CN108801793A - 一种雨淋法加砂装置及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雨淋法加砂装置及其试验方法，包括吊装支架、横梁、淋砂漏斗、漏砂导管、有机玻璃管和吊装件，吊装支架的端部设置有横梁，横梁上固定有吊装件，所述吊装件上悬挂有淋砂漏斗，所述淋砂漏斗的输出端通过漏砂导管连接有机玻璃管，所述有机玻璃管上设置有长度测量件，且有机玻璃管底部安装若干具有一定孔隙率的漏砂板，通过控制淋砂漏斗的吊装高度、淋砂流量或/和漏砂板数量，以控制压实度。本发明能够有效实现砂的均匀填筑和压实度控制，降低漏斗的起吊高度，节省试验空间。

Description

一种雨淋法加砂装置及其试验方法

技术领域

本发明涉及一种雨淋法加砂装置及其试验方法。

背景技术

缩尺模型试验常被用于研究复杂条件下足尺结构的承载机理和力学特性，特别是对于岩土工程结构，受制于现场的复杂地质条件和试验成本，现场试验往往难以实施。对于结构-土体接触问题，天然砂或标准砂由于具有较好的重塑性能和相对简单的制模工艺，常常替代原状土作为模型试验填筑材料。目前常用砂填料压实方法主要包括分层填筑压实法和雨淋加砂法，前者虽然可以通过计算实现对每层填料的压实度的控制，但是相邻两层填料之间不具有连续性，因此难以保证整个模型槽填料的均匀性，容易引起破裂面形状变化、承载力减小等问题，进而影响试验结果。因此近几年提出了雨淋法加砂，通过容器将砂提升至一定高度，在重力作用下砂自由落体产生一定速度，通过控制吊装高度改变砂降落速度，改变填料的压实度。

现有雨淋法虽然能够实现砂的均匀填筑，但是存在以下技术问题：一是砂直接从漏斗流出，没有分流装置，容易形成砂梁且产生扬尘污染；二是填筑压实度难以准确控制，而且对于密实填料，往往需要吊装较高高度，因此对空间需求较大；三是现有雨淋加砂器只能够实现左右两个方向移动，对于大型模型试验，难以保证前后边界的淋砂效果。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种雨淋法加砂装置及其试验方法，本发明能够有效实现砂的均匀填筑和压实度控制，降低漏斗的起吊高度，节省试验空间。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种雨淋法加砂装置，包括吊装支架、横梁、淋砂漏斗、漏砂导管、有机玻璃管和吊装件，其中：

所述吊装支架的端部设置有横梁，横梁上固定有吊装件，所述吊装件上悬挂有淋砂漏斗，所述淋砂漏斗的输出端通过漏砂导管连接有机玻璃管，所述有机玻璃管上设置有长度测量件，且有机玻璃管底部安装若干具有一定孔隙率的漏砂板，通过控制淋砂漏斗的吊装高度、淋砂流量或/和漏砂板数量，以控制压实度。

进一步的，所述吊装支架用来起吊淋砂漏斗，由工字钢拼接而成，支架尺寸根据试验模型大小确定。

更进一步的，吊装支架起吊高度为2.5m～3.0m。

进一步的，所述吊装横梁为单根工字钢，用于安装吊装工具，两侧设置移动轮，可沿支架活动，可实现淋砂漏斗的左右移动，同时可控制移动轮的移动速度。

进一步的，所述吊装件为电动起吊葫芦，吊装件可沿横梁前后移动，且移动速度可控。

进一步的，所述淋砂漏斗高度为0.3～0.5m，宽度为0.4m～0.8m，出口直径为0.03m～0.05m，出口设置开关，开关下部设置控制阀，用于控制出砂量，控制阀直径变化范围为0.005m～0.03m。

进一步的，所述漏砂导管为透明软管，长度为1～2m，上部连接漏斗，下部连接有机玻璃管。

进一步的，所述有机玻璃管直径为0.06m～0.1m，高度为0.6m，有机玻璃管侧壁连接钢尺，用于测量淋砂高度，玻璃管底部安装若干个漏砂板，相邻两个漏砂板之间的间距为0.02～0.04m，漏砂板交叉布设；漏砂板上分布若干圆孔，孔径0.004～0.006m，孔隙率为20-30％。

