一种饱和器、三轴试验制样装置及制样方法

1.本发明涉及岩土工程三轴试验试样制备，具体涉及一种饱和器、三轴试验制样装置及制样方法。


背景技术：

2.三轴试验是岩土工程中获取岩土体物理参数的可靠方法，试验中试样制备质量对于试验精度及数据可靠性有重要影响。目前常见的用于试样制备的饱和器中，制样筒由三瓣模构成，单一瓣模与试样的接触面积大，取样时容易造成试样破坏，且取样时需分三次进行，次数较多。在完成取样后，再进行套膜工作，套膜时试样容易产生二次破坏。如cn109531798a，其存在如下问题：(1)采用三瓣模进行取样，拆模时即存在瓣模与试样接触面积大，取样次数多，试样表面容易破坏的问题；(2)用于取样的瓣环没有合适的施力点，在取样时容易施力不均将瓣模压歪，破坏试样；(3)取样时三瓣模外侧无限位，在瓣模快剥离时可能斜向带着表面土滑落，破坏试样。再如cn103969081a，其存在如下问题：(1)下压取样时施力点单一，易造成三瓣模取样时不在竖直方向，使得试样受三瓣模挤压变形；(2)取样时一次性脱离三瓣模，模具与试样接触面积较大，易对试样表面造成破坏；(3)取出的试样位于活塞盖中，需要再次取出，试验时需再对试样套膜，步骤繁琐，易造成试样破坏。


