CN103278612B - 岩土工程模型试验用砂雨装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种岩土工程模型试验用砂雨装置，包括料斗、控制板、起吊与平移装置和筛网，其中：所述料斗内设置有所述筛网，在所述筛网上填装岩土工程模型试验所需的砂土；所述料斗的底部设置有精确控制砂土装填速度和高度的所述控制板；所述料斗的顶部连接在所述起吊与平移装置上。本发明操作简便、投资成本低、一次装填量大，有效地节约人力、整体强度高、坚固耐用，为岩土工程模型试验研究中的砂土装填作业提供了准确、高效的设备基础。

Description

岩土工程模型试验用砂雨装置

技术领域

本发明涉及一种岩土工程室内模型试验设备，属于土木工程地下工程施工模型试验领域，具体地，涉及一种岩土工程模型试验用砂雨装置。

背景技术

岩土工程是土木工程的一个重要分支，主要涉及地下工程施工，具有施工环境封闭、施工对象不确定性强，一旦发生事故引发损失极大等特点。在研究岩土工程的特点和施工对周围环境的影响时，仅仅进行数值模拟试验不足以反映其复杂性和解决工程中碰到的关键技术问题。所以，必须辅以模型试验来完成针对岩土工程的研究。

模型试验中，所装填的模型土层参数会直接影响土层的力学性质，进而影响模型土层对于实际工程中遇到的土层的模拟真实程度，并最终影响模拟结果的准确性。具体到采用砂土土层的模型试验，模型土层的密度参数需要具有均匀性和统一性，且可以根据被模拟土层的性质调节取得指定的密度。由于砂土流动性较强，在模型装填过程中若想达到上述要求，不可能分块装填，必须在模型装置上方全宽度、形成类似于降雨的砂雨（sand rain）进行均匀且连续的装填方可实现。

目前，国内外岩土工程模型试验用的砂土装填（砂雨）装置在以下文献和专利中有记载：

[1]土の圧密定体積一面せん断試験方法[S].JGS0560:2000

[2]Chungsik Yoo,Hyun-Kang Shin.Deformation behavior of tunnel facereinforced with longitudinal pipes-laboratory and numerical investigation[J].Tunnelling and Underground Space Technology,2003(18):303-319

[3]刘钟,赵琰飞,李志毅等.螺旋挤土桩模拟成桩试验技术研究[C]土工测试新技术-第25届全国土工测试学术研讨会论文集

[4]解国爱,刘正,贾东等.构造变形过程中生长地层的实验材料添加装置[P]中国:200520139813,2005-12-15

[5]高福平,吴应湘,杨兵.模拟地基用大型砂样制作装置[P]中国:200420048475,2004-04-14

目前，国内外岩土工程模型试验用的砂土装填（砂雨）装置存在以下几方面的不足：

（1）多数装填装置只能一维运动，即仅能做水平或者垂直移动，无法同时调节砂土下落高度和砂土装填长度；

（2）装填装置要么依靠固定的打孔板控制落砂量，要么只有简单的可开合底板，均无法精确调节落砂量；

（3）装填装置多数与模型装置固定在一起，只能用于某个尺寸的模型装置的砂土装填，适用模型范围窄，对设备本身是一种浪费；

（4）装填装置普遍没有设置筛网，装填砂土时容易混入粗颗粒和其它杂质，影响砂土的质量；

（5）多数装填装置包含过多的机电部件和转动部件，构造复杂，制作成本高，在强度较高的模型砂土装填作业中容易损坏。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种岩土工程模型试验用砂雨装置，该装置构造简单、不易损坏、制作成本低、适用模型范围广、操作简便、可二维调节，能为岩土工程模型试验研究提供准确、高效的砂土装填作业。

本发明提供一种岩土工程模型试验用砂雨装置，包括料斗、控制板、起吊与平移装置和筛网，所述料斗内设置所述筛网，在所述筛网上填装岩土工程模型试验所需的砂土，所述料斗底部设置用以控制所述料斗内砂土是否下落和下落的速度的所述控制板，所述料斗的顶部连接在所述起吊与平移装置上。

优选地，所述料斗四角分别设置四根相互平行的主体支撑柱，相邻所述主体支撑柱的顶部之间设置顶横梁，相邻所述主体支撑柱的中部之间设置中横梁，所述料斗下端收缩处均设置斜梁，所述料斗底部均设置底横梁。

