CN106370545A - 一种模拟自然环境的软岩崩解试验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟自然环境的软岩崩解试验系统，设置有箱体；所述箱体内部安装有：模拟光照装置、控温装置、模拟降雨装置、模拟风装置、软岩崩解粒径分级计量装置、监测装置、空气湿度和温度装置；综合了降雨、光照、温度、湿度、风五种自然因素可模拟软岩崩解所需的多种自然环境，可为软岩崩解的研究提供一个模拟自然环境的室内场地，有效克服室外研究的困难，所需器材价格较低，较经济，能有效减少研究费用。本发明的结构简单，设计合理，能够模拟自然环境多种气候条件下的软岩崩解，能较为真实全面的反应软岩崩解的全过程，通过筛分反映崩解的情况，从数量上获得各方面的资料；实用性强，使用效果好，便于推广使用。
Description
技术领域
本发明属于土木过程技术领域，尤其涉及一种模拟自然环境的软岩崩解试验系统。
背景技术
软岩，是指力学上软弱的一类岩石，其成分富含泥质；软岩崩解是指软岩遇水后发生一系列的物理、化学变化，使软岩由整体变成不同粒径大小的一种现象。越来越多的高速公路、铁路建设过程中将不可避免的穿过软岩含量丰富的地区，利用软岩作为路基的填筑材料是不可避免的。由于软岩遇水崩解的特性，经常导致以下问题：用软岩填筑的路基遇水可使路基的整体稳定性降低，甚至出现路面沉降、坍塌的现象。软岩边坡遇水也会导致边坡整体稳定性降低，出现滑坡等的现象。所以，研究软岩的崩解特性对今后软岩地区的交通建设有着重大的意义。
现有的研究软岩崩解的方法基本都是在现场进行测试获得数据，该方法受现场自然条件影响较大，数据获得的难度较大，持续的时间长，所消耗的人力物力较大，不经济，对研究软岩的崩解带来一定的难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模拟自然环境的软岩崩解试验系统，旨在解决现有的研究软岩崩解的方法存在受现场自然条件影响较大，数据获得的难度较大，持续的时间长，消耗的人力物力较大问题。
本发明是这样实现的，一种模拟自然环境的软岩崩解试验系统，所述模拟自然环境的软岩崩解试验系统设置有箱体；所述箱体内部安装有：用于软岩崩解后的筛分与不同粒径的计量的软岩崩解粒径分级计量装置；
所述软岩崩解粒径分级计量装置由放置于箱体下方可上下移动且带不同孔径的四个网孔筛板、弹簧、电动马达以及称重传感器；
网孔筛板四角均有伸出箱体外的伸出段，各伸出段上方对应有一个悬挂于上方弹簧支架的弹簧，固定于可伸缩马达支架的电动马达与弹簧支架紧密接触，弹簧上方固定于弹簧支架上；电动马达与圆弧角三角形转轮连接，最下层网孔筛板下方设置钢丝网上覆透水土工布的软岩承接板；称重传感器位于各筛板四角下方，与筛板接触，软岩崩解后，将各筛板四角外伸段挂在对应弹簧钩上，启动电动马达产生振动，使崩解后软岩筛分后，筛板脱钩，利用称重传感器测出重量，四个称重传感器读数之和即为该层筛网和分层后软岩的重量，再减去分层前的筛板重量就可得分层后软岩的重量。
进一步，所述箱体内部安装有：
模拟光照装置，用于了解不同光照强度下的软岩崩解情况；
控温装置，用于了解不同温度下的软岩崩解情况；
模拟降雨装置，用于了解不同降雨强度下的软岩崩解情况；
模拟风装置，用于了解不同风力强度下的软岩崩解情况；
监测装置，用于观测软岩崩解的具体过程；
空气湿度和温度装置，用于了解不同温湿度条件下软岩的崩解。
进一步，所述箱体为钢化玻璃，顶部及外侧面覆盖黑色隔温材料。
