CN111101476A - 一种模拟吹填珊瑚礁砂工程效果的试验装置 - Google Patents

一种模拟吹填珊瑚礁砂工程效果的试验装置 Download PDF

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徐东升
黄佛光
张志杰
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
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Abstract

本发明公开了一种模拟吹填珊瑚礁砂工程效果的试验装置,模型箱内通过分隔板分成吹填区和储料区两个功能区,实验时利用吹填装置从储料区将珊瑚礁砂和海水的混合物吹填至吹填区,过程中两功能区互不干涉,方便操作人员对吹填过程进行把控;又出料机构的出料管可转动地安装在底座上,操作人员可对出料角度进行调整,以观察珊瑚礁砂在水力分选下的不均匀分布效果,结合土压力计、薄膜传感器、微变形测量系统的测量结果,使得以对珊瑚礁砂不均匀分布规律及沉降变形特性进行预测及分析,此发明用于吹填试验技术领域。

Description

一种模拟吹填珊瑚礁砂工程效果的试验装置
技术领域
本发明涉及吹填试验技术领域,特别是涉及一种模拟吹填珊瑚礁砂工程效果的试验装置。
背景技术
随着我国岛礁工程中吹填工程越来越多,大面积吹填珊瑚礁砂地基投入工程建设之中,吹填形成的不均分分层地基给工程建设本身和工程后期的使用带来了极大的难度和挑战,同时也导致了人工新近吹填造陆形成的吹填珊瑚礁砂地基的规律和长期稳定性研究。
传统的模拟吹填装置往往研究重点在模拟吹填砂土的沉降变形和如何去有效的加固吹填后的砂土地基,而鲜有研究在水力分选下吹填珊瑚礁砂的不均匀分布规律。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够探究吹填珊瑚礁砂的不均匀分布规律及沉降变形特性的的模拟吹填珊瑚礁砂工程效果的试验装置。
本发明所采取的技术方案是:
一种模拟吹填珊瑚礁砂工程效果的试验装置,包括:
模型箱,所述模型箱的顶部无盖,所述模型箱内设有分隔板,所述分隔板将模型箱内部空间分隔成吹填区和储料区;
测试系统,所述测试系统包含土压力计、薄膜传感器及微变形测量系统,所述土压力计及薄膜传感器设置在吹填区内;
吹填装置,所述吹填装置分为相连通的吸料机构和出料机构,所述吸料机构的进口位于储料区内;
所述吹填区和储料区相对的模型箱的侧面分别设有观察区,各所述观察区处安装透明的封口板,所述出料机构设置在模型箱的上方,所述出料机构包括底座、可转动安装在所述底座上的出料管,所述出料管的出口对准于吹填区。
进一步作为本发明技术方案的改进,所述出料管两侧的底座上对称设置一左侧板和右侧板,所述出料管的下部固定至少一件连接板,所述出料管与侧板之间通过尾端依次穿过左侧板、连接板、右侧板的定位螺栓相连。
进一步作为本发明技术方案的改进,所述左侧板、右侧板上对称开设有弧形通孔,两所述弧形通孔与连接板之间连接有导向卡件,所述导向卡件的横截面直径不大于弧形通孔的孔宽。
进一步作为本发明技术方案的改进,所述弧形通孔所在圆弧的圆心角不小于90度。
进一步作为本发明技术方案的改进,还包括搅拌装置,所述搅拌装置设于储料区内。
进一步作为本发明技术方案的改进,所述分隔板上开具至少一个预留孔,各所述预留孔处分别装设止回阀,各所述止回阀的出口端指向储料区。
进一步作为本发明技术方案的改进,所述吸料机构为抽沙泵,所述抽沙泵通过一导流管与出料管的入口连通。
本发明的有益效果:此模拟吹填珊瑚礁砂工程效果的试验装置,模型箱内通过分隔板分成吹填区和储料区两个功能区,实验时利用吹填装置从储料区将珊瑚礁砂和海水的混合物吹填至吹填区,过程中两功能区互不干涉,方便操作人员对吹填过程进行把控;又出料机构的出料管可转动地安装在底座上,操作人员可对出料角度进行调整,以观察珊瑚礁砂在水力分选下的不均匀分布效果,结合土压力计、薄膜传感器、微变形测量系统的测量结果,使得以对珊瑚礁砂不均匀分布规律及沉降变形特性进行预测及分析。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明:
图1是本发明实施例整体结构示意图;
图2是本发明实施例出料机构的结构示意图。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例,本发明之较佳实施例在附图中示出,附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述,使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案,但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中,需要理解的是,涉及到方位描述,例如上、下、前、后、左、右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。
在本发明的描述中,若干的含义是一个或者多个,多个的含义是两个以上,大于、小于、超过等理解为不包括本数,以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的,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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中,除非另有明确的限定,设置、安装、连接等词语应做广义理解,所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1,为本发明的一种实施例,介绍了一种模拟吹填珊瑚礁砂工程效果的试验装置,其包括有模型箱1、测试系统及吹填装置3。
