本發(fā)明屬于巖土工程學(xué)科土工試驗(yàn)領(lǐng)域，具體涉及一種通過(guò)砝碼與氣壓聯(lián)合加載控制密度的重塑土樣制樣器。

背景技術(shù)：

根據(jù)相關(guān)土工試驗(yàn)規(guī)程(SL237-1999、JTGE40-2007)目前常用的重塑土樣制樣方法分為擊樣法和壓樣法，其中，擊樣法是根據(jù)制樣筒的容積和要求干密度計(jì)算所需濕土的質(zhì)量，并將其倒入制樣筒內(nèi)，將土樣一層或分層擊實(shí)成樣；壓樣法是根據(jù)壓樣器的容積和要求干密度計(jì)算所需濕土的質(zhì)量，濕土樣倒入預(yù)先裝好環(huán)刀的壓樣器內(nèi)，通過(guò)活塞采用靜壓力將土樣壓緊直到所需密度。

傳統(tǒng)的擊樣法在分層擊樣的過(guò)程中，由于制樣筒的直徑是固定的，為了確保土樣的干密度達(dá)到預(yù)定值，需要嚴(yán)格控制每層土樣的高度；壓樣法由于很難控制初始?jí)毫?，在直接加壓的情況下很容易造成土體擠出，因此，采用傳統(tǒng)方法所制土樣不均勻，土體內(nèi)容易形成孔洞；目前，一般通過(guò)觀察直尺或游標(biāo)卡尺的刻度來(lái)控制土樣的高度，即在一定擊實(shí)次數(shù)后，用直尺量取已擊實(shí)土樣的高度，若高度大于預(yù)定高度，則擊實(shí)，并重復(fù)前序步驟，一旦高度小于預(yù)定高度，說(shuō)明此時(shí)得到的試樣干密度比預(yù)定值大，為了確保制樣的精確性，則需要重新制樣、費(fèi)時(shí)費(fèi)力。另外，用直尺或游標(biāo)卡尺進(jìn)行圖樣高度的測(cè)量時(shí)，測(cè)量精度受人為因素的干擾較大，極易產(chǎn)生誤差，所得土樣不均勻，內(nèi)部容易出現(xiàn)孔洞。因此，如何設(shè)計(jì)出一種能精確控制密度的制樣裝置及制樣方法是一個(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的提供了一種通過(guò)砝碼與氣壓聯(lián)合加載控制密度的重塑土樣制樣器，通過(guò)兩種加載方式精確控制重塑土樣的含水率，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的重塑土樣密度不均勻、存在孔洞的問(wèn)題，最終達(dá)到了預(yù)定目標(biāo)重塑土樣干密度。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種通過(guò)砝碼與氣壓聯(lián)合加載控制密度的重塑土樣制樣器，包括氣壓加壓裝置部分和制樣筒部分，所述制樣筒部分包括豎直設(shè)置的試樣筒，試樣筒頂部通過(guò)壓桿連接砝碼，砝碼設(shè)置在壓桿頂部的托盤上，壓桿底部設(shè)置有用于對(duì)試樣筒內(nèi)土樣進(jìn)行施壓的壓盤，壓盤伸入試樣筒內(nèi)，試樣筒底部設(shè)置在加載氣缸平臺(tái)上，加載氣缸中設(shè)置有一控制平臺(tái)升降的活塞；氣壓加壓裝置部分包括連通的空氣壓縮機(jī)和氣壓控制器，空氣壓縮機(jī)通過(guò)氣壓控制器與加載氣缸連通，加載氣缸用于儲(chǔ)存空氣壓縮機(jī)所輸送的氣壓并進(jìn)行加載，活塞隨氣壓大小調(diào)節(jié)而改變平臺(tái)高度。

所述氣壓控制器包括顯示屏、氣壓調(diào)節(jié)旋鈕和輸出閥，其中，輸出閥為控制加載氣缸氣壓加載的開關(guān)，氣壓調(diào)節(jié)旋鈕用于調(diào)節(jié)輸出氣壓，顯示屏用于顯示空氣壓縮機(jī)當(dāng)前施加氣壓的具體數(shù)值。

所述壓盤上有一排水孔，排水孔上罩設(shè)有透水石，排水孔通過(guò)第二排水管連接至排水收集器。

試樣管的底部設(shè)置有排水孔，排水孔上罩設(shè)有透水石，排水孔通過(guò)第一排水管連接至排水收集器；第一排水管和第二排水管分別安裝有止水夾。

所述制樣筒部分固定在底座上，底座上設(shè)置有三個(gè)用于重塑土樣的制樣筒部分，氣壓加載裝置部分的三套氣壓控制器分別通過(guò)塑料管與三個(gè)加載氣缸相連。

