一种可利用外接气泵制取高岭土三轴试样的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种可利用外接气泵制取高岭土三轴试样的装置，该装置包括气压控制装置和固结成样装置；固结成样装置由透明的有机玻璃圆筒外罩、固结筒上盖板、固结筒底座三部分组成，气压控制装置包括气缸、活塞杆、控制阀，活塞杆贯穿固结筒底座同轴设于有机玻璃圆筒外罩内，气压控制装置用于调控气缸内气压从而推动活塞杆上下运动，本发明专利技术的装置只需通过改变外接气压的大小即可调控固结压力，且可连续调节压力数值，较轻便、可移动，可用于小尺寸三轴试验的制样，尤其适用于高岭土三轴剪切、动力循环等试验的制样制备。

Device and method for preparing kaolin three shaft sample by utilizing external air pump

The invention discloses a device using external preparation of kaolin samples of three axis air pump, the device comprises a pressure control device and a kind of consolidation device; consolidation sampling device is composed of organic glass cylinder cover, cylinder cover, transparent consolidation consolidation tube base three parts, gas pressure control device comprises a cylinder, a piston rod control valve, piston rod through the cylinder base consolidation are coaxially arranged on organic glass cylinder cover, an air pressure control device for controlling the cylinder pressure to push the piston rod to move up and down, the device of the invention only needs to change the external pressure to control the size of the consolidation pressure, and continuously adjust the pressure value, lighter, mobile that can be used for the preparation of small size three triaxial test, sample preparation is especially suitable for kaolin three axle shear power cycle test, etc..

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高岭土三轴试样的制备装置，尤其涉及一种可利用外接气泵制取高岭土三轴试样的装置及方法，该装置可用于便携式的气泵加载与较低成本的加工，可用于高岭土三轴剪切、动力循环等试验的制样制备。
技术介绍
高岭土是一种常见的黏土矿物，由于其渗透性较好、容易标准化，故广泛应用于土工模型试验、土工离心机试验中，主要为模拟城市基坑、隧道、海洋桩基、海底管道等所在的黏土地层。其力学参数常用室内三轴试验标定。高岭土由泥浆到成样的过程需要成样装置，其原理类似重塑黏土的固结装置。经过文献调研，发现已有专利主要集中于一般黏土的重塑土制样，如冷艳秋等(2015)，钱财富等(2014)，张先伟和孔令伟(2012)，等等。这些重塑土样制备装置有的用砝码加载，有的尺寸较小不能使土颗粒充分流动沉淀，因此不适合于高岭土三轴试样的制备。另外，国外同行有专门的气压加载制备高岭土三轴试样的装置，如WangY.H.&SiuW.K.(2006)，其装置材料用到精加工的不锈钢，使得装置成本很高，不适用于国内实验室。本专利技术旨在基于国外制备高岭土三轴试样的原理基础上，通过改造内部结构与材料，大大降低高岭土三轴试样制备装置的成本，同时填补国内相关技术的空白。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题主要包括以下几点：1)现在国内常用的高岭土三轴制样装置，其加载源主要为砝码，这种加载方式无法实现加载数值的连续变化，可能会降低成样的质量。