本發(fā)明屬于巖土工程學(xué)科土工試驗領(lǐng)域，具體涉及一種通過砝碼與氣壓聯(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成樣；壓樣法是根據(jù)壓樣器的容積和要求干密度計算所需濕土的質(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壓力，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，一般通過觀察直尺或游標(biāo)卡尺的刻度來控制土樣的高度，即在一定擊實次數(shù)后，用直尺量取已擊實土樣的高度，若高度大于預(yù)定高度，則擊實，并重復(fù)前序步驟，一旦高度小于預(yù)定高度，說明此時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、費時費力。另外，用直尺或游標(biāo)卡尺進行圖樣高度的測量時，測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)計出一種能精確控制密度的制樣裝置及制樣方法是一個值得關(guān)注的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明的提供了一種通過砝碼與氣壓聯(lián)合加載控制密度的重塑土樣制樣器，通過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、存在孔洞的問題，最終達到了預(yù)定目標(biāo)重塑土樣干密度。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種通過砝碼與氣壓聯(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)置有用于對試樣筒內(nèi)土樣進行施壓的壓盤，壓盤伸入試樣筒內(nèi)，試樣筒底部設(shè)置在加載氣缸平臺上，加載氣缸中設(shè)置有一控制平臺升降的活塞；氣壓加壓裝置部分包括連通的空氣壓縮機和氣壓控制器，空氣壓縮機通過氣壓控制器與加載氣缸連通，加載氣缸用于儲存空氣壓縮機所輸送的氣壓并進行加載，活塞隨氣壓大小調(diào)節(jié)而改變平臺高度。

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塑料管與三個加載氣缸相連。

還包括設(shè)置在制樣筒兩側(cè)的兩個支撐桿，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螺絲扣固定與支撐桿上。

所述空氣壓縮機采用靜音空氣壓縮機，空氣壓縮機通過過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)明制樣器進行重塑土樣的方法如下，首先將要制備的土樣進行充分飽和攪拌成和易性較好的泥漿并裝入試樣筒7中，并通過儀器上部砝碼先進行加載，使試樣筒中的水分排出并收集至左側(cè)的排水收集管中，此時試樣已達到初步固結(jié)狀態(tài)；然后，通過加載氣缸進行氣壓加載，通過空氣壓縮機進行加壓，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行換算，同時通過位移百分表進行精確控制，最終實現(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，使用本裝置進行砝碼加載后，通過空氣壓縮機進行加壓，實現(xiàn)了精確控制重塑土樣密度的目的，同時大大縮短制樣周期，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，極大的提高了實驗結(jié)果的可靠性；通過儀表來進行定量控制氣壓和試樣高度，極大的降低了人為操作帶來的種種操作誤差。

進一步的，底座上設(shè)置有三個用于重塑土樣的制樣筒部分，通過三套控制系統(tǒng)分別控制，實現(xiàn)了三個制樣筒可獨立或同時進行制樣工作，三個試樣筒可同時工作，極大的提高了制樣效率，總體來說該設(shè)備控制更加簡便，操作更加便捷，結(jié)果更加準(zhǔn)確。

進一步的，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，鎖緊壓桿，方便后續(xù)進行氣壓加載。

進一步的，通過排水孔與透水石的配合，只允許水透過，防止土樣從管中排走，同時試樣筒的上下兩端均設(shè)置有排水管，此過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，兩個排水管分別接有止水夾，可獨立或同時進行排水，從而模擬了單面排水或者雙面排水兩種工況。

進一步的，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)排水收集器中水達到額定容量后由此排出，排水收集器通過螺絲扣固定與支撐桿上，方便進行拆卸排水。

進一步的，空氣壓縮機通過過濾器與氣壓控制器相連，過濾器用于排除空氣中的雜質(zhì)，以免損壞加壓裝置。

進一步的，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。

進一步的，具有四種砝碼備選，可進行任意組合，方便使上部壓力快速精確達到預(yù)定壓力范圍。

附圖說明

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-過濾器，17-空氣壓縮機，18-支撐桿，19-壓盤，20-托盤，

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進行詳細說明。

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個重塑土樣試樣筒7，三個制樣筒7可獨立或同時進行制樣工作；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)置有用于對試樣筒7內(nèi)土樣進行施壓的壓盤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平臺上，加載氣缸6中設(shè)置有一控制平臺升降的活塞；氣壓加壓裝置部分包括連通的空氣壓縮機17和氣壓控制器，空氣壓縮機17通過氣壓控制器與加載氣缸6連通，加載氣缸6用于儲存空氣壓縮機17所輸送的氣壓并進行加載，活塞隨氣壓大小調(diào)節(jié)而改變平臺高度，空氣壓縮機17采用靜音空氣壓縮機，空氣壓縮機17通過過濾器16與氣壓控制器相連，過濾器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)置有進水管閥3，第一排水管41和第二排水管42均通過進水管閥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，可獨立或同時進行排水，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塑料管與三個加載氣缸6相連；還包括設(shè)置在制樣筒7兩側(cè)的兩個支撐桿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，鎖緊壓桿12，進行氣壓加載；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)測砝碼加載后壓桿的下降值，加載氣缸6的平臺伸出有一托板，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通過螺絲扣固定與支撐桿18上，當(dāng)排水收集器1中水達到額定容量后由排水閥2排出。

作為優(yōu)選實施例的，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，可進行任意組合，方便使上部壓力快速達到預(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，分別對應(yīng)于上述圖1中三個制樣筒內(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)需要進行精確控制，顯示屏13用于顯示空氣壓縮機17當(dāng)前施加氣壓的具體數(shù)值。