CN108196032A - 一种适用于室内土工模型实验槽的犁土装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于室内土工模型实验槽的犁土装置，包括直线导轨、连接板、犁土器、加载装置和数据采集装置，犁土器可以实现竖向及水平向运动，通过调节犁土竖杆的高度和间距，可任意改变犁土的范围大小，灵活机动；其次，在两块连接板之间还接有传感器，除了可用作连接件以外，还可以监测犁土时的土体反力，及时改变加载的速度，充分保证犁土均匀，提高松土的质量。

Description

一种适用于室内土工模型实验槽的犁土装置

技术领域

本发明涉及岩土工程室内土工模型领域，尤其是一种适用于室内土工模型实验槽的犁土装置。

背景技术

为了能更好的指导在设计和施工过程中遇到的技术问题，工程前期所进行的室内土工模型试验就显的尤为必要，尤其当涉及到土体与结构物相互作用的问题时。例如在测定不同埋置率情况下，管线竖直向与轴向运动时的管土相互作用试验中，由于管线可能会向任意方向运动，管线运动方向一侧的土体便会受到挤压形成土拱，导致土体被压密，如不及时翻松土体，则该区域土体会对接下来的试验产生影响；在利用离心机试验测定桩靴插入对土和临近桩的影响过程中，插桩过程会将上部的土破坏并向四周挤走，其挤土效应十分显著，在桩的四周形成明显挤压区，土的密实度增大；在不同径长比管桩的室内小比尺打桩模型试验中，由于管桩的贯入，周边的砂土会发生破坏，而管桩内部则形成土塞，使得土体密实度、性质发生改变；而在进行不同比尺模型锚贯入土体试验时，在拖锚过程中，锚冠的前方会形成破坏的土楔，对下一组试验产生明显的影响。由上可见，土体密实度的改变是一个不容忽视的问题，需要在试验开始前进行松土工作，以保证试验土层的均匀性以及试验的可重复性。对于室内模型试验来讲，小比尺的模型中的土虽然相对易于翻松，但十分繁琐，并且人工翻土作业具有随意性、不均匀以及费时费力等缺点；而对于较大比尺的模型试验，人工松土甚至缺乏可行性。因此，设计一款能够用于岩土工程、水利工程等领域的室内土工模型试验槽中的辅助松土装置便具有十分重要的科研与实用价值。

发明内容

本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种适用于室内土工模型实验槽的犁土装置。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种适用于室内土工模型实验槽的犁土装置，包括直线导轨、连接板、犁土器、加载装置和数据采集装置；

所述直线导轨设置于实验槽的边沿上，连接板横跨于直线导轨之间，连接板由第一连接板和第二连接板构成，在第一连接板和第二连接板上分别设置有一组犁土器，所述犁土器包括横梁、竖梁、限位卡件、犁土竖杆和挡板，两个限位卡件分别设置于连接板的侧边上，竖梁设置于限位卡件内，可沿限位卡件上下移动，横梁设置于两根竖梁之间，在横梁上设置水平滑槽，犁土竖杆通过顶部的螺钉固定于水平滑槽内，挡板设置于连接板的底部；

所述加载装置包括速度控制箱、伺服电机、丝杠和丝杠螺母，速度控制箱与伺服电机相连，伺服电机与丝杠相连，丝杠螺母设置于丝杠上并与连接板的底面固定连接；

所述数据采集装置包括计算机、动静态应变采集仪和传感器，计算机与动静态应变采集仪相连，动静态应变采集仪与传感器相连，所述传感器设置于第一连接板和第二连接板之间。

在上述技术方案中，在所述连接板的底部设置滑块，滑块搭载于直线导轨上，使连接板可沿直线导轨进行滑动。

在上述技术方案中，所述限位卡件通过螺钉与连接板相固定连接，方便组装与拆卸。

在上述技术方案中，所述犁土竖杆的截面呈箭头状，设置于第一连接板和第二连接板的犁土竖杆的箭头方向相背，即箭头一端均朝向外侧。

在上述技术方案中，所述挡板与犁土竖杆相接触，在犁土竖杆进行犁土时为其提供提供支撑避免其发生弯折。

在上述技术方案中，所述传感器的数量为3个，分别通过线路与动静态应变采集仪相连接，传感器在起到连接作用的同时，还用于监测土体反力，便于及时改变加载的速度，最大限度优化犁土效果。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

该犁土装置的设计充分考虑了试验过程中需要松土的各项细节。首先，由于模型尺寸、试验规模和填土高度都可能存在不同，本设计中的犁土器可以实现竖向及水平向运动，通过调节犁土竖杆的高度和间距，可任意改变犁土的范围大小，灵活机动；其次，在两块连接板之间还接有传感器，除了可用作连接件以外，还可以监测犁土时的土体反力，及时改变加载的速度，充分保证犁土均匀，提高松土的质量；再次，犁土竖杆均设计成箭头形状，并指向相背地组装在第一、第二连接板上，可保证犁土器前后运动，实现循环、反复犁土的功能，进一步强化翻松土体的效果；最后，在犁土器的连接板上，还有通过螺丝连接的挡板，在犁土过程中可有效支犁土竖杆，避免犁土竖杆出现弯折的意外。

附图说明

图1为一种适用于室内土工模型实验槽的犁土装置整体结构示意图。

图2为一种适用于室内土工模型实验槽的犁土装置底部结构示意图。

图3为连接板结构示意图。

图4为连接板底部结构示意图。

其中，1为速度控制箱，2为伺服电机，3为直线导轨，4为横梁，5为第一连接板，6为传感器，7为限位卡件，8为计算机，9为丝杠，10为动静态应变采集仪，11为第二连接板，12为犁土竖杆，13为挡板，14为滑块，15为丝杠螺母，16为竖梁。

