景技术：

2.岩土工程的设计和施工需要根据工程地点的地质情况而定，因此在设计和施工前需要对施工地点进行勘测，确定现场的原状土的力学性质和稳定性，原状土力学性质的测定就需要用到原状土三轴试样，原状土三轴试样三轴压缩试验可测定土样不同应力路径和排水条件下的抗剪强度。原状土进行三轴力学试验测试时，需把现场取得的原状土土体试样再制成标准试样；为了减少制样过程对原状土土样的扰动，必须使用合适的制样设备，通常被称为切土器或制样器。
3.目前，实验室中的制样器一般采用土样旋转、刀具静止的切削方法，原理参考机床，此方法在切削过程中土样高速旋转容易使获得的土样发生离散破碎，导致试验数据与实际情况存在较大偏差；即使存在少量的土样静止、刀具旋转的制样器，其切削刀具为固定式，一次直接切割由于进给量大容易导致土样崩裂，多次切割又由于刀具固定不能调节，需要频繁更换刀具，切削效率低。因此亟需一种原状土三轴试样旋降制取装置能方便的进行多次切削。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种原状土三轴试样旋降制取装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种原状土三轴试样旋降制取装置，包括
6.承托机构，所述承托机构用于安装原状土坯料，所述承托机构包括底座，所述底座上设置有调平组件；所述底座的顶端设置有装夹装置；
7.切削机构，所述切削机构设置在所述承托机构内的上方，用于切削安装在所述装夹装置顶端的所述原状土坯料；所述切削机构包括切削动力组件，所述切削动力组件的底端可拆卸连接有刀盘组件，所述刀盘组件用于切削所述原状土坯料；
8.支撑机构，所述支撑机构设置在所述承托机构和所述切削机构之间，用于支撑所述切削机构和带动所述切削机构上下运动；所述支撑机构包括与所述切削机构滑动连接的支撑杆组，所述支撑杆组的底端设置有升降动力组件，所述升降动力组件固定安装在所述底座的顶端。
9.优选的，所述底座包括底板，所述底板的顶端固接有顶板，所述顶板的中心开设有安装槽，所述装夹装置设置在所述安装槽内。
10.优选的，所述调平组件包括若干调平支柱和测平装置，若干所述调平支柱周向等间距垂直固定在所述底座的顶面，所述调平支柱的顶面与所述顶板的底面固接；所述测平
装置设置在所述装夹装置的顶端。
11.优选的，所述装夹装置包括设置在所述安装槽内的承托机构和固定安装在所述顶板顶面的夹持组件；所述承托机构包括固定安装在所述安装槽底端的承托推杆，所述承托推杆的输出端固接有承托板，所述承托板与所述安装槽相适配，所述测平装置设置在所述承托板的顶端；所述装夹装置与所述安装槽同心设置。
12.优选的，所述夹持组件包括固接在所述顶板顶面的固定环，所述固定环外转动连接有调节环；所述调节环的内腔开设有若干弧形槽，所述弧形槽内滑动连接有夹持杆的一端，所述夹持杆的另一端伸出所述固定环的侧壁并与所述固定环滑动连接。
13.优选的，所述切削动力组件包括与所述支撑杆组滑动连接的动力架，所述动力架的顶端固定安装有切削电机，所述切削电机的输出端伸入所述动力架内腔并啮合连接有切削环；所述切削环与所述动力架转动连接，所述切削环的底端可拆卸连接有刀盘组件。
14.优选的，所述刀盘组件包括与所述切削环可拆卸连接的本体环，所述本体环的环体空腔内转动连接有切削齿轮，所述切削齿轮的顶面周向等间距啮合连接有若干切削刀架，所述切削刀架与所述本体环的侧壁滑动连接；所述切削刀架朝向所述本体环的内圆方向末端固接有切刀。
15.一种原状土三轴试样旋降制取方法，包括以下步骤：
16.原状土坯料采样并检查原状土坯料的内部液性；
17.调平承托机构；
18.装夹原状土坯料；
19.架设切削机构并调节刀盘组件；
20.切削原状土坯料；
21.清理切屑获得原状土三轴试样。
22.优选的，所述步骤切削原状土坯料中，切削需要分若干次进行，每次切削都从原状土坯料的顶端切削到底端，再将切削机构升高，再次调节刀盘组件进行切削。
23.优选的，所述步骤切削原状土坯料中，每次切削原状土坯料高度的1/3-1/2时，停止切削，清理一次切屑。
