CN109490514A - 一种研究岩土崩解性的模拟实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种研究岩土崩解性的模拟实验装置，包括支架系统、悬挂网筛系统和称量系统，所述支架系统包括三脚架、支撑板和横杆，所述支撑板设置在三脚架上，所述支撑板的中心开设第一小孔，所述横杆架设在第一小孔的上方，所述悬挂网筛系统连接在横杆的下方，所述悬挂网筛系统内放置岩土试样，所述称量系统位于悬挂网筛系统的下方，所述称量系统包括升降平台、电子天平和水槽，所述升降平台、电子天平和水槽自下而上依次放置，所述水槽内放置水，所述升降平台带动水槽上升使岩土试样浸入水中，所述岩土试样接触水后发生崩解，所述电子天平称量水槽在岩土试样崩解时的不同时刻的质量，进而得到岩土试样的崩解指标。本发明结构简单、操作简便。

Description

一种研究岩土崩解性的模拟实验装置
技术领域
本发明涉及岩土技术领域，尤其涉及一种研究岩土崩解性的模拟实验装置。
背景技术
岩土的崩解性是指岩石或土由于浸水而发生破碎、散体的现象。崩解产生的原因是由于岩土体没入水中后，水进入孔隙或者裂隙的情况不平衡，引起粒间扩散层增厚的速度也不平衡，以致粒间斥力超过吸力，产生应力集中，岩土体沿着斥力超过吸力最大的面崩落下来。以花岗岩残积土为例，在我国日益加速的城市化进程中，很多地区尤其是东南沿海地区会使用花岗岩残积土作为建筑物的基础持力层、基坑开挖、人工填土边坡等。在天然状态下，花岗岩残积土有较高的强度，室内试验表明，花岗岩残积土具有较大的抗剪强度、较小的压缩系数及较小的抗渗系数。但是，花岗岩残积土具有孔隙比大、遇水软化、崩解的特性。正是由于这种工程特性，在花岗岩残积土地区进行的工程实践中，由于岩土方面导致的岩土工程问题时有发生。虽然暴雨是诱发滑坡的原因之一，但是花岗岩残积土自身的崩解软化特性是花岗岩残积土天然边坡、填土边坡发生滑坡的主要内因。要解决花岗岩残积土的边坡的安全问题，就要从根本上弄清楚花岗岩残积土崩解性。因此，研究岩土的崩解性重要而紧迫。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种研究岩土崩解性的模拟实验装置，该模拟实验装置结构简单、操作简便，能够较好地模拟岩土崩解过程。
本发明提供一种研究岩土崩解性的模拟实验装置，包括支架系统、悬挂网筛系统和称量系统，所述支架系统包括三脚架、支撑板和横杆，所述支撑板设置在三脚架上，所述支撑板的中心开设第一小孔，所述横杆架设在第一小孔的上方，所述悬挂网筛系统连接在横杆的下方，所述悬挂网筛系统内放置岩土试样，所述称量系统位于悬挂网筛系统的下方，所述称量系统包括升降平台、电子天平和水槽，所述升降平台、电子天平和水槽自下而上依次放置，所述水槽内放置水，所述升降平台带动水槽上升使岩土试样浸入水中，所述岩土试样接触水后发生崩解，所述电子天平称量水槽在岩土试样崩解时的不同时刻的质量，进而得到岩土试样的崩解指标。
进一步地，所述悬挂网筛系统包括金属筛网和筒体，所述筒体的上端和下端均敞口，所述金属筛网连接在筒体的下端，所述金属筛网的上方放置岩土试样，所述筒体悬挂在横杆的下方。
进一步地，所述悬挂网筛系统还包括拼接器，所述拼接器连接在筒体的上方，所述筒体和拼接器之间设置第一竖杆、第二竖杆、第三竖杆，所述第一竖杆的上端、第二竖杆的上端和第三竖杆的上端分别连接在拼接器上，所述第一竖杆的下端、第二竖杆的下端和第三竖杆的下端分别连接在筒体的上端，所述拼接器的中心插入第四竖杆，且所述第四竖杆能在拼接器内转动，所述第四竖杆的上端与横杆连接。