进一步，所述模拟光照装置由安装于箱体顶部的白炽灯和冷光灯、遮光帘以及箱体底部的电阻加热器组成，冷光灯四周采用白炽灯；遮光帘置于遮光帘滑道上，白炽灯通电线路经白炽灯和冷光灯线路安装口从白炽灯和冷光灯线路安装管集中通过，白炽灯和冷光灯开关设置于箱体外壁上，箱壁上设置白炽灯和冷光灯检查维修口。
进一步，所述控温装置由箱体底部的电阻加热器和制冷器组成，制冷管道安装在箱体最下方的制冷器入口。
进一步，所述模拟降雨装置由设于遮光帘下部纵横布置的外接增压水泵、水阀和水压表的多个喷头组成，主水管上安装水阀，在箱体壁上设置喷头检查维修口。
进一步，所述模拟风装置为置于箱外一侧的可调节风速大小的风扇构成，风扇与网孔筛板平齐，在风扇正对的前后箱壁上开多个通风口及岩样取放口，通风口及岩样取放口安装有玻璃盖板。
进一步，所述筛板的孔径标准按60mm、20mm、5mm、2mm、1mm、0.5mm选择。
进一步，所述监测装置为设置于筛板上方的高清摄像头。
进一步，所述空气湿度和温度装置为布置于箱壁湿度计和温度计。
本发明提供的模拟自然环境的软岩崩解试验系统，设置有模拟光照与控温装置、模拟降雨装置、模拟风装置、软岩崩解粒径分级计量装置、观测软岩崩解过程的监测装置、测量箱内空气湿度和温度装置，综合了降雨、光照、温度、湿度、风五种自然因素可模拟软岩崩解所需的多种自然环境，可为软岩崩解的研究提供一个模拟自然环境的室内场地；CZY601称重传感器/箱式称重传感器市场价18元一支，共需八只180元，中空钢化玻璃(具有保温隔热效果)150元每平米(市场价100～300元)，共需10平米1500元，半导体制冷器(-10℃～55℃)1900元，增压水泵150元(市场价150～300元)小型电机400元一个，共需两个800元(市场价300～100)，其他小件以及组装人工费合计估价3000元，试验箱总价7530元；与现场试验相比本试验箱可克服现场试验大量投入人力和时间的缺点，试验箱造价和现场试验所耗费的人力物力相比较小，且试验箱可重复多次使用；因此有效克服室外研究的困难，所需器材价格较低，较经济，能有效减少研究费用。
本发明的结构简单，设计合理，能够模拟自然环境多种气候条件下的软岩崩解，能较为真实全面的反应软岩崩解的全过程，通过筛分反映崩解的情况，从数量上获得各方面的资料；崩解、筛分、称重过程同时进行，缩短试验周期，高效、直观、操作性强；多级筛分提高了筛分效率，弹簧控制振动筛分，实现各级筛分的可控制性；筛分质量动态测量，减少因筛分次数过多造成的质量损失，提高了试验精度；各个装置系统可以独立控制且可以依据实际要求组合控制，以实现全方位、多因素下软岩崩解的具体模拟；实用性强，使用效果好，便于推广使用。
附图说明
图1是本发明实施例提供的模拟自然环境的软岩崩解试验系统结构示意图。
图2是本发明实施例提供的图1的侧视图。
图3是本发明实施例提供的模拟光照装置结构示意图。
图4是本发明实施例提供的模拟降雨装置结构示意图。
图中：1、箱体；2、白炽灯和冷光灯；3、遮光帘；4、喷头；5、遮光帘滑道；6、高清摄像头；7、温度计；8、湿度计；9、通风口及岩样取放口；10、电动马达；11、称重传感器；12、弹簧支架；13、弹簧；14、制冷器；15、电阻加热器；16、主水管；17、水阀；18、增压水泵；19、白炽灯和冷光灯线路安装口；20、第一网孔筛板；21、第二网孔筛板；22、第三网孔筛板；23、第四网孔筛板；24、承接板；25、白炽灯和冷光灯线路集线管；26、白炽灯和冷光灯检查维修口；27、喷头检查维修口；28、白炽灯和冷光灯开关；29、高弹性布封口；30、制冷器入口；31、电动马达开关；32、可伸缩马达支架；33、圆弧状三角形转轮；34、水压表。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图1-附图4对本发明的结构作详细的描述。