同时砝码十分笨重，导致制样装置的可移动性降低。另外，砝码加载不能用于小直径的制样装置(目前主流三轴试样的直径是38毫米，砝码无法加载)，而且其自身重量产生的荷载十分有限；2)国外采用的高岭土三轴制样装置十分昂贵，其采用的高精度加工以及简洁的内部构造使成本大大提高。本专利技术的可利用外接气泵制取高岭土三轴试样的装置，包括气压控制装置和固结成样装置；所述的气压控制装置包括外接气压控制阀、气缸、活塞杆，其中，活塞杆的上端头设有带暗槽的活塞板，活塞板上开有引流孔，活塞板暗槽内设置有一片透水石；控制阀用于控制装置内气压加载与卸载；所述的固结成样装置由透明的有机玻璃圆筒外罩、固结筒上盖板、固结筒底座三部分组成，活塞杆贯穿固结筒底座同轴设于有机玻璃圆筒外罩内，有机玻璃圆筒外罩与固结筒上盖板、活塞板、固结筒底座各通过一个橡胶密封圈密封；固结筒上盖板上开有通孔连接引流管，固结筒上盖板下设置有一片透水石，在固结筒底座上开有下引流孔用于外接导管排出土体固结产生的自由水，固结筒上盖板、固结筒底座之间通过若干根均布的刚性螺杆紧固，固结筒底座与气缸的外壳之间通过固结筒气缸过渡板固定连接。在所述的活塞杆与活塞板之间、活塞杆与气压控制装置之间、外接气压控制阀与气缸之间、过渡板与固结筒底座及气压控制装置之间均采用防水连接。所述的控制阀具体结构为：在阀体上开有由一路转为上下两路的通孔，从而形成上下两路进气通道，在通孔内设置有滑块，在阀体上设有活动扳手，活动扳手与滑块相连用于控制滑块移动以实现对进气通道的开启与关闭，进气通道的进气孔外接气泵，活塞杆的下端头将气缸隔为上下两腔体，上进气通道的出口与气缸下腔体相连通，下进气通道的出口与气缸上腔体相连通，在进气通道的尚未分支处开有通孔通向大气。当滑块移动至下进气通道中将该通道封堵，外接气压将从上进气通道进入气缸下腔体，此时通入的气体使气筒内下部分的气压上升，推动活塞杆上升；反之，当滑块将上进气通道堵塞，则气体从下进气通道进入气缸上腔体，从而增大其内气压，使活塞杆下移。当扳手处于中间档，即滑块处于进气通道分叉处将上下两个进气通道都封堵时，气体只能从与大气连通的通孔处流出，此时活塞杆保持静止。所述活塞杆的长度大于有机玻璃圆筒外罩的高度。向外接气压控制装置施加荷载的气压源为挂壁式正负压装置或可移动气泵。应用上述的装置制取高岭土三轴试样的方法，包括如下步骤：首先连接好外接气压，通气，检查外部管子的气密性，检查无误后将有机玻璃圆筒外罩放到固结筒底座的暗槽上，暗槽上放有橡皮密封圈；调节控制阀加压，稳定住有机玻璃圆筒外罩，使得活塞杆向上运动，当活塞杆到达最上的位置后，将浸湿的滤纸放在活塞板的透水石上，调节控制阀卸载，使活塞杆落至最底端并同时保证滤纸紧贴透水石，然后把高岭土泥浆灌入固结筒内至距离固结筒顶端～厘米处时停止灌浆。把另一张浸湿的滤纸放到上盖板的透水石表面，把上盖板盖到有机玻璃圆筒外罩上并采用橡胶圈密封，然后穿入刚性螺杆，将上盖板与固结筒底座拧紧，调节控制阀加压，使活塞杆向上推，当泥浆上表面刚好与上盖板下的滤纸接触后，关闭控制阀使得活塞杆静止至当前位置；根据预先确定的固结加载的总级数与每一级的加压大小，调节控制阀至相应压力逐级加压进行制样，制样完成后，松开刚性螺杆，拆卸上盖板，利用活塞杆将试样推离固结筒。控制阀上进气口处最好与气压表连接，从而可以实时获得气压产生的荷载大小。控制阀通过控制气缸上下腔体的气压推动活塞实现对试样的加压与装置卸载。活塞板上有引流板和暗槽，可在此放置透水石。土体固结时产生的水从引流板上的小孔流出，在腔体中汇集，然后从下引流孔接出的管子流出，上盖板底部有暗槽和透水石，保证试样上下排水。整个装置的防水十分重要。试样向下排出的水在下引流孔上方积聚，因此活塞杆与过渡板之间需要加设密封圈防水。活塞板与活塞杆由螺纹连接，此处防锈较难做且与透水石直接接触，因此需要在螺孔中经常添加凡士林。另外，控制阀、过渡板与气缸的连接缝要尽可能小，必要时做额外防水措施。为增加上排水面的排水能力，可将上引流管与负压相连，类似真空预压固结法的原理加速固结。由于设计的气缸与活塞板的有效面积(即与高岭土的接触面)相等，故外接气压表的读数无需换算，即试样所受的固结压力大小。另外，有机玻璃罩的加工圆度要求较高，否则会造成活塞板与罩身间的摩擦力不均匀以及发生漏水、漏泥的情况。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术采用外接气压给试样施加固结压力，该种加压方式具有以下优点：可连续调节压力数值，较轻便、可移动，可用于小尺寸三轴试验的制样，可同时给一批制样装置加压，充分利用实验室已有装置、无浪费物等。2.