[发明专利]湿捣法制备空心圆柱砂土试样的击实装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种湿捣法制备空心圆柱砂土试样的击实装置。

背景技术

天然沉积形成的土体力学特性十分复杂，由于受到沉积环境、地质历史等因素的影响，土体具有明显的结构性。土的结构性定义为土颗粒和孔隙的大小、形状，颗粒排列形式，以及颗粒之间的相互作用力，并将颗粒排列的几何特征称为组构，将颗粒之间的相互作用力称为颗粒联结，即广义的土体结构性包括组构与颗粒联结。关于土的结构性研究的重要性，早在1925年就由Terzaghi指出，沈珠江院士称之为21世纪土力学的核心，谢定义等认为土的结构性是决定各类土力学特性的一个最为根本的内在因素。然而对于土的结构性研究，施斌指出结构性难以测量和定量化，相比而言，组构较易定量化研究，结构中的许多信息可以从相应的组构中获得，因而要了解土的结构性特征，首先要开展组构的研究。

在研究组构对砂土力学特性影响时，由于很难获取原状砂样，往往采用不同制样方法制备砂样进行室内单元体试验。制样方法主要有落砂法、湿捣法、砂雨法、水下沉积法、水下震动法、湿振法等。已有研究表明，不同制样方法制备的砂样具有不同的组构。由落砂法制得的砂样，其颗粒长轴的排列方向近于水平方向；由湿捣法制得的砂样，其颗粒排列无最优排列方向，近于杂乱无章排列。湿捣法的具体操作为将试样所需的砂烘干后与一定质量的无气水均匀搅拌后用塑料薄膜包裹后放入密封容器内静置；后将湿砂分成若干等份依次倒入成样模具中，每份砂土经击实器击实，每层高度根据需要进行控制，通过施加不同程度的击实能可以制成具有不同相对密实度的试样。

已有的关于组构对砂土力学特性影响的试验研究，多数基于三轴试验。研究者通过对不同组构砂土的三轴不排水试验研究发现，相同相对密实度和应力状态下不同组构试样在相同应力路径下的力学性状不同；通过对不同组构砂样进行的三轴压缩、三轴拉伸和扭剪试验发现，无论在何种剪切模式和围压大小条件下，相同试验条件下，落砂法试样呈现出较强的剪缩性，而湿捣法试样具有较强的剪胀性和较大刚度。然而，传统的三轴试验只能施加竖向力，无法实现更为复杂的应力路径，因此研究内容较少。

自20世纪80年代以来，空心圆柱扭剪仪逐渐发展，该仪器可以独立控制内外围压、轴向力以及扭矩，从而可以实现大主应力方向连续旋转，中主应力系数变化等复杂应力路径，进一步研究土体在波浪荷载、交通荷载等作用下的动力特性。但是，利用该仪器研究组构对砂土在复杂应力路径下力学特性的影响却鲜有报道。究其主要原因是，三轴试验是实心圆柱试样，进行湿捣法制样时，采用配套的三轴圆柱体击实器即可；而空心圆柱扭剪试验没有配套的击实装置。对于空心圆柱扭剪试样，在内、外制样模具形成的狭小空心圆柱空间中，传统的圆柱体击实器根本无法放入，而且模具高度较大，即使传统的圆柱体击实器缩小尺寸能够放入其中，当击实较底层土体时，很难将击实器的小锤提起，另外，空心圆柱试样是环形试样，若采用缩小的传统击实器，由于与土样接触面较小，需要多次围绕模具对砂样进行击实，如此以来，砂样均匀性有很大的不确定性。因此利用传统的击实器无法制备空心圆柱扭剪砂样。没有空心圆柱扭剪试验击实装置，则无法进行湿捣法制样，严重限制了利用空心圆柱扭剪仪进行组构对砂土力学特性影响的研究。

发明内容

鉴于背景技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种湿捣法制备空心圆柱砂土试样的击实装置，该装置能够在内、外制样模具形成的圆柱空心空间内更加方便快捷且均匀地击实砂土试样。

为此，本发明提供的湿捣法制备空心圆柱砂土试样的击实装置，包括基座和击锤，其特征是：所述基座上带有多个竖向分布的导向杆，每个导向杆上均套接有扇环形的击锤，击锤上固定有固定杆，固定杆上端与横向分布的圆环固定连接。

本发明提供的湿捣法制备空心圆柱砂土试样的击实装置能够实现在内、外制样模具形成的圆柱空心空间内采用湿捣法制备砂土试样，同时解决钢锤每次击实试样后无法从内、外制样模具形成的狭小圆柱空心空间中提起的难题，从而可以获取特定组构的砂土试样，为后续进行利用空心圆柱扭剪仪研究组构（颗粒排列方式）对砂土力学特性的影响提供高质量砂土试样。该装置具有提高击实效率，操作简单方便等特点。

附图说明

图1为本发明第一种实施例提供的湿捣法制备空心圆柱砂土试样的击实装置的结构示意图。

图2为图1中的基座及导向杆在试验筒体中的俯视图示意图。

图3为图1中的钢锤及两固定杆在试验筒体中的俯视图示意图。

图4为图1中的横向细圆环俯视图示意图。