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1、(10)申请公布号 CN 104280262 A (43)申请公布日 2015.01.14 CN 104280262 A (21)申请号 201410469277.9 (22)申请日 2014.09.04 G01N 1/04(2006.01) (71)申请人 中山大学 地址 510275 广东省广州市海珠区新港西路 135 号 (72)发明人 汤连生 王沛一 桑海涛 宋晶 孙银磊 罗珍贵 (54) 发明名称 三向环刀土样切割仪 (57) 摘要 本发明涉及一种室内实验土样三向迅速切割 的技术方法， 特别可以控制土样体积， 形状以及迅 速切割， 属于土样制备检测的创新技术。 为了最大 限度的利用土。
2、样， 同时更好的获取每一部分土样 参数， 本发明设计了一种专用的模具， 形状分为鼓 状和圆筒状， 适宜原状样和压缩样， 剪切样进行物 化参数测试。具体模具参数可对照图纸根据实验 需求自行制作。 通过使用g 组环刀， h 组环刀， i 组 环刀互相配合对土体试样进行三向切割， 进而达 到土样的最大利用， 同时也可对土样不同部分进 行对比研究， 以观察含水量， 孔隙度等一系列物化 参数是否和分布位置有关。最多可将一土样切割 成664144块， 也可依据实验需求少放入相 应环刀， 使土样数量在 2 144 中变动。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 8 页 (19)中。
3、华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图8页 (10)申请公布号 CN 104280262 A CN 104280262 A 1/1 页 2 1. 一种室内实验土样三向迅速切割的技术方法， 通过环向， 纵向， 横向三向环刀组的配 合切割， 可将一土样最多切割成 144 个小样， 也可依据实验需求切割成 2 144 个样品， 样 品形状可以切割成1/4、 2/4、 3/4、 4/4柱状， 1/4、 2/4、 3/4、 4/4饼状， 1/4、 2/4、 3/4、 4/4环状， 同时柱状， 环状， 饼状土样的高度、 内径、 长度均可视实验需求而加以调整得到。。
4、 2.根据权利1所要求的切割方式， 土样分离器外壁及其四角的圆环连接结构， e型外壁 和 f 型外壁与 a 顶面、 d 底面圆环连接结构互相咬合， 进而形成可拆卸外壁， 以适应不同类 型土样。 3.根据权利1和权利2， 土样分离器及其可拆卸外壁， 可依据实验需求等比例或者部分 放大做成器材， 同时安装后可自由打开与关闭的方式， 对于土样的进入和取出十分便利。 4. 根据权利 1 所要求的切割方式， 顶部为环形空隙和十字空隙构成， 空隙厚度较环刀 宽 1 2mm， 用于对土样进行柱状和条状切割， 可依据实验需求适当增加或减少空隙数量。 5. 根据权利 1 和权利 2 的要求， 外壁上分布有等高横。
5、向空隙， 用于横面环刀组的切入， 以形成饼状土样， 同时横向空隙也可不等高分布， 具体距离可视实验需求而定， 空隙数量不 局限于 5 个， 可视实验需求增加或者减少。 6. 根据权利 1 的要求， g 组环刀 4 个一组， 共计 5 组， 用于将土样切割成柱状 ； 也可依据 实验需求进一步增加或减少环刀内径、 组数、 长短。 7. 根据权利 5 的要求， g 组环刀壁上有六等分等高横向空隙， 用于 i 组环刀进行土样切 割， 也可依据实验需求适当增加或减少横向空隙， 同时空隙间距离也可不等分， 高度自由 变化。 8.根据权利1的要求， h组环刀对应主体支架顶部十字空隙， 用于将柱体土样进一步切。
