CN110398581B - 高填方膨胀土地基现场模拟降雨测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高填方膨胀土地基现场模拟降雨测试装置，包括两条用于铺设在堤面上的轨道，每条轨道的底部均设有可调节底面坡度的坡面调节机构，每条轨道的顶部安装有可沿长度方向移动的车轮，车轮连接有轮边电机，车轮的轮架上方连接有可升降的支腿，两组支腿顶部桥接有喷淋系统。利用轨道底面坡度可调和支腿可升降的特点，保证整套测试装置可适用于不同坡度要求的渠道堤面上，再利用喷淋系统位于顶部特点，模拟雨水自上而下落下浸润堤面的效果，从而在无需人工洒水的条件下，实现了模拟降雨的特点，降低了测试过程中的工人劳动强度，提高了测试结果的精度。

Description

高填方膨胀土地基现场模拟降雨测试装置

技术领域

本发明属于渠道勘探领域，尤其涉及一种高填方膨胀土地基现场模拟降雨测试装置。

背景技术

目前，在渠道施工中大量应用到膨胀土高填土作业。膨胀土是一类具有多裂隙性、胀缩性、超固结性的黏土，在国内外广泛分布。多裂隙非饱和膨胀土的水分入渗及体积变化是一个极其复杂的水力-力学过程，当前尚没有一种成熟的纯理论方法，可用于推算膨胀土地基的胀缩变形性能，室内试验则与现场实际工程差距较大，难以全面反映原状膨胀土在水分入渗条件下的真实性状。

在先专利2016105876181公开了一种路基工程下膨胀土地基现场浸水试验方法，以准确获取土质路基下膨胀土地基的胀缩变形数据，便于设计人员选用合理的地基处理措施，节约铁路工程投资。包括如下步骤：开挖膨胀土试坑；在膨胀土试坑地基上布设多面渗水系统和蓄水沟渠，并在监测区域内埋设下层测试器件；填筑路基本体堆载体和模拟轨道荷载堆载体，并在监测区域内埋设上层测量器件；下层测量器件和上层测量器件组成量测系统，用于量测地基表面变形量、地基内部分层变形量、路基本体变形量、孔隙水压力值、土壤含水率、土壤吸力及路基基底应力值；进行试验测试阶段测试，包括路基填筑及放置期、人工浸水期、停水自然干缩期；进行试验浸水及观测，通过蓄水沟渠和多面渗水系统对地基进行人工浸水，并按一定频率进行观测。

但是，在现有技术条件背景下，向膨胀土地基进行模拟降雨作业过程中，多采用人工洒水方式进行，这是因为洒水车喷洒的方式受渠道坡面角度限制极易出现洒水车倾翻的问题。人工洒水方式受人为因素影响较大，时常会出现洒水不均匀的问题，导致测试结果的可靠性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低劳动强度的高填方膨胀土地基现场模拟降雨测试装置，其技术方案如下：

高填方膨胀土地基现场模拟降雨测试装置，包括两条用于铺设在堤面上的轨道，每条轨道的底部均设有可调节底面坡度的坡面调节机构，每条轨道的顶部安装有可沿长度方向移动的车轮，车轮连接有轮边电机，车轮的轮架上方连接有可升降的支腿，两组支腿顶部桥接有喷淋系统。

进一步地，坡面调节机构包括位于轨道底面的容纳槽，容纳槽的四周槽壁各自设有从下方露出且可上下伸缩的挡板，相邻挡板之间及挡板和槽壁之间均密封配合，各个挡板的底面热熔粘接有遮挡在容纳槽开口下方并可弹性收张的橡胶底板，橡胶底板和挡板、容纳槽围城封闭空间，封闭空间内填充有占容积60%至80%的磁流变液，封闭空间的侧壁设有工作线圈。