24.本发明公开了以下技术效果：本发明公开一种原状土三轴试样旋降制取装置及方法，通过调平组件将底座和夹持装置调平，使得切削原状土坯料获得的原状土三轴试样垂直度高，不会垂涎倾斜，使原状土三轴试样的试验效果好，试验结果准确度高；切削机构通过动力组件带动刀盘组件转动，切削固定在承托机构上的原状土坯料，原状土坯料固定，刀具转动，降低了切削过程对原状土坯料的影响，降低获得的原状土三轴试样的试验误差；刀盘组件方便调节刀具的切削量，方便快捷，无需拆卸更换刀具，切削效率高。本发明结构简单，操作方法简洁，切削过程中对原状土坯料的影响小，避免切削过程中的不确定因素和人为因素的影响，提高试验数据的准确度。
附图说明
25.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。
26.图1为本发明原状土三轴试样旋降制取装置三维图；
27.图2为本发明承托机构俯视图；
28.图3为图2中a-a的剖视图；
29.图4为夹持装置的结构示意图；
30.图5为本发明刀盘组件的三维图；
31.图6为本发明刀盘组件的结构示意图；
32.图7为图6中b-b的剖视图；
33.图8为本发明原状土三轴试样旋降制取装置使用过程示意图；
34.图9为本发明承托推杆结构示意图；
35.其中，1、原状土坯料；2、底座；3、调平组件；4、装夹装置；5、切削动力组件；6、刀盘组件；7、支撑杆组；8、升降动力组件；21、底板；22、顶板；23、安装槽；31、调平支柱；32、测平装置；41、承托推杆；42、承托板；43、固定环；44、调节环；45、弧形槽；46、夹持杆；51、动力架；52、切削电机；53、切削环；61、本体环；62、切削齿轮；63、主动齿轮；64、切削刀架；65、切刀；66、调节孔；651、刀柄；652、刀片；71、光滑杆；72、螺杆。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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。
37.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
38.参照图1-9本发明提供一种原状土三轴试样旋降制取装置，
39.包括
40.承托机构，承托机构用于安装原状土坯料1，承托机构包括底座2，底座2上设置有调平组件3；底座2的顶端设置有装夹装置4；
41.切削机构，切削机构设置在承托机构内的上方，用于切削安装在装夹装置4顶端的原状土坯料1；切削机构包括切削动力组件5，切削动力组件5的底端可拆卸连接有刀盘组件6，刀盘组件6用于切削原状土坯料1；
42.支撑机构，支撑机构设置在承托机构和切削机构之间，用于支撑切削机构和带动切削机构上下运动；支撑机构包括与切削机构滑动连接的支撑杆组7，支撑杆组7的底端设置有升降动力组件8，升降动力组件8固定安装在底座2的顶端。
43.本装置通过调平组件3将底座2和夹持装置调平，使的切削原状土坯料1获得的原状土三轴试样垂直度高，不会垂涎倾斜，使原状土三轴试样的试验效果好，试验结果准确度高；切削机构通过动力组件带动刀盘组件6转动，切削固定在承托机构上的原状土坯料1，原状土坯料1固定，刀具转动，降低了切削过程对原状土坯料1的影响，降低获得的原状土三轴试样的试验误差；刀盘组件6方便调节刀具的切削量，方便快捷，无需拆卸更换刀具，切削效率高。
44.进一步的，支撑杆组7包括两根与所述底座2固接的光滑杆71和一根与升降动力组件8传动连接的螺杆72，螺杆72与升降动力组件8螺纹连接，光滑杆71与切削动力组件5滑动连接，通过螺杆72的转动带动切削机构的升降运动。
45.进一步优化方案，底座2包括底板21，底板21的顶端固接有顶板22，顶板22的中心开设有安装槽23，装夹装置4设置在安装槽23内。使用时底板21固定在试验场所的平地上，然后通过调平组件3将顶板22调平，确保装夹在顶板22上的原状土坯料1的垂直度。
46.进一步优化方案，调平组件3包括若干调平支柱31和测平装置32，若干调平支柱31周向等间距垂直固定在底座2的顶面，调平支柱31的顶面与顶板22的底面固接；测平装置32设置在装夹装置4的顶端。通过测平装置32安装在顶板22上的装夹装置4的水平度，动过底板21与顶板22之间的调平支柱31进行调平。调平支柱31的工作原理和调平方法为现有技术，此处不进行赘述。