采用了有机玻璃罩与气缸连接的设计，在相同长度下若采用钢材则必须精加工，本方案相较之下成本显著降低，且制样效果满足试验要求。利用有机玻璃制作固结筒还有两个优点，一是可以满足酸、碱、盐环境下的制样要求，二是透明的有机玻璃有利于试验者观察成样的高度变化情况。3.作为本专利技术的改进，为实现高岭土制样的全自动化，可将控制阀部分由人工控制改为程序控制，从而实现标准化制样，减小人为因素产生的制样误差。附图说明图1为本专利技术可利用外接气泵的高岭土三轴制样装置结构示意图，图2为本专利技术中控制阀的具体结构示意图；其中：气压控制装置1、外接气压控制阀1-1、滑块1-1-1、通孔1-1-2、活塞杆1-2、活塞板1-2-1、引流孔1-2-2、透水石1-2-3、有机玻璃圆筒外罩2-1、橡胶密封圈2-1-1、固结筒上盖板2-2、引流管2-2-1、刚性螺杆2-2-2、固结筒底座2-3、固结筒-气缸过渡板2-3-1、下引流孔2-3-2。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进一步说明。如图1所示，本专利技术提供一种可利用外接气泵制取高岭土三轴试样的装置，包括气压控制装置1和固结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可利用外接气泵制取高岭土三轴试样的装置，其特征在于，包括气压控制装置(1)和固结成样装置(2)；所述的气压控制装置(1)包括外接气压控制阀(1‑1)、气缸、活塞杆(1‑2)，其中，活塞杆(1‑2)的上端头设有带暗槽的活塞板(1‑2‑1)，活塞板(1‑2‑1)上开有引流孔(1‑2‑2)，活塞板(1‑2‑1)暗槽内设置有一片透水石；控制阀(1‑1)用于控制装置内气压加载与卸载；所述的固结成样装置(2)由透明的有机玻璃圆筒外罩(2‑1)、固结筒上盖板(2‑2)、固结筒底座(2‑3)三部分组成，活塞杆(1‑2)贯穿固结筒底座(2‑3)同轴设于有机玻璃圆筒外罩(2‑1)内，有机玻璃圆筒外罩(2‑1)与固结筒上盖板(2‑2)、活塞板(1‑2‑1)、固结筒底座(2‑3)各通过一个橡胶密封圈(2‑1‑1)密封；固结筒上盖板(2‑2)上开有通孔连接引流管(2‑2‑1)，固结筒上盖板(2‑2)下设置有一片透水石，在固结筒底座(2‑3)上开有下引流孔(2‑3‑2)用于外接导管排出土体固结产生的自由水，固结筒上盖板(2‑2)、固结筒底座(2‑3)之间通过若干根均布的刚性螺杆(2‑2‑2)紧固，固结筒底座(2‑3)与气缸的外壳之间通过固结筒‑气缸过渡板(2‑3‑1)固定连接。...

【技术特征摘要】
1.一种可利用外接气泵制取高岭土三轴试样的装置，其特征在于，包括气压控制装置(1)和固结成样装置(2)；所述的气压控制装置(1)包括外接气压控制阀(1-1)、气缸、活塞杆(1-2)，其中，活塞杆(1-2)的上端头设有带暗槽的活塞板(1-2-1)，活塞板(1-2-1)上开有引流孔(1-2-2)，活塞板(1-2-1)暗槽内设置有一片透水石；控制阀(1-1)用于控制装置内气压加载与卸载；所述的固结成样装置(2)由透明的有机玻璃圆筒外罩(2-1)、固结筒上盖板(2-2)、固结筒底座(2-3)三部分组成，活塞杆(1-2)贯穿固结筒底座(2-3)同轴设于有机玻璃圆筒外罩(2-1)内，有机玻璃圆筒外罩(2-1)与固结筒上盖板(2-2)、活塞板(1-2-1)、固结筒底座(2-3)各通过一个橡胶密封圈(2-1-1)密封；固结筒上盖板(2-2)上开有通孔连接引流管(2-2-1)，固结筒上盖板(2-2)下设置有一片透水石，在固结筒底座(2-3)上开有下引流孔(2-3-2)用于外接导管排出土体固结产生的自由水，固结筒上盖板(2-2)、固结筒底座(2-3)之间通过若干根均布的刚性螺杆(2-2-2)紧固，固结筒底座(2-3)与气缸的外壳之间通过固结筒-气缸过渡板(2-3-1)固定连接。2.根据权利要求1所述的可利用外接气泵制取高岭土三轴试样的装置，其特征在于，所述的活塞杆(1-2)与活塞板(1-2-1)之间、活塞杆(1-2)与气压控制装置(1)之间、外接气压控制阀(1-1)与气缸之间、过渡板(2-3-1)与固结筒底座(2-3)及气压控制装置(1)之间均采用防水连接。3.根据权利要求1所述的可利用外接气泵制取高岭土三轴试样的装置，其特征在于，所述的控制阀(1-1)具体结构为：在阀体上开有由一路转为上下两路的通孔，从而形成上下两路进气通道，在通孔内设置有滑块(1-1-1)，在阀体上设有活动扳手，活动...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅了一，周建，徐杰，余良贵，周佳锦，龚晓南，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33