进一步地，挡板与槽壁之间通过T形结构或燕尾形结构沿上下方向导向配合。

进一步地，挡板的内板面凸设有与槽壁导向配合的凸台，所述T形结构或燕尾形结构位于凸台的凸顶部分上，凸台的上下两侧分别连接有抵顶在槽壁上的弹簧。

进一步地，容纳槽内固定有水平设置的隔板，隔板上开设有上下贯通的穿孔，隔板全部或部分浸入磁流变液中。

进一步地，隔板有至少两层并自上而下间隔分布，各层隔板上穿孔的孔径自上而下逐渐增大。

进一步地，容纳槽的槽壁上设有朝下的台阶面，隔板的边缘搭接在台阶面上。

进一步地，喷淋系统包括桥接固定在两组支腿之间的平台及其上可左右往复移动设置的电控箱，电控箱连接有位于平台上的电动推杆。

进一步地，平台上还搭建有遮阳棚，遮阳棚的棚顶设置有水平伸展的喷头，喷头经水管连接电控箱内水泵。

本发明的有益效果如下：

1、利用轨道底面坡度可调和支腿可升降的特点，保证整套测试装置可适用于不同坡度要求的渠道堤面上；

2、利用喷淋系统位于顶部特点，模拟雨水自上而下落下浸润堤面的效果；

3、在无需人工洒水的条件下，实现了模拟降雨的特点，降低了测试过程中的工人劳动强度，提高了测试结果的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明高填方膨胀土地基现场模拟降雨测试装置的结构示意图；

图2是图1中轨道的结构示意图。

附图标记说明如下：

1、轨道；2、行走机构；3、喷淋系统；11、容纳槽；12、挡板；13、橡胶底板；14、凸台；15、弹簧；16、隔板；21、车轮；22、轮边电机；23、支腿；31、平台；32、电控箱；33、遮阳棚；34、喷头；35、电动推杆。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明作进一步说明：

参见图1，示出了本发明中高填方膨胀土地基现场模拟降雨测试装置。其可应用不同坡度的堤面，实现模拟降雨的效果，并结合在先专利2016105876181中传感器单元，可对堤面和河床的高填土膨胀土地基进行降雨测试，最大限度提高渠道工程勘探验收的可靠性。

高填方膨胀土地基现场模拟降雨测试装置主要由轨道1、行走机构2和喷淋系统3三部分组成。

轨道1有两条，分左右平行铺设在堤面上。两条轨道1的结构相同。参见图2，该轨道1和普通工字钢轨道的不同之处在于，在现有工字钢轨道的基础上，在底面加装了坡面调节机构，以适应不同坡度的堤面施工要求，如遇到在渠道的一侧堤坝进行施工时，必然有一条轨道1需要铺设在堤面的倾斜部分上，而另一条轨道1可铺设在堤坝的顶面上，从而引起了两条轨道的高低不同且倾角不同，但是为了更好的模拟从天空中向下降雨的场景，须保持喷淋系统位于一水平面上，这就要求在行走机构2解决两条轨道1高度的前提下，两条轨道1自身须倾角相同，以保证行走机构的平稳运行。更甚者，在该测试装置位于河床时，两条轨道须分别位于两侧倾斜的坡面上，此时两条轨道的高度或许一直，但是两者的倾角是完全不同的，更加需要将两者的倾角调整一致。因而，该坡面调节机构的主要作用是保持行走机构2在一条相对水平的轨道面上运行，其具体结构如下：

坡面调节机构包括位于轨道1底面的容纳槽11，容纳槽11的四周槽壁各自设有从下方露出且可上下伸缩的挡板12，相邻挡板12之间及挡板12和槽壁之间均密封配合，各个挡板12的底面热熔粘接有遮挡在容纳槽11开口下方并可弹性收张的橡胶底板13，橡胶底板13和挡板12、容纳槽11围城封闭空间，封闭空间内填充有占容积60%至80%的磁流变液，封闭空间的侧壁设有工作线圈。挡板12的内板面凸设有与槽壁导向配合的凸台14，凸台14的凸顶部位与容纳槽11的槽壁通过T形结构或燕尾形结构沿上下方向导向配合，凸台14的上下两侧分别连接有抵顶在槽壁上的弹簧15。容纳槽11内固定有水平设置的隔板16，隔板16上开设有上下贯通的穿孔，隔板16全部或部分浸入磁流变液中。隔板16有两层并自上而下间隔分布，两层隔板16上穿孔的孔径上小下大。容纳槽11的槽壁上设有朝下的台阶面，隔板16的边缘搭接在台阶面上。

行走机构2包括沿轨道1长度方向可往复移动的安装在轨道1顶部的车轮21，车轮21为双轮缘滑轮，车轮21的轮架上连接有驱动车轮21在轨道1上滚动的轮边电机22，两组车轮21对应的轮边电机22各自设置在行走机构2的相对两侧。轮架上方连接有可升降的支腿23，喷淋系统3桥接在两组支腿23的上方，该支腿23选用液压支腿23，当然为了控制方便也可以选用电动推杆支腿23。

喷淋系统3包括桥接固定在两组支腿23之间的平台31及其上可左右往复移动设置的电控箱32，电控箱32连接有位于平台31上的电动推杆35。平台31上还搭建有遮阳棚33，遮阳棚33的棚顶设置有水平伸展的喷头34，喷头34经水管连接电控箱32内水泵。