6、 成所需的条形土样。 9. 根据权利 1， 权利 5 和权利 6 的要求， i 组环刀对应外壁上的横向空隙， 每组 20 个， 一共 2 种， 鼓状和筒状， 每种 6 组， 共计 12 组用于将土样切割成饼状， 也可依据实验需求适 当增加 i 组环刀内径和数量。 10. 根据权利 1， 切割仪通过六棱柱型凸起与土样分离器底部六棱柱型空隙相连， 凸起 与空隙形状也可试实验需求进行变化， 不局限于六棱柱 ； 同时切割仪各部分尺寸也可依据 实验需求适当的等比例放大或缩小， 或不等比例变化。 权 利 要 求 书 CN 104280262 A 2 1/3 页 3 三向环刀土样切割仪 技术领域 ： 000。
7、1 本发明涉及一种室内实验土样三向迅速切割的技术方法， 特别可以控制土样体 积， 形状以及迅速切割， 属于土样制备检测的创新技术。 背景技术 ： 0002 实验制备土样过程中， 多为圆柱体， 对其物化性质的分析多取边角部分进行实验， 这样所获取的数据往往单一， 即使多取几个做平均样品， 但因其取样不具备代表性， 不能十 分准确的得到土样物化参数。 0003 目前国内外现有切割土样的方式主要为环刀、 切土器， 原状土分样器等， 上述仪器 多为固定尺寸和形状， 浪费很多土样 ； 同时如果多次实验， 则需要重复制样， 如此浪费大量 人力物力和时间。 发明内容 ： 0004 为了最大限度的利用土样， 。
8、同时更好的获取每一部分土样参数， 本发明设计了一 种专用的模具， 形状分为鼓状和圆筒状， 适宜原状样和压缩样， 剪切样进行物化参数测试， 具体模具参数可对照图纸根据实验需求自行制作。 0005 整个三向土样切割仪器主要由土样分离器， 多功能环刀组和切割仪构成， 实验装 置 ( 见图 1、 图 2、 图 3) 各部分功能说明如下 ： 0006 a. 分离器顶盖 ： 为圆形顶盖， 顶盖上均布 a1 环形空隙和 a2 纵向空隙， 方便 g 组环 刀和 h 组环刀 ( 见图 2) 插入 ； 0007 a1.环形空隙， 自顶部圆心至外圈共计5个， 将顶部圆盖6等分， 每个空隙较相应环 刀宽 2 3mm，。
9、 用于 g 组环刀插入 ( 见图 5 和图 6)， 将土样切割成相应规格的柱状 ； 0008 a2.纵向空隙， 过顶部圆心呈互相垂直的十字形， 每个空隙较相应环刀宽23mm， 用于 h 组环刀插入 ( 见图 5 和图 6)， 将已切割成相应柱状的土样进一步切割成四份条状 ； 同时每个纵向空隙末端附有连接环， 用于和 e 型、 f 型侧壁相连 ( 见图 1) ； 0009 b. 支架轴， 圆柱状金属杆， 连接并支撑顶面和底面， 用于固定支架 ； 0010 c. 六棱柱型空隙， 位于 d 底座下半部分， 每边边长为 a 顶盖的半径一半， 即 1/2R， 厚度为自底面到顶面底座厚度一半， 即 1/2。
10、D， 用于固定土样分离器和切割仪 ( 见图 5 和 6) 0011 d. 底座， 圆饼状金属体， 密度大， 用于维持整个切割器的重心 ； 同时与 a 对应含有 四个连接环， 用于和 e 型、 f 型侧壁相连 ( 见图 1) ； 0012 e. 鼓状外壁， 由四个 e1 和 a 顶盖、 d 底座通过 e3 连接环形成 ： 0013 e1. 鼓状侧壁， 四角各有一个连接环 e3， 与主体支架 a 顶盖、 d 底座相连接， 可以打 开闭合以方便压缩过的土样进入和取出 ( 见图 4 和图 7) ； 0014 e2. 鼓状外壁横向空隙， 沿鼓状外壁的高均匀分布有 5 个， 将鼓状外壁分成等高的 6 部分。