优选地，所述料斗的每两根相邻的所述主体支撑柱之间和与之相连的所述顶横梁、所述中横梁以内设置料斗上围板，所述料斗侧面两根相邻的所述斜梁和所述中横梁之间设置料斗下围板，所述料斗正面两根相邻的所述斜梁和所述中横梁、所述底横梁之间设置料斗斜围板。

优选地，所述控制板设置插槽与所述料斗下围板相连，所述控制板设置用以调节开合大小的螺杆，所述螺杆设置固定螺帽与设置于所述料斗正面的两根所述主体支撑柱之间的连接梁相连，所述螺杆一端为旋转把手，另一端为锁止螺帽。

优选地，所述起吊与平移装置包括龙门架、水平移动葫芦、垂直移动葫芦、起吊带和吊耳，所述水平移动葫芦设置于所述龙门架上，所述垂直移动葫芦设置于所述水平移动葫芦下方，所述垂直移动葫芦通过所述起吊带与所述吊耳与所述料斗相连。

优选地，在所述料斗正面的两根所述主体支撑柱之间的所述连接梁上设置有测高重锤。

优选地，所述主体支撑柱、所述顶横梁、所述中横梁、所述斜梁和所述底横梁均为角钢材质；所述料斗上围板、所述料斗下围板和所述料斗斜围板均为钢板材质。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

（1）本发明通过调节控制板开合大小和料斗距离土面高低，来精确控制岩土工程模型试验中砂土装填速度和高度，操作简便；根据试验要求，砂土密度范围从松砂到极密砂均可得到；

（2）本发明适用范围广，配合龙门架可以进行任意长度的模型试验所需砂土装填，不必重新制作，投资成本低；

（3）本发明使用操作简便，一次装填量大，有效地节约人力，同时避免装填次数过多的差异性对砂土装填质量的影响；

（4）本发明在料斗底部设置了筛网，可以在装填过程中筛除砂土中的粗颗粒和其它杂质，提高砂土质量；

（5）本发明所采用的设计中，承力部位没有滚动部件，整体强度高，坚固耐用。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明正面示意图；

图3为本发明侧面示意图。

图中：

1为料斗，2为控制板，3为起吊与平移装置，4为筛网；

11为主体支撑柱，12为顶横梁，13为中横梁，14为斜梁，15为底横梁，16为料斗上围板，17为料斗下围板，18为料斗斜围板；

21为插槽，22为螺杆，23为锁止螺帽，24为固定螺帽，25为旋转把手，26为连接梁，27为测高重锤；

31为龙门架，32为水平移动葫芦，33为垂直移动葫芦，34为起吊带，35为吊耳。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1、2、3所示，本实施例提供一种岩土工程模型试验用砂雨装置，包括：料斗1、控制板2、起吊与平移装置3和筛网4，其中：所述料斗1内设置所述筛网4，在所述筛网4上填装岩土工程模型试验所需的砂土，所述料斗1底部设置所述控制板2，所述料斗1的顶部设置所述起吊与平移装置3。

本实施例还可以进一步包括设置于所述料斗1的连接梁26上的测高重锤27，用于监测所述料斗1的高度。

本实施例所述料斗1包括四根相互平行的主体支撑柱11、顶横梁12、中横梁13、斜梁14、底横梁15、料斗上围板16、料斗下围板17和料斗斜围板18，其中：相邻所述主体支撑柱11的顶部之间均设置所述顶横梁12；相邻所述主体支撑柱11的中部之间均设置所述中横梁13；所述料斗1下端收缩处均设置所述斜梁14；所述料斗1底部均设置所述底横梁15；每两根相邻的所述主体支撑柱11之间和与之相连的所述顶横梁12、所述中横梁13以内设置所述料斗上围板16，所述料斗1侧面两根相邻的所述斜梁14和所述中横梁13之间设置所述料斗下围板17，所述料斗1正面两根相邻的所述斜梁14和所述中横梁13、所述底横梁15之间设置所述料斗斜围板18。

本实施例所述主体支撑柱11、所述顶横梁12、所述中横梁13、所述斜梁14和所述底横梁15均为角钢材质，所述料斗上围板16、所述料斗下围板17和所述料斗斜围板18均为钢板材质。

