水化學條件下土體環剪實驗試樣制備裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種水化學條件下土體環剪實驗試樣制備裝置。它主要由上承壓板、下承壓板、上內環、下內環、上外環、下外環、上剛性承壓柱、下剛性承壓柱、緊箍套、上透水蓋板、下透水蓋板和環形裝樣槽組成。該裝置通過可拆分的上下外環、內環和剛性承壓柱設計，在滿足環剪試驗試樣規格準確控制的同時，不僅用于土體環剪試樣的制備，還可用于土與混凝土接觸環剪試樣的制備。外環、內環和透水蓋板均為鋼化玻璃材料，適用于考慮水化學溶液腐蝕條件對制樣設備的影響，并有效了克服土體試樣長時間浸泡膨脹松散的現象。本實用新型結構合理，拆卸方便，可靠性高，可廣泛應用于巖土邊坡工程中土體以及土與混凝土接觸面力學參數測試的環剪實驗。
【專利說明】水化學條件下土體環剪實驗試樣制備裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種用于水化學條件下土體環剪實驗的試樣制備裝置，該裝置可廣泛應用于巖土邊坡工程中土體以及土與混凝土接觸面力學參數測試的環剪實驗試樣制備。
【背景技術】
[0002]因自然和人工開挖形成的巖土邊坡廣泛分布于江河庫岸、水利水電和交通等工程中，其中大部分邊坡不可避免受水位變化、降雨人類生活污水等多因素作用的影響，使得邊坡巖土體通常處于水化學環境條件下，容易發生局部或大范圍內的變形破壞，進而導致滑坡地質災害的發生，危及工程建設運營和人類生命財產安全。
[0003]隨著水化學環境的不斷變化，邊坡在變形演化過程中，其土體的物理力學參數也處于不斷變異狀態，如彈性模量、抗剪強度參數改變等。為研究土體的物理力學性質，一系列土工實驗儀器被發明制造出來。其中，環剪儀在測定土體的抗剪強度和殘余剪切參數方面具有剪切面恒定不變而且位移保持連續的特點，具有能精確地測定長距離移動條件下土體強度參數變化規律的優點，在邊坡穩定性研究中獲得了廣泛認可和應用。常見的環剪儀如德國的ARS-E2自動非飽和土動態環剪儀、日本誠研社DTA-138環剪儀等。
[0004]盡管環剪儀設備技術已較為成熟，但通常都沒有與之配套的試樣制備模具，需要實驗人員根據實驗需求自行設計制作。而現有模具的承壓板和內外環結構在設計制作時為了使得試驗人員便于拆卸，往往出現模具接縫處不夠緊密的現象，從而導致土體在制樣過程中容易從縫隙中擠出，進而較大程度影響了測試結果精確性和可靠性。其次，現有模具內外環均為整體單一的剛性環形結構，在考慮土和混凝土接觸條件時，由于裝樣環形槽底部混凝土的水平面精度難以控制，因此不能實現土與混凝土接觸的環剪試驗試樣制作。再次，現有模具為了保證制樣時模具的剛度，在材料上均采用鋼材制作，均未考慮邊坡土體處于水化學環境的客觀條件，導致制備需要化學溶液浸泡的試樣時模具不具備耐腐蝕性，且模具蓋板缺乏充分的透水設計，因此，不能適用于水化學條件下不同酸堿性、不同離子影響的土體試樣制備。

【發明內容】

[0005]針對上述存在的缺陷，本實用新型的目的在于為水化學影響下巖土工程邊坡的土體力學參數室內實驗提供一種適用于水化學條件下土體環剪實驗的試樣制備裝置。
[0006]為了實現上述目的，其技術解決方案為:
[0007]水化學條件下土體環剪實驗試樣制備裝置，所述制備裝置包括上承壓板、下承壓板和活動嵌裝在上承壓板、下承壓板之間的內環及外環，所述內環是由上內環、下內環組成，所述外環是由上外環、下外環組成，上剛性承壓柱、下剛性承壓柱分別套裝在上內環、下內環內，下外環、下內環和下剛性承壓柱的上端面在同一水平面上，上外環與下外環通過第一螺栓連接，上剛性承壓柱與下剛性承壓柱通過第二螺栓連接，上內環和下內環、上外環和下外環活動嵌裝在上承壓板、下承壓板或上透水蓋板與下透水蓋板之間，所述的上透水蓋板和下透水蓋板的表面分別垂直開有五排環形間距4.5mm、孔徑2mm的上透水孔、下透水孔。