11、， 用于 ie 组环刀 ( 见图 2) 插入， 将已切割成条状的土样进一步切割成饼状 ； 0015 f. 筒状外壁， 由四个 f1 筒状侧壁和 a 顶盖、 d 底座通过 f3 连接环形成 ； 说 明 书 CN 104280262 A 3 2/3 页 4 0016 f1. 筒状侧壁， 四角各有一个连接环 f3， 与主体支架 a 顶盖、 d 底座相连接， 可以打 开闭合以方便压缩过的土样进入和取出 ( 见图 4 和图 7) 0017 f2. 筒状外壁横向空隙， 沿筒状外壁的高均匀分布有 5 个， 将鼓状外壁分成等高的 6 部分， 用于 if 组环刀 ( 见图 2) 插入， 将已切割成条状的土样进一。
12、步切割成饼状 ； 0018 g. 环向环刀组， 为 1/4 圆柱面 ( 两边外延 5mm 左右打薄， 保证横向空隙为 1/4 圆 面 ) 状环刀， 高度与 c 一致均为 H， 柱面上同样等高分布 5 个横向空隙， 方便 k 组环刀插入 ； 同时用于将土样切割成所需的柱状体， 圆面半径依次为 5/6R、 4/6R、 3/6R、 2/6R、 1/6R， 对应 a 处 5 个空隙， 每个半径有 4 个同样的环刀以构成圆柱面 ； 0019 h. 纵向环刀组， 长方形状环刀， 为主要对应 b 处 4 个空隙， 高度与 c 一致均为 H， 宽 度依据所需保留的中心柱体程度分别有 R、 5/6R、 4/6R。
13、、 3/6R、 2/6R、 1/6R， 每个宽度有 4 个环 刀， 以对土样进行 4 等分 0020 i. 横向环刀组， 分为鼓状横向环刀组 ie 和筒状横向环刀组 if 0021 ie. 鼓状横向环刀组， 用于对 eq 鼓状土样进行最后一部切割 ( 见图 4) 为饼状， 依 据所需的土样形状不同， 圆面半径分别为 R+x、 5/6R+x、 4/6R+x、 3/6R+x、 2/6R+x、 1/6R+x， 每 个宽度有 4*5 20 个， 以对土样进行 20 等分 ； 0022 if. 筒状横向环刀组， 用于对 gq 筒状土样进行最后一步切割 ( 见图 5) 为饼状， 依 据所需的土样形状不同，。
14、 圆面半径分别为 R、 /6R、 4/6R、 3/6R、 2/6R、 1/6R， 每个宽度有 4*5 20 个， 以对土样进行 20 等分 ； 0023 j. 切割仪， 由 j1 j9 构成， 主要用于将已进入土样分割器的土样进行迅速的切 割， 在最短时间内得到最精确结果 ； 0024 j1. 压缩柱， 圆柱状金属体， 半径 R2， 长度 1.5H， 底部与 j4 压缩器无缝焊接， 在 j3 支撑台的空隙处通过上下运动， 进而将 g 组和 h 组环刀迅速压入土样分割器中 ； 0025 j2. 支撑柱， 圆柱状金属体， 半径 R1， 长度 2.5H， 分别与 j3 支撑台， j9 固定台无缝 焊。
15、接， 用于连接支撑台和固定台， 同时提供足够的高度方便 j1 压缩柱上下运动进而将 g 组 和 h 组环刀迅速压入土样分割器中 ； 0026 j3. 支撑台， 长方体状金属体， 长宽高分别为 ： A1、 B1、 H1， 有两个圆柱形空隙， 分别 与 j1 压缩柱可滑动式连接， j2 支撑柱可旋转连接， 主要提供空间方便 j1 压缩柱上下运动 进而将 g 组和 h 组环刀迅速压入土样分割器中 ； 0027 j4. 压缩器， 扁平圆柱状金属体， 半径 R， 高度 D1， 与 j1 压缩柱无缝焊接， 直接作用 于土样分割仪， 通过 j1 压缩柱的上下移动， 进而将 g 组和 h 组环刀迅速压入土样分。