還包括設(shè)置在制樣筒兩側(cè)的兩個(gè)支撐桿，兩支撐桿頂端固定有橫梁，橫梁上設(shè)置有一用于限定壓桿位移的鎖緊圈；其中一支撐桿頂部伸出有導(dǎo)桿，導(dǎo)桿上安裝有隨托盤升降的第一位移百分表，加載氣缸的平臺(tái)伸出有一托板，支撐桿下端安裝有隨托板升降的第二位移百分表。

所述排水收集器內(nèi)有水位刻度，排水收集器頂部設(shè)置有用于排水的排水管排水閥；所述排水收集器通過(guò)螺絲扣固定與支撐桿上。

所述空氣壓縮機(jī)采用靜音空氣壓縮機(jī)，空氣壓縮機(jī)通過(guò)過(guò)濾器與氣壓控制器相連。

所述壓盤的直徑與試樣筒內(nèi)徑相同。

所述試樣筒由不銹鋼合金材質(zhì)制成，內(nèi)徑5cm，呈圓柱狀，所述砝碼規(guī)格包括10000g、5006g、2604g和801g。

采用本發(fā)明制樣器進(jìn)行重塑土樣的方法如下，首先將要制備的土樣進(jìn)行充分飽和攪拌成和易性較好的泥漿并裝入試樣筒7中，并通過(guò)儀器上部砝碼先進(jìn)行加載，使試樣筒中的水分排出并收集至左側(cè)的排水收集管中，此時(shí)試樣已達(dá)到初步固結(jié)狀態(tài)；然后，通過(guò)加載氣缸進(jìn)行氣壓加載，通過(guò)空氣壓縮機(jī)進(jìn)行加壓，由于試樣筒直徑一定，將目標(biāo)重塑土樣的密度與重塑土樣的高度進(jìn)行換算，同時(shí)通過(guò)位移百分表進(jìn)行精確控制，最終實(shí)現(xiàn)精確控制試樣密度的。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果，使用本裝置進(jìn)行砝碼加載后，通過(guò)空氣壓縮機(jī)進(jìn)行加壓，實(shí)現(xiàn)了精確控制重塑土樣密度的目的，同時(shí)大大縮短制樣周期，能夠根據(jù)要求制作出某一給定含水率或密度的重塑土樣，所得土樣均勻，極大的提高了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性；通過(guò)儀表來(lái)進(jìn)行定量控制氣壓和試樣高度，極大的降低了人為操作帶來(lái)的種種操作誤差。

進(jìn)一步的，底座上設(shè)置有三個(gè)用于重塑土樣的制樣筒部分，通過(guò)三套控制系統(tǒng)分別控制，實(shí)現(xiàn)了三個(gè)制樣筒可獨(dú)立或同時(shí)進(jìn)行制樣工作，三個(gè)試樣筒可同時(shí)工作，極大的提高了制樣效率，總體來(lái)說(shuō)該設(shè)備控制更加簡(jiǎn)便，操作更加便捷，結(jié)果更加準(zhǔn)確。

進(jìn)一步的，鎖緊圈固定于橫梁上，其作用為當(dāng)砝碼初步加載至預(yù)定范圍時(shí)，鎖緊壓桿，方便后續(xù)進(jìn)行氣壓加載。

進(jìn)一步的，通過(guò)排水孔與透水石的配合，只允許水透過(guò)，防止土樣從管中排走，同時(shí)試樣筒的上下兩端均設(shè)置有排水管，此過(guò)程模擬了土體在天然環(huán)境下的排水固結(jié)條件，避免了傳統(tǒng)方法中在任意給定初始靜壓下，泥漿從試樣筒中擠出，兩個(gè)排水管分別接有止水夾，可獨(dú)立或同時(shí)進(jìn)行排水，從而模擬了單面排水或者雙面排水兩種工況。

進(jìn)一步的，排水收集器內(nèi)有水位刻度，可以準(zhǔn)確的讀出在制樣過(guò)程中排出水的體積，所述排水收集器上部為排水管排水閥，當(dāng)排水收集器中水達(dá)到額定容量后由此排出，排水收集器通過(guò)螺絲扣固定與支撐桿上，方便進(jìn)行拆卸排水。

進(jìn)一步的，空氣壓縮機(jī)通過(guò)過(guò)濾器與氣壓控制器相連，過(guò)濾器用于排除空氣中的雜質(zhì)，以免損壞加壓裝置。

進(jìn)一步的，壓盤的直徑與試樣筒內(nèi)徑相同，能夠有效的防止土樣溢出。

進(jìn)一步的，具有四種砝碼備選，可進(jìn)行任意組合，方便使上部壓力快速精確達(dá)到預(yù)定壓力范圍。

附圖說(shuō)明

圖1是重塑土樣制樣器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是重塑土樣制樣器結(jié)構(gòu)示意圖-制樣部分。

圖3是重塑土樣制樣器結(jié)構(gòu)示意圖-空氣加壓部分。

圖中，1-排水收集器，2-排水閥，3-進(jìn)水管閥，41-第一排水管，42-第二排水管，5-底座，6-加載氣缸，7-試樣筒，8-橫梁，9-鎖緊圈，101-第一位移百分表，102-第二位移百分表，11-砝碼，12-壓桿，13-氣壓顯示屏，14-氣壓調(diào)節(jié)旋鈕，15-輸出閥，16-過(guò)濾器，17-空氣壓縮機(jī)，18-支撐桿，19-壓盤，20-托盤，

