利用分层压实法制备三轴试验试样的装置技术领域
本发明涉及室内三轴试验制样装置，更具体地说涉及一种利用分
层压实法制备三轴试验试样的装置。
背景技术
在土工试验中，原状样和重塑样并重，原状样反映了土体的天然
结构、真实的力学性能，但是也存在取样困难、样本数量少、试样不
均匀，不便于科学研究的缺点；相比于原状样，重塑样在试样样本数
量、试验控制条件、试验时间、试样均匀性方面都占有较大优势，因
此重塑土样在土工试验中具有更强、更普遍的适用性。
对试样进行重塑成型的关键是选择一个精度高、能够灵活控制重
塑样相对密度和均匀性且易于操作的仪器。传统的三轴重塑样击实器
分为两种：一种是一次成型击实器(如千斤顶)，这种击实器能够保
证试样一次成型，但是存在致命的弊端：使制成的试样密度不均匀，
出现“上紧下松”的现象，造成试样没有良好的整体力学性能，整体
承载能力下降，且制样时会带出一定量的土，会引起所制土样的干密
度产生较大误差，使试验精度大大降低。另一种是常见的三轴击实仪，
这种仪器在一次成型击实器的基础上进行改进，采用了分层击实的方
法对试样进行重塑，使试样“上紧下松”、整体性能差的现象得到了
改善，但是使用这种仪器作为击实工具，在制样时存在各层层厚难以
控制(只能用尺子去一层层测量)，对试样的制备带来了极大地不便，
且在各层土样的击实过程中，由于产生的较大冲击力减短了仪器的使
用寿命且造成土量的损失，使试验结果存在较大的误差。因此，需要
设计一种新型的重塑土样成型仪器，避免上述问题的发生，提高试验
精度
发明内容
本发明的目的旨在根据土工试验中关于土样成型存在的问题，并
分析传统的三轴重塑样击实器的原理，针对传统仪器存在的问题，提
供一种新型的利用分层压实法制备三轴试验试样的装置，结合机械领
域和土领域的知识，将基于杠杆原理设计的简易压实器成功的应用到
土样压实中，提高了试验操作的方便性和结果的精度。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种利用分
层压实法制备三轴试验试样的装置，其特征在于：包括土样压实器、
土样压实筒和限位模块；所述土样压实器包括主体基座，安装在主体
基座上并带有多个位于不同高度的手柄挂孔的立柱，与立柱通过手柄
挂孔活动连接的手柄，以及活动安装在手柄中部的带有压锤的压杆；
所述土样压实筒包括底座、土样成型筒和压板，所述土样成型筒是由
多个弧形板拼接经圆形套箍固定而成的，所述底座设有固定土样成型
筒底部的凹槽，所述压板设有固定土样成型筒顶部的贯穿孔，所述压
板与底座通过螺栓连接；所述土样压实筒活动固定在土样压实器主体
基座上的试样孔中，所述限位模块与土样压实器上的压锤活动固定。
进一步的技术方案在于，还包括补高器，所述补高器为一个与土
样成型筒内直径相同的环形柱体。
进一步的技术方案在于，所述限位模块的底部可伸入土样成型筒
的内部，且其顶部可卡在土样成型筒的外部，所述限位模块的底部设
有一个圆形的水平面。
进一步的技术方案在于，所述限位模块为3种，其高度各不相同。
进一步的技术方案在于，所述限位模块与土样压实器上的压锤通
过磁力固定。
进一步的技术方案在于，所述限位模块与土样压实器上的压锤之
间设有具有吸附性的磁铁。
进一步的技术方案在于，所述土样成型筒是由三个弧形板拼接经
圆形套箍固定而成的。
进一步的技术方案在于，所述立柱设有两个位于不同高度的手柄
挂孔。
进一步的技术方案还在于，所述底座上的凹槽为环形的；所述底
座上的凹槽为圆形的。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明针对传统土样
击实器存在的制样精度低、产生的冲击力过大、仪器使用寿命短、费
时费力、土量损失大等问题，进行改进创新，使得新制仪器构造简单，
造价低，能够保证试样各层层厚均一、各土层相对密度均匀，可根据
需求制得不同分层高度和层数的土样；且基于杠杆原理设计的压实器
具有省时省力的优点，避免了传统击实方式存在的仪器使用寿命过
短、在击实过程中由于冲击力引起土量损失等弊端，极大的满足了重
塑样制作的要求；土样压实器与相应型号的限位模块之间通过磁力相
连，使土样压实器和限位模块成为一体，进一步确保了压实过程的精
确性和简便性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明中土样压实器结构示意图；
图3是本发明中限位模块结构示意图；
图4是本发明中土样压实筒结构示意图；
图5是本发明中补高器结构示意图
其中:1、土样压实器；1-1、主体基座；1-2、立柱；1-3、压杆；
1-4、第一手柄挂孔；1-5、第二手柄挂孔；1-6、手柄；1-7、压锤；
1-8、试样孔；2、限位模块；3、土样压实筒；3-1、圆形套箍；3-2、
压板；3-3、土样成型筒；3-4、螺栓；3-5、底座；4、补高器。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案
进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部
分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普
通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，
都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但
