[发明专利]单侧开缝长方体土样制备装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种土体断裂试验技术领域，特别是一种开缝长方体土样制备装置及方法。

背景技术

断裂破坏是土体的主要破坏类型之一。在断裂力学中，材料的断裂破坏基本类型可分为I型（张开型）、II型（滑开型）和III型（撕开型）三种。对于土体，通常认为只有I型和II型两种断裂破坏基本类型，不存在III型。研究土体I型断裂破坏特性和测试土体I型断裂韧度的试验方法主要有三点弯曲断裂试验方法和改进三点弯曲断裂试验方法等，试验中的试样均为单侧开缝土梁试样。研究土体II型断裂破坏特性和测试土体II型断裂韧度的试验方法主要有非对称四点弯曲断裂试验方法和剪切断裂试验等，前者试验中的试样也为单侧开缝土梁试样，后者为单侧开缝矩形土饼试样。单侧开缝土梁试样和单侧开缝矩形土饼试样的几何外形均为长方体，因此本发明统称其为单侧开缝长方体土样。

目前，常见的单侧开缝长方体土样制备方法的步骤为：先在击实筒内分层压实制备一定含水率、密实度的圆柱形土样；然后从击实筒中取出土样，用刀或锯切割土样，使其几何外形满足断裂试验试样的几何外形及尺寸要求；最后用刀或锯在试样的一侧切割制作一定深度的裂缝，裂缝的深度和尖端形态满足断裂试验试样的裂缝要求。这种单侧开缝长方体土样的制备方法存在以下几点不足：①土样脱离击实筒后还需要进行几何外形切割和裂缝制作两个程序，在这个过程中，土样很容易发生破坏，使得试样制备成功率较低；②裂缝制作中，必然遇到坚硬、较粗土颗粒的影响，这不仅使得裂缝制作时试样容易断裂，而且裂缝的深度和尖端形态很难满足断裂试验试样要求；③由于受击实筒几何尺寸的限制，最终制备的单侧开缝长方体土样的横断面方向（本发明指与裂缝面平行的断面），可能会与击实筒中制样时的层面方向一致。尽管在击实筒制样时对制样层面均进行了拉毛处理，但制样层面仍是试样中的力学弱面。因此，在断裂试验中，试样的断裂破坏很可能沿试样中的力学弱面发生，导致试验失败。

发明内容

本发明的一个目的就是提供一种单侧开缝长方体土样制备装置，它可以使土样在制备空间内完成切割过程，制备土样成功率高，不容易断裂。

本发明的该目的是通过这样的技术方案实现的，它包括有底座、安装在底座上的四个侧壁和安装在侧壁顶端上的中空护筒，四个侧壁、护筒和底座围成长方体形的土样制作空间，在侧壁顶部设置有裂缝制备缺口。

进一步，所述裂缝制备缺口为两个，分别设置在两个相对的侧壁上。

进一步，所述装置还包括有封闭构件，封闭构件活动的设置在裂缝制备缺口内。

进一步，所述装置还包括有制样击实器，制样击实器包括有击实座，在击实座上固定有导杆，在导杆上活动的套有环状穿心锤，击实座的长宽尺寸小于制作空间的长宽尺寸。

进一步，所述侧壁通过螺栓固定在底座上。

本发明的另一个目的就是提供一种单侧开缝长方体土样制备方法，它可以提高制备土样成功率和质量。

本发明的该目的是通过这样的技术方案实现的，具体步骤如下：

1）准备土料，将土料分成等量的2份以上；

2）将1份土料放入制作空间内，并击实；

3）重复步骤2），直到所有土料都处理完毕；

4）拆除安装在侧壁顶端的护筒；

5）利用切割工具，在裂缝制备缺口切割土样，形成裂缝；

6）取出制备完成的土样。

进一步，步骤2）中放入土料之前，利用封闭构件堵住裂缝制备缺口。

进一步，步骤5）中在切割之前取出封闭构件。 

进一步，步骤2）通过制样击实器完成击实。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

1、土样在本发明中就可以完成几何外形切割和裂缝制作两个程序，在这个过程中，土样受到土样制作空间的保护，不容易发生破坏，土样制备成功率高；

2、在裂缝制作过程中，遇到坚硬、较粗土颗粒的影响时，侧壁可以为土样提供挤压力，仅使得裂缝制作时土样不容易断裂，而且裂缝的深度和尖端形态能更好的满足断裂试验土样要求；

3、由于本发明中裂缝制备缺口与土样的横断面方向必然垂直，不会与击实筒中制样时的层面方向一致，制样层面不会是土样中的力学弱面。因此，在断裂试验中，可以避免土样的断裂破坏沿土样中的力学弱面发生，从而导致的试验失败。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。