47.进一步的，测平装置32包括但不限于气泡水平尺和水平传感器，二者的工作原理和使用方法为现有技术，此处不进行赘述。
48.进一步优化方案，装夹装置4包括设置在安装槽23内的承托机构和固定安装安装在顶板22顶面的夹持组件；承托机构包括固定安装在安装槽23底端的承托推杆41，承托推杆41的输出端固接有承托板42，承托板42与安装槽23相适配，测平装置32设置在承托板42的顶端；装夹装置4与安装槽23同心设置；夹持组件包括固接在顶板22顶面的固定环43，固定环43外转动连接有调节环44；调节环44的内腔开设有若干弧形槽45，弧形槽45内滑动连接有夹持杆46的一端，夹持杆46的另一端伸出固定环43的侧壁并与固定环43滑动连接。使用时，通过调平组件3将顶板22调平，进而使承托板42水平，保证固定在承托板42上的原状土坯料1的垂直度；弧形槽45的两端与固定环43的距离不等，弧形槽45两端之间平滑变化；使用时通过承托推杆41将承托板42抬高出安装槽23，然后将原状土坯料1放到承托板42上，再将承托板42下降入安装槽23内；转动调节环44，弧形槽45随调节环44转动，夹持杆46在弧形槽45的推动下向原状土坯料1伸出，最终将原状土坯料1夹持在承托板42的中心位置。若干支撑杆同步运动，确保原状土坯料1的位置不会偏差。
49.进一步优化方案，切削动力组件5包括与支撑杆组7滑动连接的动力架51，动力架51的顶端固定安装有切削电机52，切削电机52的输出端伸入动力架51内腔并啮合连接有切削环53；切削环53与动力架51转动连接，切削环53的底端可拆卸连接有刀盘组件6。切削电机52带动切削环53转动，进而带动切削环53下方的刀盘组件6高速转动，完成切削工作。
50.进一步的，切削电机52的转速包括若干档位，根据不同的原状土坯料1土质进行选择。
51.进一步优化方案，刀盘组件6包括与切削环53可拆卸连接的本体环61，本体环61的环体空腔内转动连接有切削齿轮62，切削齿轮62的顶面周向等间距啮合连接有若干切削刀架64，切削刀架64与本体环61的侧壁滑动连接；切削刀架64朝向本体环61的内圆方向末端固接有切刀65。切削齿轮62转动，带动与切削齿轮62顶端啮合的切削刀架64同时向中心运动或远离，进而调节切刀65的位置，进而改变切削的直径。
52.进一步的，本体环61的顶端开设有调节孔66，调节孔66的下端转动连接有主动齿轮63，主动齿轮63的侧壁与切削齿轮62啮合连接，通过六角扳手转动主动齿轮63，带动切削齿轮62转动完成调节。
53.进一步的，切刀65包括刀柄651，刀柄651的顶端与切削刀架64固接，刀柄651的底端固接有刀片652，若干个刀片652构成环形，刀片652具有一定的角度，便于切削。
54.一种原状土三轴试样旋降制取装置使用方进一步优化方案，括以下步骤：
55.原状土坯料1采样并检查原状土坯料1的内部液性；通过专用的采样器采取目标地层的土样，获得原状土坯料1，原状土坯料1的外形大于最终的原状土三轴试样，预留足够的余量。
56.调平承托机构；通过测评装置测量，调节调平支柱31，将安装槽23内的承托板42的顶面调平，保持原状土坯料1安装后的垂直度。
57.装夹原状土坯料1；承托推干将承托杆抬高出安装槽23，然后将原状土坯料1放到承托板42上，再将承托板42下降入安装槽23内，转动调节环44，弧形槽45随调节环44转动，夹持杆46在弧形槽45的推动下向原状土坯料1伸出，最终将原状土坯料1夹持在承托板42的中心位置。
58.架设切削机构并调节刀盘组件6；将切削结构安装到原状土坯料1上方一定位置，然后用六角扳手转动主动齿轮63，带动与切削齿轮62顶端啮合的切削刀架64同时向中心运动或远离，进而调节切刀65的位置，进而改变切削的直径，使切削直径略小于原状土坯料1的直径；切削的进给量根据原状土坯料1的土质性质确定。
59.切削原状土坯料1；开启切削电机52，带动切刀65旋转，切削原状土坯料1的外缘；同时开启升降动力组件8，带动螺杆72转动，使切削机构缓慢下降，直到切刀65切削到靠近夹持装置的位置；停止切削电机52，反转升降动力组件8将切削结构升高到原状土坯料1的顶端上方；再次减小切削直径，重复切削步骤，直到原状土坯料1的直径达到预定的要求。
60.清理切屑获得原状土三轴试样。清理切削下来的碎土，然后从下端的切削末端锯断原状土坯料1，并将原状土坯料1的上方锯掉一段，使剩下的原状土坯料1与设计的尺寸相同，获得原状土三轴试样。