本实施例所述料斗1底部设置控制板2，用以控制所述料斗1内砂土是否下落和下落的速度。

本实施例所述控制板2通过设置插槽21与所述料斗下围板17相连，所述控制板2设置螺杆22调节开合大小，所述螺杆22设置固定螺帽24与所述料斗1正面两根相邻所述主体支撑柱11之间设置的连接梁26相连，所述螺杆22一端为旋转把手25，另一端为锁止螺帽23。

本实施例所述起吊与平移装置3包括龙门架31、水平移动葫芦32、垂直移动葫芦33、起吊带34和吊耳35，其中：所述水平移动葫芦32设置于所述龙门架31上，所述垂直移动葫芦33设置于所述水平移动葫芦32下方，所述垂直移动葫芦33通过所述起吊带34、所述吊耳35与所述料斗1的所述主体支撑柱11顶部相连。

本实施例操作步骤如下：

1、准备待装填的砂土，事先使用粗筛去除较大的石子和其它杂物；

2、旋动所述旋转把手25，将所述控制板2关闭；

3、使用人工或机械手段将砂土填装到所述料斗1中；

4、拉动所述垂直移动葫芦33，借助所述测高重锤27调整所述料斗1和砂土装填面的高度；

5、拉动所述水平移动葫芦32，调整所述料斗1到达装填起始位置；

6、旋动所述旋转把手25，打开所述控制板2，当砂土下落速度达到要求后，拉动所述水平移动葫芦32在装填面上往复运动，并注意观察所述测高重锤27与装填面的距离，据此微调所述垂直移动葫芦33保持高度；

7、将所述料斗1中砂土全部装填完毕后，重复以上步骤2-6，直到完成整个模型所需砂土的装填。

本实施例提供的一种岩土工程模型试验用砂雨装置，其构造简单，在料斗底部设置了筛网，可以在装填过程中筛除砂土中的粗颗粒和其它杂质，提高砂土质量；承力部位没有滚动部件，整体强度高、坚固耐用、制作成本低；通过调节控制板开合大小和料斗距离土面高低，来精确控制砂土装填速度和高度，操作简便；一次装填量大，有效地节约人力，同时避免装填次数过多的差异性对砂土装填质量的影响；可二维调节，能为岩土工程模型试验研究提供准确、高效的砂土装填作业。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种岩土工程模型试验用砂雨装置，其特征在于，包括料斗、控制板、起吊与平移装置和筛网，所述料斗内设置所述筛网，在所述筛网上填装岩土工程模型试验所需的砂土，所述料斗底部设置用以控制所述料斗内砂土是否下落和下落的速度的所述控制板，所述料斗的顶部连接在所述起吊与平移装置上；

所述料斗四角分别设置四根相互平行的主体支撑柱，相邻所述主体支撑柱的顶部之间均设置顶横梁，相邻所述主体支撑柱的中部之间均设置中横梁，所述料斗下端收缩处均设置斜梁，所述料斗底部均设置底横梁，所述料斗的每两根相邻的所述主体支撑柱之间和与之相连的所述顶横梁、所述中横梁以内设置料斗上围板，所述料斗侧面两根相邻的所述斜梁和所述中横梁之间设置料斗下围板，所述料斗正面两根相邻的所述斜梁和所述中横梁、所述底横梁之间设置料斗斜围板。

2.根据权利要求1所述的一种岩土工程模型试验用砂雨装置，其特征在于，所述控制板通过设置插槽与所述料斗下围板相连，所述控制板设置用以调节开合大小的螺杆，所述螺杆设置固定螺帽与设置于所述料斗正面的两根所述主体支撑柱之间的连接梁相连，所述螺杆一端为旋转把手，另一端为锁止螺帽。

3.根据权利要求2所述的一种岩土工程模型试验用砂雨装置，其特征在于，在所述料斗正面的两根所述主体支撑柱之间的所述连接梁上设置有测高重锤。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种岩土工程模型试验用砂雨装置，其特征在于，所述主体支撑柱、所述顶横梁、所述中横梁、所述斜梁和所述底横梁均为角钢材质；所述料斗上围板、所述料斗下围板和所述料斗斜围板均为钢板材质。

5.根据权利要求1-3任一项所述的一种岩土工程模型试验用砂雨装置，其特征在于，所述起吊与平移装置包括龙门架、水平移动葫芦、垂直移动葫芦、起吊带和吊耳，所述水平移动葫芦设置于所述龙门架上，所述垂直移动葫芦设置于所述水平移动葫芦下方，所述垂直移动葫芦通过所述起吊带、所述吊耳与所述料斗相连。