进一步地，所述第四竖杆的上端呈弯钩状，所述横杆上悬挂挂钩，所述挂钩的一端悬挂在横杆的中间，所述挂钩的另一端钩住第四竖杆的上端。
进一步地，所述拼接器的中心开设第二小孔，所述第四竖杆插入第二小孔内，所述第四竖杆的直径小于第二小孔的直径。
进一步地，所述第四竖杆的下端开设螺栓孔，所述螺栓孔内插入螺栓，所述螺栓被与其配合的螺帽紧固。
进一步地，所述金属筛网的两侧各悬挂一个砝码，两个砝码的重量相等。进一步地，所述三脚架包括第一支撑架、第二支撑架和第三支撑架，所述第二支撑架位于第一支撑架和第三支撑架之间，所述第一支撑架和第三支撑架上分别安装一个固定夹，通过所述固定夹将支撑板固定在三脚架上。
进一步地，所述固定夹包括第一夹持部和第二夹持部，所述第一夹持部夹住第一支撑架和第三支撑架，所述第二夹持部夹住支撑板。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明提供的模拟实验装置结构简单、操作简便，能够较好地模拟岩土崩解过程，利用本发明提供的装置可以方便地得到岩土的崩解指标；本发明提供的模拟实验装置的三脚架和支撑板稳固可靠，确保悬挂网筛系统可以牢牢悬挂在空中；本发明提供的模拟实验装置通过在金属筛网的两侧悬挂砝码，能够保证悬挂网筛系统在最短时间内平衡稳定，且能够保证金属筛网和筒体入水后始终保持平衡状态；本发明提供的模拟实验装置在崩解的后期能够通过转动转接器使岩土试样充分筛分、崩解，有效减小了因实验后期残留物质在金属筛网节点的滞留而导致的误差。
附图说明
图1是本发明一种研究岩土崩解性的模拟实验装置的结构示意图。
图2是本发明一种研究岩土崩解性的模拟实验装置的悬挂网筛系统的结构示意图。
图3是本发明一种研究岩土崩解性的模拟实验装置的三脚架的实物图。
图4是本发明一种研究岩土崩解性的模拟实验装置的升降平台的实物图。
图5是本发明一种研究岩土崩解性的模拟实验装置的金属筛网转动的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1和图2，本发明的实施例提供了一种研究岩土崩解性的模拟实验装置，包括支架系统1、悬挂网筛系统2和称量系统3，称量系统3位于悬挂网筛系统2的下方。
支架系统1包括三脚架11、支撑板12和横杆13，三脚架11包括第一支撑架111、第二支撑架112和第三支撑架113，第一支撑架111、第二支撑架112和第三支撑架113的高度可调节，第二支撑架112位于第一支撑架111和第三支撑架113之间，第一支撑架111和第三支撑架上113分别安装一个固定夹14，两个固定夹14处于同一水平面上，固定夹14包括第一夹持部141和第二夹持部142，第一夹持部141夹住第一支撑架111和第三支撑架113，第二夹持部142夹住支撑板12，保持支撑板12为水平平稳状态，第二夹持部142可绕第一夹持部141360°旋转，第一夹持部141通过紧固螺栓紧固，支撑板12的中心开设第一小孔121，横杆13架设在第一小孔121的上方并通过胶带固定，横杆13上悬挂挂钩15，挂钩15的一端悬挂在横杆13的中间，挂钩15的另一端穿过第一小孔121连接悬挂网筛系统2；一实施例中，三脚架11选用碳纤维相机三脚架，三脚架11的实物图参考图3，挂钩15为S型挂钩，固定夹14选用多功能手机直播支架，支撑板12的形状为圆形，横杆13的长度大于第一小孔121的直径。
