CN110398579B - 考虑长边方向下加速度一致的土工离心机箱及实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种考虑长边方向下微小加速度一致的土工离心机箱及实验方法，土工离心机箱包括箱体、距离测量装置和调整装置；距离测量装置包括有横杆和安装在横杆上的激光测距仪，距离测量装置固定安装在箱体上方；调整装置由若干微调装置组成，调整装置固定安装在箱体底部。具体实验方法为利用距离测量装置通过远程控制模块使得调整装置达到实验所需的近似弧度，然后运行离心机通过远程控模块微调使得空离心机箱底面每一点的离心加速度相同，最后放入土样进行离心实验；本发明克服了离心机箱局部离心加速度不同的问题，提高了实验的准确性；本发明操作简单，容易拆装，省时省力。
Description
技术领域
本发明属于土工离心模拟技术领域，涉及一种土工离心机箱及实验方法，尤其涉及考虑长边方向下微小加速度一致的土工离心机箱及实验方法。
背景技术
重力场控制着岩土体的变形破坏，是诱发边坡失稳以及各种地质灾害的首要因素。土工离心机试验主要是通过离心力模拟重力场，在高速旋转的离心机中放置土工模型，模型在离心与加速的双重作用下，将会对因模型尺寸变小而导致土体自重损失而进行补偿，得到与实际工程相近的合理应力状态。
1971年，英国在剑桥大学第一次将离心机应用到岩土工程领域，随着土工离心机技术的不断成熟，土工离心机试验技术在模拟地震、开挖、降雨诱发边坡失稳、沉降、渗流等各种环境下的岩土工程研究以及土工材料加固边坡等防护治理工程中广泛应用。
在试验过程中，由于离心机箱底面各点的加速度不一致导致实验结果有所偏差，与实际工况贴合不够紧密。因此，如何对离心机箱进行改造并通过实时测量调整使得离心机箱底面的微小加速度在实验全过程中保持一致是解决此类问题的关键。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种考虑长边方向下微小加速度一致的土工离心机箱及实验方法。
本发明的土木离心机箱所采用的技术方案是：一种考虑长边方向下加速度一致的土工离心机箱，其特征在于：包括箱体、距离测量装置和调整装置；
所述距离测量装置包括有横杆和安装在所述横杆下端部上的激光测距仪，所述距离测量装置固定安装在所述箱体上方；
所述调整装置由若干微调装置组成，所述调整装置固定安装在所述箱体底部；
所述微调装置由转轴、L型直杆、斜杆、滑块、加速度计、远程控制模块和固定凹槽外套组成；
所述L型直杆底部安装在所述固定凹槽外套内，所述固定凹槽外套固定于箱体底部；所述斜杆一端通过转轴能自由转动地与所述L型直杆顶端相连；所述滑块安装在所述斜杆另一端，并在所述斜杆内伸缩；
所述加速度计、远程控制模块均固定安装下所述斜杆下底部，远程控制模板自带电力，加速度计与离心机中的数据记录器相连接。
作为优选，所述激光测距仪能沿所述横杆移动。
作为优选，所述箱体体两侧板上部设置有两个凹槽，所述距离测量装置通过箱体两侧板上部的两个凹槽固定安装在所述箱体上方。
作为优选，所述微调装置的长度与箱体底部短边长度一致。
本发明还提供了一种利用考虑长边方向下加速度一致的土工离心机箱进行实验的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：根据土工实验中所需要的离心加速度，计算调整装置所要达到的近似弧度，以保证调整离心箱底面每一点的离心加速度相同；
步骤2：在实验开始之前，先使用距离测量装置通过远程控制模块调整所有微调装置，使其接近步骤1中的计算结果；
步骤3：将调整好的空离心机箱放入离心机内，运行离心机，使其达到实验所需条件的重力加速度，观测每个微调装置中的加速度计大小；
步骤4：根据微调装置中的加速度计大小反馈结果，通过远程控制模块微调调整装置以确保离心过程中离心机箱底面每一点的离心加速度相同；
步骤5：微调完成后，暂定运行离心机，将土样放入离心机箱后开启离心机进行离心实验。
本发明通过简单的调整离心箱底面，使得离心箱底面形成一个近似圆弧面，解决了土工离心试验过程中离心机箱底面长边方向上的加速度不一致问题；同时在斜杆上设有远程控制模块，用于接受信号，从而控制微调装置调整离心箱底面形态，实现离心机模拟试验中的远程操控。
本发明与现有技术相比有以下优点：
1、本发明克服了离心机箱局部离心加速度不同的问题，提高了实验的准确性；
2、本发明操作简单，容易拆装，省时省力。
附图说明
图1为本发明实施例的整体示意图；
图2为本发明实施例中微调装置侧视图；
图3为本发明实施例中微调装置俯视图；
图4为本发明实施例中调整装置示意图；
图5为本发明实施例中距离测量装置示意图。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
请参考图1、图2、图4、图5，本发明提供的一种考虑长边方向下加速度一致的土工离心机箱，包括箱体1、距离测量装置13和调整装置14；距离测量装置13包括有横杆11和安装在横杆11上的激光测距仪12，距离测量装置13固定安装在箱体1上方；调整装置14由若干微调装置10组成，调整装置14固定安装在箱体1底部。
参考图1，本实施例的箱体1体两侧板上部设置有两个凹槽，距离测量装置13通过箱体两侧板上部的两个凹槽固定安装在箱体1上方。
参考图1，本实施例的箱体1的底板和顶部设有若干螺丝孔2，用于把土工离心箱固定在离心机上。