[0008]所述的上內環和下內環、上外環和下外環活動嵌裝在上承壓板、下承壓板時，上外環和下外環的外表面設置有緊箍套，緊箍套是由兩個半圓形鋼環通過第一螺桿連接而成，緊箍套與下承壓板通過第二螺桿連接。
[0009]所述的上內環和下內環、上外環和下外環活動嵌裝在上透水蓋板與下透水蓋板之間時，上透水蓋板與下透水蓋板通過第三螺桿連接。
[0010]所述的上承壓板和下承壓板為剛性材料，上內環、下內環、上外環、下外環、上透水蓋板、下透水蓋板為鋼化玻璃材料。
[0011]由于采用了以上技術方案，本實用新型水化學條件下土體環剪實驗試樣制備裝置，外環、內環和剛性承壓柱為上下兩部分即可拆卸又可緊密連接的結構，使得本裝置不僅可以制備純土體試樣，也可以制備模擬土體與混凝土相互作用接觸試樣，由于下外環和下內環上端面在同一水平面上，因此可實現對接觸面水平的精確控制。采用剛性的上承壓板、下承壓板和剛性承壓柱，并將緊箍套緊密安裝在上外環和下外環的外圍，以防上外環和下外環的鋼化玻璃環不致受壓樣時產生的側向壓力而破裂，確保了壓樣時對制樣裝置的剛度要求，并克服了土體在制樣過程中容易從縫隙中擠出的缺陷。上承壓板中心處設有螺紋孔，試樣壓制完成后通過該螺紋孔將與其匹配的螺栓旋擰進去，螺栓壓在剛性承壓柱上，通過反作用力可將上承壓板輕松取出，避免了少量土體壓入縫隙使上承壓板不易取下的難題。試樣浸泡時，采用鋼化玻璃材料的上透水蓋板、下透水蓋板，并將剛性緊箍套拆下，這樣使得浸泡土樣的模具均為鋼化玻璃材料，有效避免了鋼材不能受化學溶液腐蝕的缺陷。制樣裝置的外環、內環和透水蓋板均為鋼化玻璃材料，適用于考慮水化學溶液腐蝕條件對制樣設備的影響，并有效了克服土體試樣長時間浸泡膨脹松散的現象，多排環形透水孔的設計也使得土樣受水化學溶液浸泡時更為充分。本實用新型可廣泛實現水化學條件下環剪試驗試樣的制備，可靠性高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型的整體結構俯視圖。
[0013]圖2是圖1的A-A剖視圖。
[0014]圖3是本實用新型上透水蓋板的結構俯視圖。
[0015]圖4是圖3的B-B剖視圖。
[0016]圖5是本實用新型下透水蓋板的結構剖視圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本實用新型水化學條件下土體環剪實驗試樣制備裝置作進一步詳細的描述。
[0018]見附圖。
[0019]水化學條件下土體環剪實驗試樣制備裝置，所述制備裝置由上承壓板1、下承壓板
2、上透水蓋板15、下透水蓋板18、內環、外環和緊箍套12組成。上內環3、下內環4與上外環5、下外環6之間形成環形裝樣槽20。所述內環是由上內環3、下內環4組成，所述外環是由上外環5、下外環6組成，上剛性承壓柱7、下剛性承壓柱8分別套裝在上內環3、下內環4內，下外環6、下內環4和下剛性承壓柱(8)的上端面在同一水平面上，上外環5與下外環6通過第一螺栓9連接，上剛性承壓柱7與下剛性承壓柱8通過第二螺栓10連接，上內環3和下內環4、上外環5和下外環6活動嵌裝在上承壓板1、下承壓板2或上透水蓋板15與下透水蓋板18之間。上內環3和下內環4位于上外環5和下外環6內并在同一條中心線上，所述的上透水蓋板15和下透水蓋板18的表面分別垂直開有五排環形間距4.5mm、孔徑2mm的上透水孔16、下透水孔19。
[0020]所述的上內環3和下內環4、上外環5和下外環6活動嵌裝在上承壓板1、下承壓板2時，上外環5和下外環6的外表面設置有緊箍套12，緊箍套12是由兩個半圓形鋼環通過第一螺桿14連接而成，緊箍套12與下承壓板2通過第二螺桿13連接。
[0021]所述的上內環3和下內環4、上外環5和下外環6活動嵌裝在上透水蓋板15與下透水蓋板18之間時，上透水蓋板15與下透水蓋板18通過第三螺桿17連接。
[0022]所述的上承壓板I和下承壓板2為剛性材料。所述的上內環3、下內環4、上外環
5、下外環6、上透水蓋板15、下透水蓋板18為鋼化玻璃材料。