在使用时，先根据不用的坡度铺设轨道1，在轨道1的底面和堤面吻合相贴后，将轨道1顶面保持水平；然后给轨道1通电，将轨道1内磁流变液固化；接着将行走机构2和喷淋系统3安装在轨道1上方，并通过电动推杆调节电控箱32的位置，保持整个系统的平衡；在平衡后，开启轮边电机22，进行模拟降雨作业。

优选地，该磁流变液采用低粘度的磁流变配剂，其主要由由重量百分比50～80%的混合羰基铁粉、10～40%的载液、0.5～2%的表面活性剂、0.5～2%的触变剂、0.5～2%的抗氧化剂、0.5～2%的固体润滑剂以及0.5～2%的分散剂组成。将经表面处理过的微米级羰基铁粉225克和纳米级羰基铁粉45克混合，将混合好的羰基铁粉加入到33.75克甲基硅油中，搅拌2h；再加入6.75克表面活性剂N，N′-二乙基磺酸钠，搅拌1h；接着加入6.75克分散剂油酸，搅拌1h；然后再加入6.75克固体润滑剂石墨，搅拌2h；接着加入6.75克触变剂有机膨润土，搅拌2h；最后加入6.75克抗氧化剂二丁基羟基甲苯，搅拌2h；将搅拌好的混合物料放入球磨机中搅拌4h即可得到本发明的磁流变液，所得的磁流变液中各组分的重量百分比为：混合羰基铁粉80%，载液10%，N，N′-二乙基磺酸钠2%，油酸2%，石墨2%，有机膨润土2%，二丁基羟基甲苯2%。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (8)

1.高填方膨胀土地基现场模拟降雨测试装置，其特征在于，包括两条用于铺设在堤面上的轨道（1），每条轨道（1）的底部均设有可调节底面坡度的坡面调节机构，每条轨道（1）的顶部安装有可沿长度方向移动的车轮（21），车轮（21）连接有轮边电机（ 22） ，车轮（21）的轮架上方连接有可升降的支腿（ 23） ，两组支腿顶部桥接有喷淋系统（ 3） ；

坡面调节机构包括位于轨道（1）底面的容纳槽（11），容纳槽（11）的四周槽壁各自设有从下方露出且可上下伸缩的挡板（12），相邻挡板（12）之间及挡板（12）和槽壁之间均密封配合，各个挡板（12）的底面热熔粘接有遮挡在容纳槽（11）开口下方并可弹性收张的橡胶底板（13），橡胶底板（13）和挡板（12）、容纳槽（11）围成 封闭空间，封闭空间内填充有占容积60%至80%的磁流变液，封闭空间的侧壁设有工作线圈。

2.根据权利要求1所述的高填方膨胀土地基现场模拟降雨测试装置，其特征在于，挡板（12）与槽壁之间通过T形结构或燕尾形结构沿上下方向导向配合。

3.根据权利要求2所述的高填方膨胀土地基现场模拟降雨测试装置，其特征在于，挡板（12）的内板面凸设有与槽壁导向配合的凸台（14），所述T形结构或燕尾形结构位于凸台（14）的凸顶部分上，凸台（14）的上下两侧分别连接有抵顶在槽壁上的弹簧。

4.根据权利要求1所述的高填方膨胀土地基现场模拟降雨测试装置，其特征在于，容纳槽（11）内固定有水平设置的隔板（16），隔板（16）上开设有上下贯通的穿孔，隔板（16）全部或部分浸入磁流变液中。

5.根据权利要求4所述的高填方膨胀土地基现场模拟降雨测试装置，其特征在于，隔板（16）有至少两层并自上而下间隔分布，各层隔板（16）上穿孔的孔径自上而下逐渐增大。

6.根据权利要求1所述的高填方膨胀土地基现场模拟降雨测试装置，其特征在于，容纳槽（11）的槽壁上设有朝下的台阶面，隔板（16）的边缘搭接在台阶面上。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的高填方膨胀土地基现场模拟降雨测试装置，其特征在于，喷淋系统（3）包括桥接固定在两组支腿（23）之间的平台（31）及其上可左右往复移动设置的电控箱，电控箱连接有位于平台（31）上的电动推杆（35）。

8.根据权利要求7所述的高填方膨胀土地基现场模拟降雨测试装置，其特征在于，平台（31）上还搭建有遮阳棚（33），遮阳棚（33）的棚顶设置有水平伸展的喷头（34），喷头（34）经水管连接电控箱内水泵。

Images