模型箱1的顶部无盖且内部设置有分隔板11,分隔板11将模型箱1内部空间分隔成吹填区1a和储料区1b,且吹填区1a及储料区1b的底部分别开有排水口,两排水口处均安装有阀门。测试系统则包含土压力计、薄膜传感器及微变形测量系统,土压力计及薄膜传感器均设置在吹填区1a内;吹填装置3分为相连通的吸料机构31和出料机构32,吸料机构31的进口位于储料区1b内,出料机构32设置在模型箱1的上方。具体地,吹填区1a和储料区1b相对的模型箱的侧面分别设有观察区,各观察区处安装透明的封口板,此出料机构32包括底座321、可转动安装在底座321上的出料管322,出料管322的出口对准于吹填区1a。
此模拟吹填珊瑚礁砂工程效果的试验装置,模型箱1内通过分隔板11严格分成吹填区1a和储料区1b两个功能区,实验时利用吹填装置3从储料区1b将珊瑚礁砂和水的混合物吹填至吹填区1a,过程中两功能区互不干涉,方便操作人员对吹填量进行把控;又出料机构32的出料管322可转动地安装在底座321上,操作人员可对出料角度进行调整,以模拟珊瑚礁砂不均匀分布的效果,结合土压力计、薄膜传感器、微变形测量系统的测量结果,使得以对珊瑚礁砂不均匀分布规律及沉降变形特性进行预测及分析。
本实施例中,模型箱1的形状呈立方体,通过五面钢板拼接形成,且顶部一周焊接有围板,出料机构32设于分隔板11的上方,其底座321的两端固定在两侧的围板上。两观察区分别为位于模型箱1正面的钢板并列开设的两个长方形孔,且封口板采用的是有机钢化玻璃,两长方形孔分别正对于吹填区1a和储料区1b,方便实验人员对应观察吹填区1a和储料区1b内珊瑚礁砂和人工海水的变化情况。为了加强模型箱1的强度,提高其使用寿命,同时更好地避免缝隙处漏水的情况发生,各钢板的拼接处分别焊接固定有角钢。作为优选地,吹填区1a和储料区1b侧面的钢板上设有至少一个清料孔,各清料孔可用于安装渗压计。
本实施例当中,微变形测量系统通过照相机21、反光板和图像分析系统组成,照相机21的镜头正对吹填区1a侧的长方形孔,反光板设于照相机21旁侧。试验过程中,利用照相机21记录吹填区1a内珊瑚礁砂的变化情况;试验结束后再利用图像分析系统对拍摄到的照片进行计算分析,以确定模型箱1内珊瑚礁砂的沉降和变形情况。
如图2所示,本实施例中具体地,出料管322两侧的底座321上对称设置一左侧板325a和右侧板325b,出料管322的下部固定两件连接板323,出料管322与侧板之间通过尾端依次穿过左侧板325a、连接板323、右侧板325b的定位螺栓相连,两连接板323尾部的相同位置分别预留一孔洞供定位螺栓324穿过。为了更好地对出料管322的出料角度进行把控,左侧板325a、右侧板325b上对称开设有弧形通孔,两弧形通孔与连接板323之间连接有导向卡件326,导向卡件326的横截面直径小于弧形通孔的孔宽。本实施例中,导向卡件326采用螺栓;该螺栓的尾端依次穿过左侧板325a的弧形通孔、两连接板323的首部及右侧板325b的弧形通孔后,通过螺母进行固定。更进一步地,本实施例中,两弧形通孔所在圆弧的圆心角均等于90度,使得吹填角度得以在0°~90°之间进行调整。
根据图1,该模拟吹填珊瑚礁砂工程效果的试验装置还包括搅拌装置4,搅拌装置4设于储料区1b内。搅拌装置4的设置,能将置入储料区1b内水和珊瑚礁砂充分混合,并使混合物产生流动性,方便吹填装置3的对混合物进行吸取和吹填。具体地,本实施例的搅拌装置4采用搅拌机,吸料机构31则采用了抽沙泵,该抽沙泵通过一导流管与出料管322的入口连通。
更具体地,抽沙泵及搅拌机的头部分别通过一限位扣件5固定在储料区1b的上方。各限位扣件5分别通过两条形钢板并列拼接组成,限位扣件5的中部开有供抽沙泵或搅拌机头部卡接的卡孔;进一步地,各条形钢板的两端分别开有穿孔,各限位扣件5分别通过穿过穿孔的螺丝与围板相固定。
进一步地,分隔板11上开具一个预留孔111,该预留孔111处装设止回阀,该止回阀的出口端指向储料区1b。进行模拟吹填时,当吹填区1a内的人工海水过多时,可通过该止回阀将人工海水引流回储料区1b,从而达到人工海水循环利用的目的,节约资源的同时可以此来对实际状况中的水流进行模拟。
更进一步地,为了便于对该研究装置进行位置移动等操作,在模型箱1的底部安装两个滑轮和两个万向轮,各滑轮、万向轮分别位于模型箱1的各个角端。
利用该研究装置进行具体试验时,首先根据吹填设计工程量计算公式,结合吹填区1a的尺寸并考虑沉降量、超填量、流失量对模拟吹填中的吹填量进行预估,按照ASTM D-14规定的人工海水的组成成分配置一定量的人工海水,同时在吹填区1a的底部安装好薄膜传感器,在相应的位置上对称安装好土压力计。确定吹填角度,并固定好抽砂泵和搅拌机,检查无误后,向储料区1b注入计算量的人工海水,打开搅拌机,然后倒入事先准备好的珊瑚礁砂,使珊瑚礁砂和人工海水混合在一起,并产生流动性。
接着,打开抽沙泵,开始对珊瑚礁砂与人工海水的混合物进行模拟吹填,多余的人工海水通过分隔板11上的止回阀引流会储料区1b中,从而达到海水循环的目的,并以此来模拟实际状况中的水流。通过对于储料区1b的钢化玻璃板观察储料区1b处的珊瑚礁砂和人工海水的状况,及时进行补料,直至珊瑚礁砂填满吹填区1a。吹填完成后,关闭搅拌机,在储料区1b中仅注入人工海水,并降低抽沙泵的转速,使储料区1b中的海水缓慢注入到吹填区1a中,以模拟实际工程中的海水冲刷的过程。
当进行吹填珊瑚礁砂不均匀分层状况监测时,在吹填完成后,调整好照相机21的位置后,打开照相机21使其对准吹填区1a处的钢化玻璃板,并设定一定的拍照频率。模拟试验过程中,照相机21在按照一定的频率进行拍照,以观察和记录吹填后珊瑚礁砂的不均匀分层特性及珊瑚礁砂颗粒的微变形特性。完成后,记录好薄膜传感器和土压力计的读数,结合图像分析系统数据,对吹填珊瑚礁砂的自然沉降和变形进行预测和分析。
而在探究出料角度对吹填珊瑚礁砂分布规律和变形的影响时,将出料管322的角度按照0°、15°、30°、45°、60°等重复上面的步骤进行模拟吹填,以研究出料角度对珊瑚礁砂的颗粒不均匀分布规律和变形特性的影响。
当然,本发明的设计创造并不局限于上述实施方式,熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换,这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (6)

