CN111521486A - 一种现场固结实验台 - Google Patents

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CN111521486A CN202010315172.3A CN202010315172A CN111521486A CN 111521486 A CN111521486 A CN 111521486A CN 202010315172 A CN202010315172 A CN 202010315172A CN 111521486 A CN111521486 A CN 111521486A
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汪海滨
陈佺
李小春
郑海超
叶艳雀
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Abstract

本发明公开了一种现场固结实验台，包括内部装有样品的样品室和向所述样品室内施加压力的加压板，所述加压板的顶部转动连接有滑动件；所述滑动件的顶部设有与滑动件滑动连接、并竖直向下向滑动件加压的杠杆扩力装置；所述加压板上连接有位移计，用于测量样品的轴向位移；所述样品室的周围连接有环向变形计，用于测量样品的环向变形量；所述加压板的底部设有压力计，用于测量样品的承受的压力。本发明的现场固结实验台的结构简单，设计合理，便于工程现场使用，无需动力源即可实现长期稳定的加载。

Description

一种现场固结实验台
技术领域
本发明涉及力学实验台的技术领域，尤其涉及一种现场固结实验台。
背景技术
固结实验用于测量颗粒材料在荷载作用下，由于颗粒滑移、破碎导致的样品体积随时间变化的规律。常见的固结实验台主要针对样品颗粒尺寸在2mm以下，样品总尺寸在10厘米以下的圆柱形样品，采用砝码、气压或液压加载，适用于绝大多数砂、石和黏土材料的实验，控制灵活，加压稳定，测量精度高，但对仪器的工作环境和实验人员的技术有一定的要求。对于工程建设现场使用的、颗粒尺寸达到厘米级的堆石料，常规固结实验台的尺寸太小，不适应工程建设现场多尘、振动、温度湿度变化大的恶劣环境，不便于工程人员的使用和维护。同时，在工程现场也难易稳定保证固结实验所需稳定的动力源(电力、高压气体)，如果动力源突然中断，会导致实验失败甚至仪器损坏。
发明内容
基于现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种现场固结实验台，结构简单，设计合理，便于工程现场使用，无需动力源即可实现长期稳定的加载。
为实现上述目的，本发明采用以下技术措施：
一种现场固结实验台，包括内部装有样品的样品室和向所述样品室内施加压力的加压板，所述加压板的顶部转动连接有滑动件；所述滑动件的顶部设有与滑动件滑动连接、并竖直向下向滑动件加压的杠杆扩力装置；所述加压板上连接有位移计，用于测量样品的轴向位移；所述样品室的周围连接有环向变形计，用于测量样品的环向变形量；所述加压板的底部设有压力计，用于测量样品的承受的压力。
由上，由杠杆扩力装置将力放大后，通过滑动件和加压板向样品室中的样品施加足够大的压力，可以针对大尺寸的堆石材料，无需动力源即可实现长期稳定加载，便于工程现场使用的固结实验台。
优选的，所述杠杆扩力装置包括固定在所述样品室两侧的两个立柱，两个立柱之间转动连接有加力杆；所述加力杆的自由端连接有用于添加砝码的砝码托盘。
进一步的，所述加力杆具有平行设置的第一水平杆和第二水平杆，所述第一水平杆和第二水平杆之间连接有与第一水平杆和第二水平杆垂直的竖直杆；所述第一水平杆的一端与位于所述样品室一侧的立柱的顶部铰接，其另一端连接有所述砝码托盘；所述第二水平杆位于第一水平杆的下方，所述第二水平杆的一端与位于所述样品室另一侧的立柱的顶部铰接，其另一端与所述竖直杆连接。
由上，通过第一水平杆和第二水平杆的两级杠杆能对砝码托盘的力进行两级放大。
可选的，所述滑动件的顶部设有凹槽，所述第二水平杆位于所述凹槽内并可以自由滑动。
进一步的，所述立柱和加力杆之间通过转轴依次连接。
可选的，所述加压板的纵截面呈倒T形，其底部的形状与所述样品室的内部腔体的横截面的形状相匹配。
可选的，所述滑动件和加力杆之间设有润滑油或垫片。
进一步的，所述加力杆由工字钢加工而成；所述加压板由钢板和型钢加工而成；所述砝码托盘由钢板和钢筋焊接而成。
具体地，本发明的现场固结实验台具体使用步骤如下：
实验时，寻找坚固平整的场地安放样品室，装填样品并盖上加压板。根据加力杆的长度，在相应位置安装立柱，然后安装相应的加力杆和转轴，安装滑动件，并在滑动件和加力杆之间加润滑油或垫片，通过转轴连接滑动件和加压板，使加力杆能够绕立柱转动并通过滑动件和加压板向样品施压。所有立柱和加力杆安装完成后，在外侧的加力杆上安装砝码托盘。在砝码托盘上增加砝码至所需重量，通过位移计、环向变形计和压力计测量样品体积随时间的变化。
本发明通过由加力杆、立柱和转轴构成的杠杆扩力装置，经过多级杠杆放大后，通过滑动件和加压板向样品室中的样品加压，无需额外的动力源，并通过位移计、环向变形计和压力计测量样品的轴向位移、环向变形以及承受的压力，整个装置的结构简单，便于工程现场使用。
