本發(fā)明涉及一種濕搗法制備空心圓柱砂土試樣的擊實裝置。

背景技術(shù)：

天然沉積形成的土體力學特性十分復雜，由于受到沉積環(huán)境、地質(zhì)歷史等因素的影響，土體具有明顯的結(jié)構(gòu)性。土的結(jié)構(gòu)性定義為土顆粒和孔隙的大小、形狀，顆粒排列形式，以及顆粒之間的相互作用力，并將顆粒排列的幾何特征稱為組構(gòu)，將顆粒之間的相互作用力稱為顆粒聯(lián)結(jié)，即廣義的土體結(jié)構(gòu)性包括組構(gòu)與顆粒聯(lián)結(jié)。關(guān)于土的結(jié)構(gòu)性研究的重要性，早在1925年就由Terzaghi指出，沈珠江院士稱之為21世紀土力學的核心，謝定義等認為土的結(jié)構(gòu)性是決定各類土力學特性的一個最為根本的內(nèi)在因素。然而對于土的結(jié)構(gòu)性研究，施斌指出結(jié)構(gòu)性難以測量和定量化，相比而言，組構(gòu)較易定量化研究，結(jié)構(gòu)中的許多信息可以從相應的組構(gòu)中獲得，因而要了解土的結(jié)構(gòu)性特征，首先要開展組構(gòu)的研究。

在研究組構(gòu)對砂土力學特性影響時，由于很難獲取原狀砂樣，往往采用不同制樣方法制備砂樣進行室內(nèi)單元體試驗。制樣方法主要有落砂法、濕搗法、砂雨法、水下沉積法、水下震動法、濕振法等。已有研究表明，不同制樣方法制備的砂樣具有不同的組構(gòu)。由落砂法制得的砂樣，其顆粒長軸的排列方向近于水平方向；由濕搗法制得的砂樣，其顆粒排列無最優(yōu)排列方向，近于雜亂無章排列。濕搗法的具體操作為將試樣所需的砂烘干后與一定質(zhì)量的無氣水均勻攪拌后用塑料薄膜包裹后放入密封容器內(nèi)靜置；后將濕砂分成若干等份依次倒入成樣模具中，每份砂土經(jīng)擊實器擊實，每層高度根據(jù)需要進行控制，通過施加不同程度的擊實能可以制成具有不同相對密實度的試樣。

已有的關(guān)于組構(gòu)對砂土力學特性影響的試驗研究，多數(shù)基于三軸試驗。研究者通過對不同組構(gòu)砂土的三軸不排水試驗研究發(fā)現(xiàn)，相同相對密實度和應力狀態(tài)下不同組構(gòu)試樣在相同應力路徑下的力學性狀不同；通過對不同組構(gòu)砂樣進行的三軸壓縮、三軸拉伸和扭剪試驗發(fā)現(xiàn)，無論在何種剪切模式和圍壓大小條件下，相同試驗條件下，落砂法試樣呈現(xiàn)出較強的剪縮性，而濕搗法試樣具有較強的剪脹性和較大剛度。然而，傳統(tǒng)的三軸試驗只能施加豎向力，無法實現(xiàn)更為復雜的應力路徑，因此研究內(nèi)容較少。

自20世紀80年代以來，空心圓柱扭剪儀逐漸發(fā)展，該儀器可以獨立控制內(nèi)外圍壓、軸向力以及扭矩，從而可以實現(xiàn)大主應力方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)，中主應力系數(shù)變化等復雜應力路徑，進一步研究土體在波浪荷載、交通荷載等作用下的動力特性。但是，利用該儀器研究組構(gòu)對砂土在復雜應力路徑下力學特性的影響卻鮮有報道。究其主要原因是，三軸試驗是實心圓柱試樣，進行濕搗法制樣時，采用配套的三軸圓柱體擊實器即可；而空心圓柱扭剪試驗沒有配套的擊實裝置。對于空心圓柱扭剪試樣，在內(nèi)、外制樣模具形成的狹小空心圓柱空間中，傳統(tǒng)的圓柱體擊實器根本無法放入，而且模具高度較大，即使傳統(tǒng)的圓柱體擊實器縮小尺寸能夠放入其中，當擊實較底層土體時，很難將擊實器的小錘提起，另外，空心圓柱試樣是環(huán)形試樣，若采用縮小的傳統(tǒng)擊實器，由于與土樣接觸面較小，需要多次圍繞模具對砂樣進行擊實，如此以來，砂樣均勻性有很大的不確定性。因此利用傳統(tǒng)的擊實器無法制備空心圓柱扭剪砂樣。沒有空心圓柱扭剪試驗擊實裝置，則無法進行濕搗法制樣，嚴重限制了利用空心圓柱扭剪儀進行組構(gòu)對砂土力學特性影響的研究。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于背景技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種濕搗法制備空心圓柱砂土試樣的擊實裝置，該裝置能夠在內(nèi)、外制樣模具形成的圓柱空心空間內(nèi)更加方便快捷且均勻地擊實砂土試樣。