技术实现要素：

3.发明目的：本发明的目的是提出一种拆模时保证试样质量的饱和器，本发明的第二目的是提出一种拆模、套膜可同步进行的三轴试验制样装置，本发明的第三目的是提出一种三轴试验制样方法。
4.技术方案：本发明所述的饱和器，包括制样筒，所述制样筒包括第一筒体单元和第二筒体单元，第一筒体单元包括两块内壁固定有第一1/4圆内壳的半圆外壳；第二筒体单元包括固定环和两块在固定环内相对设置的第二1/4圆内壳；两块半圆外壳围合构成外筒，四块1/4圆内壳围合构成内筒。
5.本发明对传统三瓣式饱和器进行了改进，包括两个可相互分离的筒体单元，使得原先需要分三次完成取样减少为两次，同时降低了每次取样时试样和单一瓣模的接触面积，1/4圆内壳(相当于瓣模)与试样接触，单一瓣模接触面积由原先的1/3圆减少到1/4圆，可有效减少试样在取样时的破坏程度。
6.进一步地，所述制样筒端部设有限位套环，限位套环及第一、第二筒体单元间通过限位插销插接固定，使得饱和器形成一个整体，方便搬运取放。
7.进一步地，所述内筒上设有外套环，外套环上对称设有用于插接压杆的施力孔；外套环位于外筒顶部，固定环下方。外套环上对称插接压杆，压杆配合外套环可将第一筒体单元向下分离出，施力均匀，可避免取样时因受力不均导致土样变形。
8.本发明还保护一种三轴试验制样装置，包括取样器、限位套筒和上述的饱和器；取样器包括自上而下依次设置的取样套筒、取样铁环和磁性压环，磁性压环两侧设有压杆；限
位套筒包括筒体，筒体底部设有可拆卸的底座，筒体上设有供压杆上下移动的条形开口，筒体顶部设有用于固定取样套筒的螺孔。
9.限位套筒可防止其内的饱和器在取样末期，瓣模斜向带着表面土滑落破坏试样的情况发生。将取样套筒和取样铁环对接，将橡胶膜末端用橡皮筋固定于取样套筒外壁后，从取样套筒内部穿出并包裹在取样套筒外壁上；而后将饱和器和包裹好橡胶膜的取样套筒依次放入限位套筒中，通过限位套筒上的螺孔固定好取样套筒后，下压外套环脱离第一筒体单元，再下压磁性压环脱离第二筒体单元，磁性压环下移时在磁性力作用下带动取样铁环一同下移，将橡胶膜在取样的同时套在土样上。本发明的装置可实现取样和套膜同步进行，简化了制样流程，并可保证试样的完整性，其适用性强，不仅适于钢渣、矿渣、粉煤灰和砂性土等碎散性强、黏性弱的岩土材料的取样与套膜，也适于粘性土的取样与套膜。
10.进一步地，所述取样套筒外壁顶部设有周向槽。该周向槽配合橡皮筋可更好地将橡胶膜末端固定住。
11.进一步地，所述取样套筒上设有抽气孔，该抽气孔在取样套筒包裹好橡胶膜后，用于抽出橡胶膜与取样套筒内壁间的空气，使得橡胶膜贴紧取样套筒。
12.进一步地，所述压杆插接固定在磁性压环上。
13.进一步地，所述底座与筒体螺纹连接。
14.本发明还保护一种三轴试验制样方法，包括如下步骤：
15.(1)将饱和器上的限位插销全部拔出，取下限位套环，并将饱和器放入限位套筒中；
16.(2)将磁性压环放入限位套筒，将取样套筒和取样铁环对接，将橡胶膜末端用橡皮筋固定于取样套筒外壁后，从取样套筒内部穿出并包裹在取样套筒外壁上；
17.(3)将包裹好橡胶膜的取样套筒放入限位套筒中，在螺孔处旋入螺丝固定住取样套筒；
18.(4)下压外套环至条形开口底端，完成第一筒体单元的脱离；下压磁性压环至条形开口底端，完成第二筒体单元的脱离，同时取样铁环随磁性压环一同下滑，完成套膜工作。
19.如前所述，本发明可实现取样和套膜同步进行，简化了制样流程，并可保证试样的完整性。
20.有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下显著优点：(1)取样次数减少，且取样时试样与单一瓣模接触面积减少，可降低取样时试样的破坏程度；(2)制样装置适用性强，可实现取样和套膜同步进行，简化了制样流程，并可保证试样取样至套膜的完整性，提高三轴试验数据的可靠性。
附图说明
21.图1是制样装置的结构示意图；
22.图2是取样器的结构示意图；
23.图3是磁性压环的结构示意图；
24.图4是饱和器的结构示意图；
25.图5是第一筒体单元的结构示意图；
26.图6是第二筒体单元的结构示意图；
27.图7是饱和器封盖的结构示意图；
28.图8是限位插销的结构示意图；
29.图9是限位套筒的结构示意图。
具体实施方式
30.下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
31.如图1所示的三轴试验制样装置，包括取样器1、饱和器2和限位套筒3。
32.结合图2和图3，取样器1包括自上而下依次设置的取样套筒11、取样铁环12和磁性压环13，磁性压环13两侧设有压杆14，压杆14与磁性压环13插接配合。取样套筒11上设有抽气孔16，取样套筒11外壁顶部设有周向槽15。取样套筒11顶部、取样铁环12底部及磁性压环13顶部均作圆滑处理，以避免破坏橡胶膜。
33.结合图4至图8，饱和器2包括制样筒和两个饱和器封盖26，其中制样筒包括第一筒体单元21和第二筒体单元22，第一筒体单元21包括两块内壁固定有第一1/4圆内壳211的半圆外壳212。第二筒体单元22包括固定环222和两块在固定环222内相对设置的第二1/4圆内壳221。两块半圆外壳212围合构成外筒，四块1/4圆内壳围合构成内筒。内筒上设有外套环23，外套环23上对称设有用于插接压杆的施力孔，该外套环23位于外筒顶部，固定环222下方。制样筒两端设有限位套环24，限位套环24沿周向均匀设有四个限位孔，用于插入限位插销27固定第一、第二筒体单元。限位孔位置还留有卡槽，用以与饱和器封盖26的卡扣扣接，饱和器封盖26的沉槽中放置透水石25。
34.结合图9，限位套筒3包括筒体32和底座31，底座31上设有外螺纹34，其与筒体32螺纹连接。筒体32上设有供压杆14上下移动的条形开口33，筒体32顶部设有用于固定取样套筒11的螺孔35。
35.三轴试验制样方法，包括如下步骤：
36.(1)将筒体32和底座31通过螺纹34连接，形成完整的限位套筒3；
37.(2)将养护到龄期的饱和器2从养护箱中取出，拔出全部限位插销27，移除饱和器封盖26和限位套环24；
38.(3)将拆好的饱和器2放入限位套筒3中；
39.(4)将压杆14插入磁性压环13中，并将磁性压环13放入限位套筒3中；
40.(5)将取样套筒11和取样铁环12对接，将橡胶膜末端用橡皮筋固定于取样套筒11的周向槽15后，从取样套筒11内部穿出并包裹在取样套筒11外壁上，使用滴管或抽气筒在抽气孔16处抽气，使得橡皮膜贴紧取样套筒11内壁，捋平橡胶膜完成橡胶膜的包裹工作；
41.(6)将包裹好橡胶膜的取样套筒11放入限位套筒3中，并在限位套筒3的螺孔35处旋入螺丝固定住取样套筒11；
42.(7)在外套环23的施力孔中插入压杆14，下压压杆14至条形开口33底端后，去下压杆14，完成第一筒体单元21的脱离；
43.(8)下压磁性压环13至条形开口33底端，完成第二筒体单元22的脱离，随着取样铁环12随着磁性压环13一同下滑，套膜工作在第二筒体单元22脱离的同时完成；
44.(9)旋开底座31，依次取出底座31、第一筒体单元21、第二筒体单元22、限位套筒3和套好膜的试样。