附图说明
图1为本发明优选实施例的现场固结实验台的结构示意图。
图2为本发明的现场固结实验台的加力杆、滑动件和加压板的安装示意图。
图3为本发明的加力杆的载荷的放大示意图。
图4为在实验中不同压力下样品的竖向变形图。
其中：1-样品室，2-加压板，3-加力杆，4-立柱、5-砝码托盘，6-转轴，7-位移计，8-环向变形计，9-压力计、10-滑动件。
具体实施方式
下面参见图1-图3对本发明所述现场固结实验台进行详细说明。
如图1-3所示，本发明所提供的一种现场固结实验台，由样品室1、加压板2、加力杆3、立柱4、砝码托盘5、转轴6、位移计7、环向变形计8、压力计9和滑动件10组成，其中，位于样品室1两侧的立柱4和位于立柱4上方的加力杆3通过转轴6依次连接形成杠杆扩力装置。加力杆3的自由端连接有用于添加砝码的砝码托盘5，砝码托盘5上砝码的重力经由杠杆扩力装置放大后，通过滑动件10和加压板2向样品室1中的样品施加足够大的压力，无需动力源即可实现长期稳定的加压。
加压板2的顶部转动连接有滑动件10，滑动件10和加力杆3之间可以自由滑动，滑动件10和加压板2之间可以自由转动，保证加压板2始终稳定竖直向下加压。
加压板2上连接有可随加压板2移动的位移计7，样品室1的周围连接有环向变形计8，加压板2的底部设有压力计9，通过位移计7、环向变形计8和压力计9测量样品的轴向位移、环向变形以及承受的压力，既可以使用电子仪表自动记录，也可以采用机械仪表人工记录。
本发明的加力杆3、立柱4和转轴6构成杠杆扩力装置，经过多级杠杆放大后，通过滑动件10和加压板2向样品室1中的样品加压，无需额外的动力源。
具体的，加力杆3具有平行设置的第一水平杆和第二水平杆，所述第一水平杆和第二水平杆之间连接有与第一水平杆和第二水平杆垂直的竖直杆，所述第一水平杆的一端与位于所述样品室1一侧的立柱4的顶部铰接，其另一端连接有所述砝码托盘5。第二水平杆位于第一水平杆的下方，且第二水平杆的一端与位于所述样品室1另一侧的立柱4的顶部铰接，其另一端与所述竖直杆连接。滑动件10的顶部设有凹槽，所述第二水平杆位于所述凹槽内并可以自由滑动。
在实施例中，本发明的样品室1的直径为460mm，高度为1000mm，加压板2由钢板和型钢加工，加压板2的纵截面呈倒T形，其底部的形状与样品室1的内截面的尺寸匹配，通过两组加力杆3和立柱4建立两级杠杆，两级加力杆3长度分别为5400mm(L1、L2分别为900mm和4500mm)和4450mm(L3、L4分别为4150mm和400mm)，立柱4的高度分别为2000mm和1500mm，由工字钢加工成型，砝码托盘5由钢板和钢筋焊接。
如图3所示，第一水平杆对第二水平杆向下的压力F2＝F1*(L1+L2)/L1，F1为砝码托盘5中砝码的重力，通过两级杠杆可将砝码托盘5的荷载放大约53倍。本发明采用千分表作为位移计7，应变片作为环向变形计8和压力计9。实验时用混凝土块作为砝码加压，每隔1小时人工记录一次位移计7、环向变形计8和压力计9数据。
下面，参照图1-图3并结合上述结构描述，对本发明的现场固结实验台的工作流程进行简单描述：
安装实验台时，先寻找坚固平整的场地安放样品室1，装填样品并盖上加压板2。根据加力杆3的长度，在相应位置安装立柱4，然后安装相应的加力杆3和转轴6，安装滑动件10，并在滑动件10和加力杆3之间加润滑油或垫片，通过转轴6连接滑动件10和加压板2，使加力杆3能够绕立柱4转动并通过滑动件10和加压板2向样品施压。所有立柱4和加力杆3安装完成后，在外侧的加力杆3上安装砝码托盘5。在砝码托盘5上增加砝码至所需重量，通过位移计7、环向变形计8和压力计9测量样品体积随时间的变化，砝码可选择任意已知重量的物品，包括石块、钢材、混凝土块等等。
对比本发明实施例与三类现有固结仪的主要性能指标，说明本发明的技术优势。
表1本发明实施例与现有固结实验台的主要性能指标对比
Figure BDA0002459282210000041
从表1可以看出，依靠多级杠杆的设计，本发明仅靠砝码就能达到现有实验台需要气压或液压才能达到的加载压力，特别适合环境简陋的现场实验，并且本发明可装载的样品尺寸大，更适合堆石材料的实验。
参照图4的一组实验结果说明本发明的可行性。实验用样品室的直径为460mm，高度为1000mm，实验样品的质量为350.66kg，最大样品颗粒的直径为60mm，通过增加砝码依次施加十级固结压力：86.46kPa、732.24kPa，1194.33kPa，1656.43kPa，2118.52kPa，2580.52kPa，3042.62kPa，3504.81kPa，3966.9kPa，4429kPa。在不同压力下样品的竖向变形如图4所示，可以看到在近500个小时的实验时间内，本发明利用重力能够稳定的给堆石样品加压并测量样品的固结变形。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解得到的变换或者替换，都应该涵盖在本发明的包含范围之内。