[0023]制備土體試樣時，根據土體原狀樣的比重和環形裝樣槽20的體積，配置一定質量的土樣，將土樣均勻散布在環形裝樣槽20內，通過千斤頂將上承壓板I的環形突起部分完全壓入環形裝樣槽20內，再分步將剩余的其他土樣按同樣的方法全部壓入環形裝樣槽20內，則壓樣過程結束。當考慮水化學條件影響對土體試樣進行浸泡時，將外環緊箍套12拆下，把上承壓板1、下承壓板2分別替換成上透水蓋板15、下透水蓋板18，并將上透水蓋板15和下透水蓋板18通過螺桿17緊密連接，將連接好的裝置整體放入化學溶液中進行浸泡。
[0024]制備土體與混凝土相互作用的接觸試樣時，首先，將下內環4、下外環6、下剛性承壓柱8嵌入下承壓板2中；然后，將混凝土材料澆灌入環形裝樣槽20內，用刮刀將混凝土表面抹平，并與下外環6、下內環4的上端面平齊，待混凝土凝固后，分別將上外環5、上內環4和上剛性承壓柱7通過第一螺栓9和第二螺栓10緊密連接；而后，將外環緊箍套12緊密安裝在上外環5和下外環6的外圍，并通過螺桿13與下承壓板2緊密連接；最后，分步將配置好的一定質量的土樣均勻散布在環形裝樣槽20內，通過千斤頂將上承壓板I的環形突起部分完全壓入環形裝樣槽20內。當需要對土體與混凝土相互作用的接觸試樣進行浸泡時，同樣將外環緊箍套12拆下，將上承壓板1、下承壓板2分別替換成上透水蓋板15、下透水蓋板18，并將上透水蓋板15和下透水蓋板18通過螺桿17緊密連接，將連接好的裝置整體放入化學溶液中進行浸泡。
【權利要求】
1.水化學條件下土體環剪實驗試樣制備裝置，所述制備裝置包括上承壓板(I)、下承壓板(2)和活動嵌裝在上承壓板(I)、下承壓板(2)之間的內環及外環，其特征在于:所述內環是由上內環(3)、下內環(4)組成，所述外環是由上外環(5)、下外環(6)組成，上剛性承壓柱(7)、下剛性承壓柱(8)分別套裝在上內環(3)、下內環(4)內，下外環(6)、下內環(4)和下剛性承壓柱(8 )的上端面在同一水平面上，上外環(5 )與下外環(6 )通過第一螺栓(9 )連接，上剛性承壓柱(7)與下剛性承壓柱(8)通過第二螺栓(10)連接，上內環(3)和下內環(4)、上外環(5 )和下外環(6 )活動嵌裝在上承壓板(I)、下承壓板(2 )或上透水蓋板(15 )與下透水蓋板(18)之間，所述的上透水蓋板(15)和下透水蓋板(18)的表面分別垂直開有五排環形間距4.5mm、孔徑2mm的上透水孔(16)、下透水孔(19)。
2.根據權利要求1所述的水化學條件下土體環剪實驗試樣制備裝置，其特征在于:所述的上內環(3)和下內環(4)、上外環(5)和下外環(6)活動嵌裝在上承壓板(I)、下承壓板(2)時，上外環(5)和下外環(6)的外表面設置有緊箍套(12)，緊箍套(12)是由兩個半圓形鋼環通過第一螺桿(14)連接而成，緊箍套(12)與下承壓板(2)通過第二螺桿(13)連接。
3.根據權利要求1所述的水化學條件下土體環剪實驗試樣制備裝置，其特征在于:所述的上內環(3)和下內環(4)、上外環(5)和下外環(6)活動嵌裝在上透水蓋板(15)與下透水蓋板(18)之間時，上透水蓋板(15)與下透水蓋板(18)通過第三螺桿(17)連接。
4.根據權利要求1所述的水化學條件下土體環剪實驗試樣制備裝置，其特征在于:所述的上承壓板(I)和下承壓板(2)為剛性材料。
5.根據權利要求1所述的水化學條件下土體環剪實驗試樣制備裝置，其特征在于:所述的上內環(3)、下內環(4)、上外環(5)、下外環(6)、上透水蓋板(15)、下透水蓋板(18)為鋼化玻璃材料。
【文檔編號】G01N1/28GK203502268SQ201320512097
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年8月21日 優先權日:2013年8月21日
【發明者】李邵軍, 魯燕兒, 江權, 李耀 申請人:中國科學院武漢巖土力學研究所