基于上述雨淋法加砂装置的试验方法，包括以下步骤：

根据模型试验需要，确定吊装支架的尺寸和淋砂漏斗的尺寸，组装支架、横梁和吊装件；

连接淋砂漏斗，漏砂导管和有机玻璃管，有机玻璃管底部先安装一个漏砂板，有机玻璃管底部距模型槽底部设定距离；

关闭淋砂漏斗开关和控制阀，漏斗内装砂，起吊至一定高度；

进行淋砂前的调试，先打开控制阀，再打开淋砂漏斗开关，开始淋砂，测量此时的压实度；

如果压实度过大，增大控制阀直径或增加漏砂板数量，漏砂板上漏砂孔孔应交叉布置，直至达到预期压实度；如果压实度过小，提升吊装高度或减小控制阀直径，直至达到预期压实度，

依据预期压实度的调整参数进行模型槽填筑。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、与直接使用漏斗的加砂方法相比，本发明能够实现对淋砂速率的控制，避免出现堆积和砂梁现象。

2、通过增加有机玻璃管，在淋沙过程中可以时刻观察砂的堆积情况，以便于合理调整漏斗处开关控制加沙速率，同时增加砂的下落面积，提高淋砂效率。

3、本发明可以通过调整控制阀的大小和增加(减少)漏砂板数量实现不同的降落速度，从而控制淋砂的压实度，避免传统方法调整高度对空间的占用。

4、通过设置电动四向轨道，可以实现淋砂的自动化，大大节省了劳动力，提高了工作效率，既能够保证淋砂的均匀性，同时可以保证淋砂面积，避免边界处漏淋现象。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为雨淋加砂器正视图；

图2为雨淋加砂器俯视图；

图3为雨淋加砂器细部构造图；

图4为锚定板极限拉拔试验图；

其中：1、吊装支架，2、吊装工具，3、淋砂漏斗，4、漏砂导管，5、有机玻璃管，6、吊装横梁，7、淋砂漏斗开关，8、控制阀，9、钢尺，10、漏砂板，11、丝杆。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，一种雨淋法加砂装置，包括：吊装支架1、吊装横梁6、淋砂漏斗3、漏砂导管4、有机玻璃管5和吊装工具2组成。吊装支架1的端部设置有吊装横梁6，吊装横梁6上固定有吊装工具2，吊装工具2上悬挂有淋砂漏斗3，淋砂漏斗3的输出端通过漏砂导管4连接有机玻璃管5。如图3所示，有机玻璃管5底部安装若干具有一定孔隙率的漏砂板10，通过控制淋砂漏斗3的吊装高度、淋砂流量或/和漏砂板10的数量，以控制压实度。

如图2所示，吊装横梁6为单根工字钢，用于安装吊装工具，吊装横梁6的两侧设置电动脚轮，可实现淋砂漏斗3的左右移动，同时可控制脚轮的移动速度。在本实施例中，吊装工具2为电动起吊葫芦，最大起吊重量为0.5t，吊装工具2可沿吊装横梁前后移动，同样可控制移动速度。

如图3所示，淋砂漏斗3的高度为0.3～0.5m，宽度为0.4m～0.8m，出口直径为0.03m～0.05m，出口设置开关，开关下部设置控制阀，用于控制出砂量，控制阀直径变化范围为0.005m～0.03m。

漏砂导管4为透明软管，长度为1～2m，上部连接淋砂漏斗3，下部连接有机玻璃管5。

有机玻璃管直径为0.06m～0.1m，高度为0.6m，有机玻璃管侧壁连接钢尺，用于测量淋砂高度，玻璃管底部安装1～6个漏砂板，间距为2cm，漏砂板孔隙率为23％，孔径为4mm。当然，在其他实施例中，上述参数可根据具体情况进行调整。