為此，本發(fā)明提供的濕搗法制備空心圓柱砂土試樣的擊實裝置，包括基座和擊錘，其特征是：所述基座上帶有多個豎向分布的導向桿，每個導向桿上均套接有扇環(huán)形的擊錘，擊錘上固定有固定桿，固定桿上端與橫向分布的圓環(huán)固定連接。

本發(fā)明提供的濕搗法制備空心圓柱砂土試樣的擊實裝置能夠?qū)崿F(xiàn)在內(nèi)、外制樣模具形成的圓柱空心空間內(nèi)采用濕搗法制備砂土試樣，同時解決鋼錘每次擊實試樣后無法從內(nèi)、外制樣模具形成的狹小圓柱空心空間中提起的難題，從而可以獲取特定組構(gòu)的砂土試樣，為后續(xù)進行利用空心圓柱扭剪儀研究組構(gòu)（顆粒排列方式）對砂土力學特性的影響提供高質(zhì)量砂土試樣。該裝置具有提高擊實效率，操作簡單方便等特點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明第一種實施例提供的濕搗法制備空心圓柱砂土試樣的擊實裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1中的基座及導向桿在試驗筒體中的俯視圖示意圖。

圖3為圖1中的鋼錘及兩固定桿在試驗筒體中的俯視圖示意圖。

圖4為圖1中的橫向細圓環(huán)俯視圖示意圖。

圖5為本發(fā)明第二種實施例提供的濕搗法制備空心圓柱砂土試樣的擊實裝置的基座和導向桿的結(jié)構(gòu)俯視示意圖。

圖6為圖5中的導向桿套上擊錘后的結(jié)構(gòu)俯視示意圖。

圖7為圖6中的擊錘配置圓環(huán)后的結(jié)構(gòu)俯視示意圖。

具體實施方式

參照圖1、圖2、圖3、圖4所示，本發(fā)明第一種實施例提供的濕搗法制備空心圓柱砂土試樣的擊實裝置，包括基座1和擊錘2，所述基座1上帶有多個豎向分布的導向桿3，每個導向桿3上均套接有扇環(huán)形的擊錘2，擊錘2上固定有固定桿4，固定桿4上端與橫向分布的圓環(huán)5固定連接。所述基座1呈扇環(huán)形分布，基座1數(shù)量有兩個且相對對稱分布，所述基座1的導向桿3上對應套接有形狀與其匹配的所述擊錘2。

參照圖5、圖6、圖7所示，本發(fā)明第二種實施例與第一種實施例基本相同，區(qū)別僅在于：所述基座1呈環(huán)形，基座1上帶有環(huán)形導向槽6，環(huán)形導向槽6中設(shè)置有導向環(huán)7，導向環(huán)7可在所述環(huán)形導向槽6中轉(zhuǎn)動，導向環(huán)7上對應所述擊錘2的數(shù)量固定設(shè)置有導向桿3，每個導向桿3上套接有所述擊錘2。所述導向環(huán)7上均勻分布有兩根導向桿3，兩根導向桿3上分別套接有擊錘2。本實施例中，擊錘2可以在導向環(huán)3上沿著環(huán)形導向槽6移動以更換擊打位置，可在不移動裝置的前提下進行操作，使用上更加方便快捷，而且兩個擊錘2擊打在一個整體結(jié)構(gòu)的環(huán)形基座上，使砂土的受理更加均勻。