参考图2，本实施例的微调装置10由转轴3、L型直杆4、斜杆5、滑块6、加速度计7、远程控制模块8和固定凹槽外套9组成；L型直杆4底部安装在固定凹槽外套9内，固定凹槽外套9固定于箱体1底部；斜杆5一端通过转轴3能自由转动地与L型直杆4顶端相连；滑块6安装在斜杆5另一端，并在斜杆5内伸缩；加速度计7、远程控制模块8均固定安装下斜杆5下底部。通过转轴3的旋转与滑块6的伸缩调整离心箱底部平面使得离心箱底面形成实验所需要的近似圆弧面，通过加速度计7可以测量离心机运行过程中微调装置10的加速度，并通过远程控制模块8进行调整，确保实验过程中调整装置14平面上任意一点的加速度相同。
参考图3，本实施例的微调装置10的长度与箱体1底部短边长度一致。
参考图4，调整装置14由若干个微调装置10组成，从垂直于长边方向看，由于离心箱中心处离心加速度最大，微调装置10以在长边方向上的中线为中心两边对称，使得调整装置14形成一个近似圆弧面。
参考图5，本实施例的激光测距仪12能沿横杆11移动。用以测量调整装置14平面上任意一点到横杆11的距离，在离心机运行前先使用距离测量装置13调整所有微调装置10，确保调整装置14形成与计算结果一直的圆弧面。
本发明还提供了一种利用考虑长边方向下加速度一致的土工离心机箱进行实验的方法，包括以下步骤：
步骤1：根据土工实验中所需要的离心加速度，计算调整装置14所要达到的近似弧度，以保证调整离心箱底面每一点的离心加速度相同；
步骤2：在实验开始之前，先使用距离测量装置13通过远程控制模块8调整所有微调装置10，使其接近步骤1中的计算结果；
步骤3：将调整好的空离心机箱放入离心机内，运行离心机，使其达到实验所需条件的重力加速度，观测每个微调装置10中的加速度计7大小；
步骤4：根据微调装置10中的加速度计7大小反馈结果，通过远程控制模块8微调调整装置10以确保离心过程中离心机箱底面每一点的离心加速度相同；
步骤5：微调完成后，暂定运行离心机，将土样放入离心机箱后开启离心机进行离心实验。
尽管本说明书较多地使用了箱体1、螺丝孔2、转轴3、L型直杆4、斜杆5、滑块6、加速度计7、远程控制模块8、固定凹槽外套9、微调装置10、横杆11、激光测距仪12、距离测量装置13和调整装置14等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
应当理解的是，除非另有明确的规定和限定，本说明书中采用的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。“第一”“第二”“第三”“第四”不代表任何的序列关系，仅是为了方便描述进行的区分。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (5)
1.一种考虑长边方向下加速度一致的土工离心机箱，其特征在于：包括箱体(1)、距离测量装置(13)和调整装置(14)；
所述距离测量装置(13)包括有横杆(11)和安装在所述横杆(11)下端部上的激光测距仪(12)，所述距离测量装置(13)固定安装在所述箱体(1)上方；
所述调整装置(14)由若干微调装置(10)组成，所述调整装置(14)固定安装在所述箱体(1)底部；
所述微调装置(10)由转轴(3)、L型直杆(4)、斜杆(5)、滑块(6)、加速度计(7)、远程控制模块(8)和固定凹槽外套(9)组成；
所述L型直杆(4)底部安装在所述固定凹槽外套(9)内，所述固定凹槽外套(9)固定于箱体(1)底部；所述斜杆(5)一端通过转轴(3)能自由转动地与所述L型直杆(4)顶端相连；所述滑块(6)安装在所述斜杆(5)另一端，并在所述斜杆(5)内伸缩；
所述加速度计(7)、远程控制模块(8)均固定安装在所述斜杆(5)下表面。
2.根据权利要求1所述的考虑长边方向下加速度一致的土工离心机箱，其特征在于：所述激光测距仪(12)能沿所述横杆(11)移动。
3.根据权利要求1所述的考虑长边方向下加速度一致的土工离心机箱，其特征在于：所述箱体(1)两侧板上部设置有两个凹槽，所述距离测量装置(13)通过箱体两侧板上部的两个凹槽固定安装在所述箱体(1)上方。
4.根据权利要求1所述的考虑长边方向下加速度一致的土工离心机箱，其特征在于：所述微调装置(10)的长度与箱体(1)底部短边长度一致。
5.一种利用权利要求1-4任意一项所述的考虑长边方向下加速度一致的土工离心机箱进行实验的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：根据土工实验中所需要的离心加速度，计算调整装置(14)所要达到的近似弧度，以保证离心机箱底面每一点的离心加速度相同；
步骤2：在实验开始之前，先使用距离测量装置(13)通过远程控制模块(8)调整所有微调装置(10)，使其接近步骤1中的计算结果；
步骤3：将调整好的空离心机箱放入离心机内，运行离心机，使其达到实验所需条件的重力加速度，观测每个微调装置(10)中的加速度计(7)大小；
步骤4：根据微调装置(10)中的加速度计(7)大小反馈结果，通过远程控制模块(8)微调调整装置(10)以确保离心过程中离心机箱底面每一点的离心加速度相同；
步骤5：微调完成后，暂停运行离心机，将土样放入离心机箱后开启离心机进行离心实验。
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