本发明实施例的模拟自然环境的软岩崩解试验系统设置有箱体1；所述箱体1内部安装有：模拟光照装置、控温装置、模拟降雨装置、模拟风装置、软岩崩解粒径分级计量装置、监测装置、空气湿度和温度装置。
所述箱体1主体部分为钢化玻璃，尺寸为1mx1mx2m，顶部及外侧面覆盖黑色隔温材料。
所述模拟光照装置由安装于箱体1顶部的多个100W白炽灯和冷光灯2和下层由黑白灰三色构成的遮光帘3以及箱体1底部的电阻加热器15组成，光照装置一共九个灯，正中间的灯采用冷光灯，用于模拟夜晚的光，四周采用100W白炽灯，遮光帘3置于遮光帘滑道5上，可来回滑动，白炽灯通电线路经白炽灯和冷光灯线路安装口19从白炽灯和冷光灯线路安装管25集中通过，白炽灯和冷光灯开关28设置于箱体1外壁上，并在箱壁上设置白炽灯和冷光灯检查维修口26以便白炽灯和冷光灯2故障时检查原因或更换白炽灯和冷光灯2，通过控制白炽灯、冷光灯工作个数调节需要模拟的光照强度，并以模拟晴天、阴天。
所述控温装置由箱体底部的电阻加热器15和制冷器14组成，通过电阻加热器来有效提高箱体内的空气温度，制冷管道从箱体最下方的制冷器入口30进入。
所述模拟降雨装置由设于遮光帘下部纵横布置的外接增压水泵18、水阀17和水压表34的多个喷头4组成，主水管16上设水阀17作为开关及控制水量大小、设增压水泵18以调节模拟降水的水压力大小，并在箱壁上设置喷头检查维修口27，以便喷头4故障时检修或更换，通过水量调节模拟暴雨、中雨、小雨天气。
所述模拟风装置为置于箱外一侧的可调节风速大小的风扇构成，风扇高度大致与网孔筛板平齐，在风扇正对的前后箱壁上开多个通风口及岩样取放口9，将风送入箱体内，不需要通风时可用玻璃盖板将通风口封闭。
所述软岩崩解粒径分级计量装置由放置于箱体1下方可上下移动且带不同孔径的网孔筛板20-23、弹簧13、电动马达10以及称重传感器11等组成，筛板的孔径根据实验室标准由上至下依次减小分多级设置(图中分为四级)，孔径标准可按60mm、20mm、5mm、2mm、1mm、0.5mm选择，各筛板四角均有伸出箱体外的伸出段，伸出段长度由上至下依次增加，各伸出段上方对应有一个悬挂于上方弹簧支架12的弹簧13，固定于可伸缩马达支架32的电动马达与弹簧支架12紧密接触，弹簧13原始状态时下钩略高于对应筛板，弹簧上方固定于弹簧支架12上；需要筛分时，将筛子20-23四角的钩子与弹簧支架12上的预留弹簧13对应相连，此时筛板已经与称重传感器分离一定距离，然后按下电动马达开关31，弹簧支架12下方的电动马达10带动转轴、圆弧角三角形转轮33转动使弹簧支架12振动，从而通过弹簧13均匀地带动筛板振动筛分；试验的原状软岩置于最上层的网孔筛板20上，并在最下层筛板23下方设置钢丝网上覆透水土工布的软岩承接板24，以收集其筛分下来的软岩。
所述监测装置由设置于筛板上方的高清摄像头6构成，以记录软岩崩解发展的过程。
所述空气湿度和温度装置分别为湿度计8和温度计7，布置于箱壁。
本发明的工作原理：