是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域
技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明
不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明采用了基于杠杆原理设计的简易压实器，将机械领域的知
识应用到土工试验中，手柄1-6、压杆1-3、压锤1-7、立柱1-2构
成了一个杠杆设备，代替了靠较大冲击力压实土样的传统方式，技巧
性的达到省时省力的效果。
如图1所示，本发明包括土样压实器1、土样压实筒3和限位模
块2；
如图2所示，土样压实器1包括主体基座1-1，安装在主体基座
1-1上并带有多个位于不同高度的手柄挂孔的立柱1-2，与立柱1-2
通过手柄挂孔活动连接的手柄1-6，以及活动安装在手柄1-6中部的
带有压锤1-7的压杆1-3；
如图3所示，土样压实筒3包括底座3-5、土样成型筒3-3和压
板3-2，土样成型筒3-3是由多个弧形板拼接经圆形套箍3-1固定而
成的，底座3-5设有固定土样成型筒3-3底部的凹槽，压板3-2设有
固定土样成型筒3-3顶部的贯穿孔，压板3-2与底座3-5通过螺栓
3-4连接；
如图1所示，土样压实筒3活动固定在土样压实器1主体基座
1-1上的试样孔1-8中，防止压实过程中由于土样压实筒3移动对土
样造成的破坏，限位模块2与土样压实器1上的压锤1-7活动固定。
如图5所示，本发明还包括补高器4，补高器4为一个与土样成
型筒3-3内直径相同的环形柱体。
优选的，限位模块2的底部可伸入土样成型筒3-3的内部，且其
顶部可卡在土样成型筒3-3的外部，限位模块2的底部设有一个圆形
的水平面。
如图4所示，限位模块2为3种，其高度各不相同。每种限位模
块2均由三部分构成：顶部为直径43.6mm(略大于土样成型筒3-3
内直径)，高25mm的圆柱；底部为直径38.3mm(略小于样成型筒3-3
内直径)，高5mm的圆饼；中间为直径18.5mm，高为15mm、35mm、
55mm三种不同型号的细长圆柱。
每种限位模块2的上部为一“矮胖型”圆柱，其直径略大于样成
型筒3-3上端内直径，下部为一直径略小于样成型筒3-3上端内直径
的圆饼，其可在样成型筒3-3自由出入，中间为一细长柱，用于传力；
本发明中，限位模块2与土样压实器1上的压锤1-7通过磁力固
定。
优选的，限位模块2与土样压实器1上的压锤1-7之间设有具有
吸附性的磁铁。
土样压实器1与相应型号的限位模块2之间通过磁力相连，使土
样压实器1和限位模块2成为一体，确保了压实过程的精确性和简便
性。在压实时，土样压实器1和限位模块2由于压力的作用下移，当
达到要求的土层厚度时，限位模块2的顶部分则会卡住，则压实完成。
优选的，土样成型筒3-3是由三个弧形板拼接经圆形套箍3-1固
定而成的。
优选的，立柱1-2设有两个位于不同高度的手柄挂孔，分别为第
一手柄挂孔1-4、第二手柄挂孔1-5。当土样分层层数为4层时，压
实第一、二、三层土样时，不需要使用补高器4，则选择第一手柄挂
孔1-4，而进行最后一层土样压实时，需要配合使用补高器4，高度
增加40mm，则选择第二手柄挂孔1-5，手柄1-6上的槽形孔卡到右侧
立柱的槽形位置时，限位模块2也刚好被卡住，完成该层土样的击实；
优选的，底座3-5上的凹槽为环形的；底座3-5上的凹槽为圆形
的。用来放置由三块弧形板拼接而成的土样成型筒3-3；
具体操作步骤如下：
1.将三块弧形板拼接成圆筒，并通过圆形套箍进行固定，组成土
样成型筒3-3，土样成型筒3-3内直径为39.1mm，高为80mm，将土
样成型筒3-3置于底座3-5的凹槽上，压板3-2置于土样成型筒3-3
顶端相应位置处，压板3-2并通过竖向的螺栓3-4与底座3-5连接，
构成土样压实筒3。
2.将土样压实筒3分别放置在土样压实器1主体基座1-1的试样
孔1-8处，加以固定，此时将土样压实器1的手柄1-6挂钩挂到第一
手柄挂孔1-4处。
3.称量所需压实的第一层土样的质量，并将其放入土样压实筒3
中，将磁铁固定在土样压实器1上，并吸附中间细柱高度为55mm(入
筒高度为60mm)的限位模块2，使施力手柄1-6右侧抬到一定高度，
并用力下压，此时由于压杆1-3的连动作用，压锤1-7和限位模块2
下移，通过限位模块2，对土样进行压实，随着限位模块2的不断下
移，限位模块2的顶部卡在土样压实筒3上端，完成这一层土样的压
实，此时手柄1-6上的槽形孔也刚好卡到右侧立柱的槽形位置。
4.压实完毕后，卸下此型号的限位模块2，并对第一层土样进行
刮毛处理。
5.称量第二层土样的质量，且使土样压实器1上的磁铁吸附中间
细柱高度为35mm(入筒高度为40mm)的限位模块2，重复步骤3和4。
6.称量第三层土样的质量，且使土样压实器1上的磁铁吸附中间
细柱高度为15mm(入筒高度为20mm)的限位模块2，重复步骤3和4。
7.称量第四层土样的质量，将补高器4放置在土样压实筒3的
上端且使土样压实器1上的磁铁吸附中间细柱高度为35mm的限位模
块2，此时将土样压实器1的手柄1-6挂钩挂到第二挂孔1-5处，重
复步骤3和4。
8.一个分四层进行压实成型的三轴试样制备完成，也可以根据实
验要求选择适当的分层高度和分层数，取出试样，保证各设备恢复到
最初状态。