61.进一步优化方案，步骤切削原状土坯料1中，每次切削原状土坯料1高度的1/3/-1/2/时，停止切削，清理一次切屑。每隔一段距离停止切削，清理切屑，防止切屑影响切削的准确度。
62.原状土坯料1采样并检查原状土坯料1的内部液性；通过专用的采样器采取目标地层的土样，获得原状土坯料1，原状土坯料1的外形大于最终的原状土三轴试样，预留足够的余量。
63.调平承托机构；通过测评装置测量，调节调平支柱31，将安装槽23内的承托板42的顶面调平，宝成原状土坯料1安装后的垂直度。
64.装夹原状土坯料1；承托推杆41将承托板42抬高出安装槽23，然后将原状土坯料1放到承托板42上，再将承托板42下降入安装槽23内，转动调节环44，弧形槽45随调节环44转动，夹持杆46在弧形槽45的推动下向原状土坯料1伸出，最终将原状土坯料1夹持在承托板42的中心位置。
65.架设切削机构并调节刀盘组件6；将切削结构安装到原状土坯料1上方一定位置，然后用六角扳手转动主动齿轮63，带动与切削齿轮62顶端啮合的切削刀架64同时向中心运动或远离，进而调节切刀65的位置，进而改变切削的直径，使切削直径略小于原状土坯料1的直径；切削的进给量根据原状土坯料的土质性质确定。
66.切削原状土坯料1；开启切削电机52，带动切刀65旋转，切削原状土坯料1的外缘；同时开启升降动力组件8，带动螺杆72转动，使切削机构缓慢下降，直到切刀65切削到靠近夹持装置的位置；停止切削电机52，反转升降动力组件8将切削结构升高到原状土坯料1的顶端上方；再次减小切削直径，重复切削步骤，直到原状土坯料的直径达到预定的要求。
67.清理切屑获得原状土三轴试样。清理切削下来的碎土，然后从下端的切削末端锯断原状土坯料1，并将原状土坯料的上方锯掉一段，使剩下的原状土坯料1与设计的尺寸相同，获得原状土三轴试样。
68.进一步优化方案，步骤切削原状土坯料1中，每次切削原状土坯料1高度的1/3/-1/2/时，停止切削，清理一次切屑。每隔一段距离停止切削，清理切屑，防止切屑影响切削的准确度。
69.使用方法：
70.通过专用的采样器采取目标地层的土样，获得原状土坯料1，原状土坯料1的外形大于最终的原状土三轴试样，预留足够的余量。
71.通过测平装置32测量，调节调平支柱31，将安装槽23内的承托板42的顶面调平，保证原状土坯料1安装后的垂直度。
72.承托推杆41将承托板42抬高出安装槽23，然后将原状土坯料1放到承托板42上，再将承托板42下降入安装槽23内，转动调节环44，弧形槽45随调节环44转动，夹持杆46在弧形槽45的推动下向原状土坯料1伸出，最终将原状土坯料1夹持在承托板42的中心位置。
73.将切削结构安装到原状土坯料1上方一定位置，然后用六角扳手转动主动齿轮63，带动与切削齿轮62顶端啮合的切削刀架64同时向中心运动或远离，进而调节切刀65的位置，进而改变切削的直径，使切削直径略小于原状土坯料1的直径；切削的进给量根据原状土坯料1的土质性质确定。
74.开启切削电机52，带动切刀65旋转，切削原状土坯料1的外缘；同时开启升降动力组件8，带动螺杆72转动，使切削机构缓慢下降，直到切刀65切削到靠近夹持装置的位置；停止切削电机52，反转升降动力组件8将切削结构升高到原状土坯料1的顶端上方；再次减小切削直径，重复切削步骤，直到原状土坯料1的直径达到预定的要求。切削过程中，每隔一段距离停止切削，清理切屑，防止切屑影响切削的准确度。
75.清理切削下来的碎土，然后从下端的切削末端锯断原状土坯料1，并将原状土坯料1的上方锯掉一段，使剩下的原状土坯料1与设计的尺寸相同，获得原状土三轴试样。
76.本发明结构简单，操作方法简洁，切削过程中对原状土坯料1的影响小，避免切削过程中的不确定因素和人为因素的影响，提高试验数据的准确度。
77.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，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。
78.以上的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。