悬挂网筛系统2包括上下均敞口的筒体21、第一竖杆22、第二竖杆23、第三竖杆24、第四竖杆25、拼接器26和金属筛网27，第一竖杆22的下端、第二竖杆23的下端和第三竖杆24的下端分别焊接在筒体21的上端，第一竖杆22的上端、第二竖杆23的上端和第三竖杆24的上端分别焊接在拼接器26上，拼接器26的中心开设第二小孔261，第四竖杆25的下端穿过第二小孔261，第四竖杆25的下端开设螺栓孔251，螺栓孔251内插入螺栓252，利用与螺栓252配合的螺帽253将螺栓252紧固，则第四竖杆25在拼接器26上的位置被螺栓252限定，第四竖杆25的直径小于第二小孔261的直径使得第四竖杆25可在拼接器26内转动，第四竖杆25的上端呈弯钩状，第四竖杆25的上端钩住挂钩15的另一端，第一竖杆22的下端、第二竖杆23的下端和第三竖杆24的下端围成三角形，金属筛网27焊接在筒体21的下端，金属筛网27上放置岩土试样，金属筛网27的两侧各悬挂一个砝码28，两个砝码28的重量相等，一实施例中，第一竖杆22、第二竖杆23、第三竖杆24和第四竖杆25均采用刚性材料制得，拼接器26的形状为圆柱形。
称量系统3包括自下而上依次放置的升降平台31、电子天平32、托盘33和水槽34，升降平台31用来带动电子天平32和水槽34上升或下降，水槽34内放置水，通过升高升降平台31使岩土试样浸入水槽34的水中，岩土试样浸入水中后发生崩解，岩土试样在崩解过程中，电子天平32称量水槽34在不同时刻的质量，进而得到岩土试样的崩解指标；一实施例中，升降平台31选用超低型电动升降平台，升降平台的实物图参考图4，水槽34为方形玻璃水槽，电子天平32选用高精度电子天平。
利用上述模拟实验装置研究岩土崩解性时，步骤如下：
步骤S1，设计实验，确定实验过程中各仪器的高度，通过预实验调整三脚架11的高度，确定水槽34的初始液面高度；
步骤S2，通过固定夹14将支撑板12固定在三脚架11的上方，然后在支撑板12的中央放置横杆13并用胶带固定，再在横杆13的中心悬挂挂钩15，然后将悬挂网筛系统2悬挂在挂钩15上，在金属筛网27的两侧对称位置上各悬挂一个重量相等的砝码28，确保悬挂网筛系统2处于稳定状态；
步骤S3，单独进行试验获取空的金属筛网27浸入水中的天平读数D'：将托盘33放置在电子天平32上，然后将水槽34放置在托盘33上，再向水槽34中注水至初始液面高度，启动升降平台31使金属筛网27浸入水中，待天平读数稳定后记录读数，该读数为空的金属筛网27浸入水中的天平读数D'；
步骤S4，单独进行试验获取试验开始时放置岩土试样后的金属筛网27浸入水中的天平读数D0，持线将岩土试样缓慢浸入刚过熔点(50℃)的蜡中，待全部浸没后将岩土试样提出，检查涂在岩土试样四周的蜡膜有无气泡存在，当有气泡存在时，可用热针刺破，再用蜡液补平，待冷却后，将蜡封好的岩土试样置于金属筛网27的中央，启动升降平台31，将金属筛网27和岩土试样浸入水中，待稳定后记录电子天平的读数，该读数为放置岩土试样后的金属筛网27浸入水中的天平读数D0；放置岩土试样后的金属筛网27浸入水中的天平读数D0本不需要单独获取，考虑到实际操作中岩土试样一入水中便快速崩解，此时记录的天平读数比实际情况小，因此采用蜡封法排除误差；
步骤S5，利用电子天平32称量浸水前的岩土试样的重量m，然后将岩土试样置于金属筛网27的中央，启动升降平台31，匀速将金属筛网31和岩土试样浸入水中，以尽量减小快速浸入时动水压力对岩土试样的作用，开启秒表，在试验开始t时刻即10s、20s、30s、40s、50s、60s、70s、80s、90s、120s、150s、180s···记录天平的读数Dt，根据崩解的快慢，可适当缩短或延长时间间隔；
在实际操作中，在岩土试样崩解的最后阶段，往往会有一些岩土试样小块残留在金属筛网27的节点处，难以掉落，因而导致记录的岩土试样完全崩解时间比实际的长，这时需要通过转动拼接器26来使金属筛网27运动，确保岩土试样充分筛分、崩解，金属筛网27的转动过程参考图5，最后根据所测得的数据，可以计算出岩土试样的崩解量(崩解率)、崩解速率、崩解稳定阶段平均速率等崩解指标，如不同时刻土样的累积崩解量(崩解率)的计算公式为