具体实施方式

下面结合附图与具体的实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图中所示，一种适用于室内土工模型实验槽的犁土装置，包括直线导轨3、连接板、犁土器、加载装置和数据采集装置；所述直线导轨设置于实验槽的边沿上，连接板横跨于直线导轨之间，连接板由第一连接板5和第二连接板11构成，在第一连接板和第二连接板上分别设置有一组犁土器，所述犁土器包括横梁4、竖梁16、限位卡件7、犁土竖杆12和挡板13，两个限位卡件分别设置于连接板的侧边上，竖梁设置于限位卡件内，可沿限位卡件上下移动，横梁设置于两根竖梁之间，在横梁上设置水平滑槽，犁土竖杆通过顶部的螺钉固定于水平滑槽内，挡板设置于连接板的底部；所述加载装置包括速度控制箱1、伺服电机2、丝杠9和丝杠螺母15，速度控制箱与伺服电机相连，伺服电机与丝杠相连，丝杠螺母设置于丝杠上并与连接板的底面固定连接；所述数据采集装置包括计算机8、动静态应变采集仪10和传感器6，计算机与动静态应变采集仪相连，动静态应变采集仪与传感器相连，所述传感器设置于第一连接板和第二连接板之间。

电机启动后可使丝杠发生旋转，带动丝杠螺母前后运动以进行犁土工作。连接板分有第一、第二连接板两部分，其中，在连接板上又通过螺丝连接装有犁土器，可根据试验的需要调整犁土竖杆的上下高度从而改变犁土的深度。连接板与滑块通过螺丝连接，滑块置于直线导轨上，可用于引导犁土器前后移动。在第一连接板(或第二连接板)的下方中间位置接有一丝杠螺母，丝杠贯穿其中，连接电机，可带动第一、第二连接板运动。在第一、第二连接板之间接有三个传感器，在起到连接作用的同时，还可用于监测土体反力，及时改变加载的速度，最大限度优化犁土效果。第一、第二连接板均通过螺丝连接犁土器，在两个犁土器的横梁上均设置一水平滑槽，也可称为水平调节槽，可供犁土器水平移动以调整犁土竖杆的间距。两组犁土竖杆均设计为相背的箭头形状，分别接在第一、第二连接板上，如此犁土器便可向两个方向反复循环进行犁土的工作。当丝杠螺母运动时，朝向箭头指向运动的犁土器可起到破土、松土的作用，此时挡板可起到固定犁土竖杆，使其不发生弯折的作用。而背向箭头指向的犁土器此时则升高、脱离土体，从而减小松土阻力，并确保在松土过程中不会发生因阻力过大导致刮沙板弯折的意外。当朝向相反方向松土时，则可调换两个犁土器的高度顺序。

在使用之前，根据试验要求，将土体填于试验槽中。根据试验槽尺寸大小，将槽钢置于槽壁上，通过螺丝将主动段和辅助段垫板固定在槽钢上，再在其上安装电机和两个滑块，随后安装丝杠、丝杠螺母和连接板等部件，并调整各部件位置包括犁土器的高度和间距，以符合试验要求。随后启动计算机，通过控制箱开启伺服电机，带动丝杠旋转，继而带动丝杠螺母和滑块沿着直线导轨前后移动，循环往复进行犁土工作，最大限度地翻松土体。在使用过程中，还可根据临时需要，调整犁土器的间距和高度，改变犁土范围，增强犁土效果。

当使用完成之后，根据试验要求，关闭电机，依次拆除相关部件。对于部分试验，为方便起见，可只将连接板与滑块垫板处的螺丝卸下从而拆除第一、第二连接板、丝杠和两组犁土器，即可进行试验。

以上对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种适用于室内土工模型实验槽的犁土装置，其特征在于：包括直线导轨、连接板、犁土器、加载装置和数据采集装置；

所述直线导轨设置于实验槽的边沿上，连接板横跨于直线导轨之间，连接板由第一连接板和第二连接板构成，在第一连接板和第二连接板上分别设置有一组犁土器，所述犁土器包括横梁、竖梁、限位卡件、犁土竖杆和挡板，两个限位卡件分别设置于连接板的侧边上，竖梁设置于限位卡件内，可沿限位卡件上下移动，横梁设置于两根竖梁之间，在横梁上设置水平滑槽，犁土竖杆通过顶部的螺钉固定于水平滑槽内，挡板设置于连接板的底部；

所述加载装置包括速度控制箱、伺服电机、丝杠和丝杠螺母，速度控制箱与伺服电机相连，伺服电机与丝杠相连，丝杠螺母设置于丝杠上并与连接板的底面固定连接；

所述数据采集装置包括计算机、动静态应变采集仪和传感器，计算机与动静态应变采集仪相连，动静态应变采集仪与传感器相连，所述传感器设置于第一连接板和第二连接板之间。

2.根据权利要求1所述的一种适用于室内土工模型实验槽的犁土装置，其特征在于：在所述连接板的底部设置滑块，滑块搭载于直线导轨上，使连接板可沿直线导轨进行滑动。

3.根据权利要求1所述的一种适用于室内土工模型实验槽的犁土装置，其特征在于：所述限位卡件通过螺钉与连接板相固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种适用于室内土工模型实验槽的犁土装置，其特征在于：所述犁土竖杆的截面呈箭头状，设置于第一连接板和第二连接板的犁土竖杆的箭头方向相背。

5.根据权利要求1所述的一种适用于室内土工模型实验槽的犁土装置，其特征在于：所述挡板与犁土竖杆相接触。

6.根据权利要求1所述的一种适用于室内土工模型实验槽的犁土装置，其特征在于：所述传感器的数量为3个，分别通过线路与动静态应变采集仪相连接。