16、割器中 ； 0028 j5. 连接器， 为一 T 型金属体， 用于连接 j2 支撑柱和 j6 横向环刀切割柱， 可以绕 j2 支撑轴旋转并上下移动， 方便 i 组环刀迅速切入土样分割器中 ； 0029 j6. 横向环刀切割柱， 为一圆柱状金属体， 半径 R3， 长度 3R， 一端留有间隙， 方便与 i 组环刀相连 ( 见图 5 和图 6)， 可通过 j5 连接器进行平面旋转， 并且可前后插入， 进而方便 i 组环刀迅速切入土样分割器中 ； 0030 j7.六棱柱型凸起， 与j8载物台无缝焊接， 通过和土样分割器的底座d底部的六棱 柱型空隙相合， 进而固定土样分割器， 六棱柱边长 1/2R， 高。
17、度 1/2D ； 0031 j8.载物台， 圆柱状金属体， 半径R4， 高度D1， 与j7六棱柱型凸起以及j9固定台无 缝焊接， 主要用于连接 j7 六棱柱型突起以及 j9 固定台 ； 说 明 书 CN 104280262 A 4 3/3 页 5 0032 j9. 固定台， 长方体状金属体， 长宽高分别为 A3、 B3、 H3， 直接与 j2 支撑柱和 j8 载 物台无缝焊接， 用于确保整个仪器的重心和平稳 ； 0033 通过对土体试样进行三向切割， 进而达到土样的最大利用， 同时也可对土样不同 部分进行对比研究， 以观察含水量， 孔隙度等一系列物化参数是否和分布位置有关。 最多可 将一土样切。
18、割成 664 144 块， 图 7 为完全切割土样俯视图， 也可依据实验需求少放入 相应环刀， 使土样数量在 2 144 中变动 ( 如图 8 所示 )。 附图说明 ： 0034 图 1 土样分离器 0035 图 2 多功能环刀组 0036 图 3 切割仪 0037 图 4 土样装入 0038 图 5 e 型土样切割方式 0039 图 6 f 型土样切割方式 0040 图 7 土样取出及完全切割 0041 图 8 部分切割 具体实施方式 ： 0042 (1) 如图 1 所示， 针对不同土样选择 e 型或 f 型外壁， 与主体支架连接构成完整的 土体切割器主体， 连接前可在外壁内部涂抹凡士林以保。
19、证内部的光滑方便土样的进出。 0043 (2) 如图 4 所示， 打开外壁放入土样后再关闭外壁即可。 0044 (3)如图5和6所示， 依据实验需求， 先插入不同尺寸的g组环刀， 再插入不同尺寸 的 h 组环刀， 放入切割仪 j 中， 通过压缩器 j1、 j4 迅速切割 ； 环刀插入前涂抹凡 士林， 以达 到隔水润滑的作用 0045 (4) 如图 5 和图 6 所示， 依据实验需求在横向环刀切割柱 j6 中插入不同尺寸的 i 组环刀， 旋转连接器j5和推进j6横向环刀切割柱即可获取不同规格形状的土样， 环刀插入 前涂抹凡士林， 以达到隔水润滑的作用。 0046 (4) 如图 7 所示， 打开环。
20、刀盒， 取出土样即可， 图中所示土样为完全切割土样， 也可 依据实验需求插入不同型号环刀， 进而获取不同规格的土样 ( 见图 8)。 0047 (5) 取出相应的土样后可进行相关物化参数测试。 0048 (6) 洗净装置， 细心维护， 以便下一次实验使用。 说 明 书 CN 104280262 A 5 1/8 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 104280262 A 6 2/8 页 7 图 2 说 明 书 附 图 CN 104280262 A 7 3/8 页 8 图 3 说 明 书 附 图 CN 104280262 A 8 4/8 页 9 图 4 说 明 书 附 图 CN 104280262 A 9 5/8 页 10 图 5 说 明 书 附 图 CN 104280262 A 10 6/8 页 11 图 6 说 明 书 附 图 CN 104280262 A 11 7/8 页 12 图 7 说 明 书 附 图 CN 104280262 A 12 8/8 页 13 图 8 说 明 书 附 图 CN 104280262 A 13 。