本发明提供的模拟实验装置结构简单、操作简便，能够较好地模拟岩土崩解过程，利用本发明提供的装置可以方便地得到岩土的崩解指标；本发明提供的模拟实验装置的三脚架11和支撑板12稳固可靠，确保悬挂网筛系统2可以牢牢悬挂在空中；本发明提供的模拟实验装置通过在金属筛网27的两侧悬挂砝码28，能够保证悬挂网筛系统2在最短时间内平衡稳定，且能够保证金属筛网27和筒体21入水后始终保持平衡状态；本发明提供的模拟实验装置在崩解的后期能够通过转动转接器26使岩土试样充分筛分、崩解，有效减小了因实验后期残留物质在金属筛网27节点的滞留而导致的误差。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种研究岩土崩解性的模拟实验装置，其特征在于，包括支架系统、悬挂网筛系统和称量系统，所述支架系统包括三脚架、支撑板和横杆，所述支撑板设置在三脚架上，所述支撑板的中心开设第一小孔，所述横杆架设在第一小孔的上方，所述悬挂网筛系统连接在横杆的下方，所述悬挂网筛系统内放置岩土试样，所述称量系统位于悬挂网筛系统的下方，所述称量系统包括升降平台、电子天平和水槽，所述升降平台、电子天平和水槽自下而上依次放置，所述水槽内放置水，所述升降平台带动水槽上升使岩土试样浸入水中，所述岩土试样接触水后发生崩解，所述电子天平称量水槽在岩土试样崩解时的不同时刻的质量，进而得到岩土试样的崩解指标。
2.根据权利要求1所述的研究岩土崩解性的模拟实验装置，其特征在于，所述悬挂网筛系统包括金属筛网和筒体，所述筒体的上端和下端均敞口，所述金属筛网连接在筒体的下端，所述金属筛网的上方放置岩土试样，所述筒体悬挂在横杆的下方。
3.根据权利要求2所述的研究岩土崩解性的模拟实验装置，其特征在于，所述悬挂网筛系统还包括拼接器，所述拼接器连接在筒体的上方，所述筒体和拼接器之间设置第一竖杆、第二竖杆、第三竖杆，所述第一竖杆的上端、第二竖杆的上端和第三竖杆的上端分别连接在拼接器上，所述第一竖杆的下端、第二竖杆的下端和第三竖杆的下端分别连接在筒体的上端，所述拼接器的中心插入第四竖杆，且所述第四竖杆能在拼接器内转动，所述第四竖杆的上端与横杆连接。
4.根据权利要求3所述的研究岩土崩解性的模拟实验装置，其特征在于，所述第四竖杆的上端呈弯钩状，所述横杆上悬挂挂钩，所述挂钩的一端悬挂在横杆的中间，所述挂钩的另一端钩住第四竖杆的上端。
5.根据权利要求3所述的研究岩土崩解性的模拟实验装置，其特征在于，所述拼接器的中心开设第二小孔，所述第四竖杆插入第二小孔内，所述第四竖杆的直径小于第二小孔的直径。
6.根据权利要求3所述的研究岩土崩解性的模拟实验装置，其特征在于，所述第四竖杆的下端开设螺栓孔，所述螺栓孔内插入螺栓，所述螺栓被与其配合的螺帽紧固。
7.根据权利要求2所述的研究岩土崩解性的模拟实验装置，其特征在于，所述金属筛网的两侧各悬挂一个砝码，两个砝码的重量相等。
8.根据权利要求1所述的研究岩土崩解性的模拟实验装置，其特征在于，所述三脚架包括第一支撑架、第二支撑架和第三支撑架，所述第二支撑架位于第一支撑架和第三支撑架之间，所述第一支撑架和第三支撑架上分别安装一个固定夹，通过所述固定夹将支撑板固定在三脚架上。
9.根据权利要求8所述的研究岩土崩解性的模拟实验装置，其特征在于，所述固定夹包括第一夹持部和第二夹持部，所述第一夹持部夹住第一支撑架和第三支撑架，所述第二夹持部夹住支撑板。
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