选取直径为100mm左右的块状原状软岩，称取初值质量后放置于最上层筛板20上，称重传感器11位于各筛板四角下方，初始与筛板接触，软岩崩解后，将各筛板四角外伸段挂在对应弹簧钩上，启动电动马达10产生振动，使崩解后软岩筛分后，筛板脱钩，利用称重传感器11测出重量，并作相应记录。模拟光照和控制温度的装置、模拟降雨的装置、模拟风的装置、模拟降温的装置可以单独模拟，也可以共同模拟，以和自然环境情况相似，光照和温度共同调节可模拟春夏秋冬的各种气候。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种模拟自然环境的软岩崩解试验系统，其特征在于，所述模拟自然环境的软岩崩解试验系统设置有箱体；所述箱体内部安装有：用于软岩崩解后的筛分与不同粒径的计量的软岩崩解粒径分级计量装置；
所述软岩崩解粒径分级计量装置由放置于箱体下方可上下移动且带不同孔径的四个网孔筛板、弹簧、电动马达以及称重传感器；
网孔筛板四角均有伸出箱体外的伸出段，各伸出段上方对应有一个悬挂于上方弹簧支架的弹簧，固定于可伸缩马达支架的电动马达与弹簧支架紧密接触，弹簧上方固定于弹簧支架上；电动马达与圆弧角三角形转轮连接，最下层网孔筛板下方设置钢丝网上覆透水土工布的软岩承接板；称重传感器位于各筛板四角下方，与筛板接触，软岩崩解后，将各筛板四角外伸段挂在对应弹簧钩上，启动电动马达产生振动，使崩解后软岩筛分后，筛板脱钩，利用称重传感器测出重量，四个称重传感器读数之和即为该层筛网和分层后软岩的重量，再减去分层前的筛板重量就可得分层后软岩的重量。
2.如权利要求1所述的模拟自然环境的软岩崩解试验系统，其特征在于，所述箱体内部安装有：
模拟光照装置，用于了解不同光照强度下的软岩崩解情况；
控温装置，用于了解不同温度下的软岩崩解情况；
模拟降雨装置，用于了解不同降雨强度下的软岩崩解情况；
模拟风装置，用于了解不同风力强度下的软岩崩解情况；
监测装置，用于观测软岩崩解的具体过程；
空气湿度和温度装置，用于了解不同温湿度条件下软岩的崩解。
3.如权利要求2所述的模拟自然环境的软岩崩解试验系统，其特征在于，所述箱体为钢化玻璃，顶部及外侧面覆盖黑色隔温材料。
4.如权利要求2所述的模拟自然环境的软岩崩解试验系统，其特征在于，所述模拟光照装置由安装于箱体顶部的白炽灯和冷光灯、遮光帘以及箱体底部的电阻加热器组成，冷光灯四周采用白炽灯；遮光帘置于遮光帘滑道上，白炽灯通电线路经白炽灯和冷光灯线路安装口从白炽灯和冷光灯线路安装管集中通过，白炽灯和冷光灯开关设置于箱体外壁上，箱壁上设置白炽灯和冷光灯检查维修口。
5.如权利要求2所述的模拟自然环境的软岩崩解试验系统，其特征在于，所述控温装置由箱体底部的电阻加热器和制冷器组成，制冷管道安装在箱体最下方的制冷器入口。
6.如权利要求2所述的模拟自然环境的软岩崩解试验系统，其特征在于，所述模拟降雨装置由设于遮光帘下部纵横布置的外接增压水泵、水阀和水压表的多个喷头组成，主水管上安装水阀，在箱体壁上设置喷头检查维修口。
7.如权利要求2所述的模拟自然环境的软岩崩解试验系统，其特征在于，所述模拟风装置为置于箱外一侧的可调节风速大小的风扇构成，风扇与网孔筛板平齐，在风扇正对的前后箱壁上开多个通风口及岩样取放口，通风口及岩样取放口安装有玻璃盖板。
8.如权利要求1所述的模拟自然环境的软岩崩解试验系统，其特征在于，所述筛板的孔径标准按60mm、20mm、5mm、2mm、1mm、0.5mm选择。
9.如权利要求2所述的模拟自然环境的软岩崩解试验系统，其特征在于，所述监测装置为设置于筛板上方的高清摄像头。
10.如权利要求2所述的模拟自然环境的软岩崩解试验系统，其特征在于，所述空气湿度和温度装置为布置于箱壁湿度计和温度计。
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