1.一种模拟吹填珊瑚礁砂工程效果的试验装置,其特征在于,包括:
模型箱,所述模型箱的顶部无盖,所述模型箱内设有分隔板,所述分隔板将模型箱内部空间分隔成吹填区和储料区;
测试系统,所述测试系统包含土压力计、薄膜传感器及微变形测量系统,所述土压力计及薄膜传感器设置在吹填区内;
吹填装置,所述吹填装置分为相连通的吸料机构和出料机构,所述吸料机构的进口位于储料区内;
所述吹填区和储料区相对的模型箱的侧面分别设有观察区,各所述观察区处安装透明的封口板,所述出料机构设置在模型箱的上方,所述出料机构包括底座、可转动安装在所述底座上的出料管,所述出料管的出口对准于吹填区。
2.根据权利要求1所述的模拟吹填珊瑚礁砂工程效果的试验装置,其特征在于:所述出料管两侧的底座上对称设置一左侧板和右侧板,所述出料管的下部固定至少一件连接板,所述出料管与侧板之间通过尾端依次穿过左侧板、连接板、右侧板的定位螺栓相连。
3.根据权利要求2所述的模拟吹填珊瑚礁砂工程效果的试验装置,其特征在于:所述左侧板、右侧板上对称开设有弧形通孔,两所述弧形通孔与连接板之间连接有导向卡件。
4.根据权利要求1所述的模拟吹填珊瑚礁砂工程效果的试验装置,其特征在于:还包括搅拌装置,所述搅拌装置设于储料区内。
5.根据权利要求1所述的模拟吹填珊瑚礁砂工程效果的试验装置,其特征在于:所述分隔板上开具至少一个预留孔,各所述预留孔处分别装设止回阀,各所述止回阀的出口端指向储料区。
6.根据权利要求1所述的模拟吹填珊瑚礁砂工程效果的试验装置,其特征在于:
所述吸料机构为抽沙泵,所述抽沙泵通过一导流管与出料管的入口连通。
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