Claims (8)

1.一种现场固结实验台，包括内部装有样品的样品室(1)和向所述样品室(1)内施加压力的加压板(2)，其特征在于：所述加压板(2)的顶部转动连接有滑动件(10)；
所述滑动件(10)的顶部设有与滑动件(10)滑动连接、并竖直向下向滑动件(10)加压的杠杆扩力装置；
所述加压板(2)上连接有位移计(7)，用于测量样品的轴向位移；
所述样品室(1)的周围连接有环向变形计(8)，用于测量样品的环向变形量；
所述加压板(2)的底部设有压力计(9)，用于测量样品的承受的压力。
2.根据权利要求1所述的一种现场固结实验台，其特征在于：所述杠杆扩力装置包括固定在所述样品室(1)两侧的两个立柱(4)，两个立柱(4)之间转动连接有加力杆(3)；
所述加力杆(3)的自由端连接有用于添加砝码的砝码托盘(5)。
3.根据权利要求2所述的一种现场固结实验台，其特征在于：所述加力杆(3)具有平行设置的第一水平杆和第二水平杆，所述第一水平杆和第二水平杆之间连接有与第一水平杆和第二水平杆垂直的竖直杆；
所述第一水平杆的一端与位于所述样品室(1)一侧的立柱(4)的顶部铰接，其另一端连接有所述砝码托盘(5)；
所述第二水平杆位于第一水平杆的下方，所述第二水平杆的一端与位于所述样品室(1)另一侧的立柱(4)的顶部铰接，其另一端与所述竖直杆连接。
4.根据权利要求3所述的一种现场固结实验台，其特征在于：所述滑动件(10)的顶部设有凹槽，所述第二水平杆位于所述凹槽内并可以自由滑动。
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种现场固结实验台，其特征在于：所述立柱(4)和加力杆(3)之间通过转轴(6)依次连接。
6.根据权利要求1所述的一种现场固结实验台，其特征在于：所述加压板(2)的纵截面呈倒T形，其底部的形状与所述样品室(1)的内部腔体的横截面的形状相匹配。
7.根据权利要求1或3所述的一种现场固结实验台，其特征在于：所述滑动件(10)和加力杆(3)之间设有润滑油或垫片。
8.根据权利要求2所述的一种现场固结实验台，其特征在于：所述加力杆(3)由工字钢加工而成；所述加压板(2)由钢板和型钢加工而成；
所述砝码托盘(5)由钢板和钢筋焊接而成。
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