淋砂漏斗3下设置淋砂漏斗开关7和控制阀8，有机玻璃管5外侧连接钢尺9，内侧设置漏砂板10，漏砂板通过丝杆11固定在有机玻璃管内部。

有机玻璃管5上设置有长度测量件(在本实施例中为钢尺9)。

试验方法包括以下步骤：

第一步：根据模型试验需要，确定吊装支架1的尺寸和淋砂漏斗3的尺寸，组装吊装支架1、吊装横梁6和吊装工具2；

第二步：连接淋砂漏斗3，漏砂导管4和有机玻璃管5，有机玻璃管5底部先安装1个漏砂板10，有机玻璃管5底部距模型槽底部0.1m。

第三步：关闭淋砂漏斗开关7和控制阀8，漏斗1内装砂，起吊至一定高度；

第四步：进行淋砂前的调试，先打开控制阀8，再打开淋砂漏斗开关7，开始淋砂，测量此时的压实度。

第五步：如果步骤4中压实度过大，可增大控制阀8直径或增加漏砂板10数量，漏砂板10上漏砂孔孔应交叉布置，直至达到预期压实度。

第六步：如果步骤4中压实度过小，可提升吊装高度或减小控制阀8直径，直至达到预期压实度。

第七步：如果以上步骤5和步骤6通过调整能够满足目标压实度要求，则可按照以上调整参数进行模型槽填筑。

如图4所示，砂土中锚定板极限拉拔试验，安装吊装支架，然后安放导轨、漏斗，连接漏砂导管和有机玻璃管。正式填筑之前根据预先设定压实度30％、60％和80％调试吊装高度、漏砂板数量和控制阀的直径组合方式。关闭淋砂漏斗开关和控制阀，向漏斗中装砂，起吊漏斗，打开控制阀和淋砂漏斗开关，通过电机控制漏斗在导轨上双向移动加砂，并不断提升淋砂漏斗，保证淋砂高度，到达一定高度后安装锚定板，继续淋砂直到与模型槽表面齐平，对表明整平处理，然后对锚定板施加水平荷载观察板前土体破裂面，记录锚定板的极限承载力。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种雨淋法加砂装置，其特征是：包括吊装支架、横梁、淋砂漏斗、漏砂导管、有机玻璃管和吊装件，其中：

所述吊装支架的端部设置有横梁，横梁上固定有吊装件，所述吊装件上悬挂有淋砂漏斗，所述淋砂漏斗的输出端通过漏砂导管连接有机玻璃管，所述有机玻璃管上设置有长度测量件，且有机玻璃管底部安装若干具有一定孔隙率的漏砂板，通过控制淋砂漏斗的吊装高度、淋砂流量或/和漏砂板数量，以控制压实度。

2.如权利要求1所述的一种雨淋法加砂装置，其特征是：所述吊装支架用来起吊淋砂漏斗，由工字钢拼接而成，支架尺寸根据试验模型大小确定。

3.如权利要求1或2所述的一种雨淋法加砂装置，其特征是：吊装支架起吊高度为2.5m～3.0m。

4.如权利要求1所述的一种雨淋法加砂装置，其特征是：所述吊装横梁为单根工字钢，用于安装吊装工具，两侧设置移动轮，可沿支架活动，可实现淋砂漏斗的左右移动，同时移动轮的移动速度可控。

5.如权利要求1所述的一种雨淋法加砂装置，其特征是：所述吊装件为电动起吊葫芦，吊装件可沿横梁前后移动，且移动速度可控。

6.如权利要求1所述的一种雨淋法加砂装置，其特征是：所述淋砂漏斗高度为0.3～0.5m，宽度为0.4m～0.8m，出口直径为0.03m～0.05m，出口设置开关，开关下部设置控制阀，用于控制出砂量，控制阀直径变化范围为0.005m～0.03m。

7.如权利要求1所述的一种雨淋法加砂装置，其特征是：所述漏砂导管为透明软管，长度为1～2m，上部连接漏斗，下部连接有机玻璃管。

8.如权利要求1所述的一种雨淋法加砂装置，其特征是：所述有机玻璃管直径为0.06m～0.1m，高度为0.6m，有机玻璃管侧壁连接钢尺，用于测量淋砂高度，玻璃管底部安装若干个漏砂板。

9.如权利要求8所述的一种雨淋法加砂装置，其特征是：相邻两个漏砂板之间的间距为0.02～0.04m，漏砂板交叉布设；漏砂板上分布若干圆孔，孔径0.004～0.006m，孔隙率为20-30％。

10.基于如权利要求1-9中任一项所述的雨淋法加砂装置的试验方法，其特征是：包括以下步骤：

根据模型试验需要，确定吊装支架的尺寸和淋砂漏斗的尺寸，组装支架、横梁和吊装件；

连接淋砂漏斗，漏砂导管和有机玻璃管，有机玻璃管底部先安装一漏砂板，有机玻璃管底部距模型槽底部设定距离；

关闭淋砂漏斗开关和控制阀，漏斗内装砂，起吊至一定高度；

进行淋砂前的调试，先打开控制阀，再打开淋砂漏斗开关，开始淋砂，测量此时的压实度；

如果压实度过大，增大控制阀直径或增加漏砂板数量，漏砂板上漏砂孔孔应交叉布置，直至达到预期压实度；如果压实度过小，提升吊装高度或减小控制阀直径，直至达到预期压实度，

依据预期压实度的调整参数进行模型槽填筑。