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明包括氣壓加壓裝置部分和制樣筒部分，底座5上固定有3個(gè)重塑土樣試樣筒7，三個(gè)制樣筒7可獨(dú)立或同時(shí)進(jìn)行制樣工作；制樣筒部分包括豎直設(shè)置的試樣筒7，試樣筒7頂部通過(guò)壓桿12連接砝碼11，砝碼11設(shè)置在壓桿12頂部的托盤20上，壓桿12底部設(shè)置有用于對(duì)試樣筒7內(nèi)土樣進(jìn)行施壓的壓盤19，壓盤19伸入試樣筒7內(nèi)，壓盤19的直徑與試樣筒7內(nèi)徑相同，試樣筒7底部設(shè)置在加載氣缸6平臺(tái)上，加載氣缸6中設(shè)置有一控制平臺(tái)升降的活塞；氣壓加壓裝置部分包括連通的空氣壓縮機(jī)17和氣壓控制器，空氣壓縮機(jī)17通過(guò)氣壓控制器與加載氣缸6連通，加載氣缸6用于儲(chǔ)存空氣壓縮機(jī)17所輸送的氣壓并進(jìn)行加載，活塞隨氣壓大小調(diào)節(jié)而改變平臺(tái)高度，空氣壓縮機(jī)17采用靜音空氣壓縮機(jī)，空氣壓縮機(jī)17通過(guò)過(guò)濾器16與氣壓控制器相連，過(guò)濾器16用于排除空氣中的雜質(zhì)，以免損壞加壓裝置。

如圖2所示，壓盤19上有一排水孔，排水孔上罩設(shè)有透水石，排水孔通過(guò)第二排水管42連接至排水收集器1，試樣管7的底部設(shè)置有排水孔，排水孔上罩設(shè)有透水石，排水孔通過(guò)第一排水管41連接至排水收集器1，排水收集器1底部設(shè)置有進(jìn)水管閥3，第一排水管41和第二排水管42均通過(guò)進(jìn)水管閥3與排水收集器1連通；第一排水管41和第二排水管42分別安裝有止水夾，可獨(dú)立或同時(shí)進(jìn)行排水，從而模擬了單面排水雙面排水兩種工況。

制樣筒部分固定在底座5上，底座5上設(shè)置有三個(gè)用于重塑土樣的制樣筒部分，氣壓加載裝置部分的三套氣壓控制器分別通過(guò)塑料管與三個(gè)加載氣缸6相連；還包括設(shè)置在制樣筒7兩側(cè)的兩個(gè)支撐桿18，兩支撐桿18頂端固定有橫梁8，橫梁8上設(shè)置有一用于限定壓桿12位移的鎖緊圈9，其作用為當(dāng)砝碼初步加載至預(yù)定范圍時(shí)，鎖緊壓桿12，進(jìn)行氣壓加載；右側(cè)的支撐桿18頂部伸出有導(dǎo)桿，導(dǎo)桿上安裝有隨托盤20升降的第一位移百分表101，用于監(jiān)測(cè)砝碼加載后壓桿的下降值，加載氣缸6的平臺(tái)伸出有一托板，右側(cè)的支撐桿18下端安裝有隨托板升降的第二位移百分表102，用于測(cè)量氣壓加載后，試樣高度變化。

排水收集器1內(nèi)有水位刻度，可以準(zhǔn)確的讀出在制樣過(guò)程中排出水的體積；排水收集器1頂部設(shè)置有用于排水的排水管排水閥2；排水收集器1通過(guò)螺絲扣固定與支撐桿18上，當(dāng)排水收集器1中水達(dá)到額定容量后由排水閥2排出。

作為優(yōu)選實(shí)施例的，試樣筒7由不銹鋼合金材質(zhì)制成，內(nèi)徑5cm，呈圓柱狀，砝碼11規(guī)格包括10000g、5006g、2604g和801g，可進(jìn)行任意組合，方便使上部壓力快速達(dá)到預(yù)定壓力范圍。

如圖3所示，氣壓控制器由三組氣壓顯示屏13、氣壓調(diào)節(jié)旋鈕14、輸出閥15組成，分別對(duì)應(yīng)于上述圖1中三個(gè)制樣筒內(nèi)的加載氣壓數(shù)據(jù)，其中，輸出閥15為控制加載氣缸6氣壓加載的開關(guān)，氣壓調(diào)節(jié)旋鈕14用于調(diào)節(jié)輸出氣壓，使輸送至加載氣缸6的氣壓能根據(jù)需要進(jìn)行精確控制，顯示屏13用于顯示空氣壓縮機(jī)17當(dāng)前施加氣壓的具體數(shù)值。