CN111650015A - 一种自动调频土样扰动试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动调频土样扰动试验装置，包括底座、驱动箱、振动调频组件、样品固定组件和扰动组件，驱动箱和样品固定组件均固定安装在底座上，振动调频组件安装在驱动箱中，振动调频组件包括弹簧驱动组件和扰动驱动组件，扰动驱动组件滑动安装在驱动箱的两侧内壁之间，弹簧驱动组件与扰动驱动组件滑动连接，扰动组件的一端穿设于驱动箱并与样品固定组件的中部正对齐，扰动组件的另一端与所述扰动驱动组件连接，该装置采用调整频率的方式对试验土样施加不同的应力，改变土样的应力路径，不同频率作用下的试验土样在相同时间内的应力状态不同，从而制备了不同扰动状态土样。

Description

一种自动调频土样扰动试验装置

技术领域

本发明涉及土工试验技术领域，具体涉及一种自动调频土样扰动试验装置。

背景技术

扰动土是天然结构受到破坏或含水率发生改变了的土。研究扰动土相对于原状土的物理力学性质变化及影响程度是目前水利科技，岩石力学、土力学、岩土工程等领域的热点问题，受施工活动，交通行车等振动扰动影响土体性质的情况也是土体扰动的一种重要情况，可引起土体孔隙水压力上升、塑性变形累积、土体应力状态、应力路径的改变，土体的孔隙比、含水量及压密固结状态的变化具有很强的工程价值和研究价值。

土不是弹性材料，它的性状不会像弹性体那样决定于初始与终了应力水平，指弹性限度范围以内的情况，而同时要看它达到终了应力与应变状态所经历的途径以及它原来的应力历史。将这种应力途径与应力历史绘制在应力平面或应力空间坐标中得到的曲线就叫做应力路径。应力路径是描述土体在外力作用下应力变化情况或过程的一种方法。对于同一种土，当采用不同的试验手段和不同的加荷方法使之剪切破坏时，其应力变化的过程是不同的，相应的土的变形与强度特性也将出现很大的差异。针对此情况，设计了一种自动调频土样扰动试验装置，可实现制备不同扰动状态土样的功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动调频土样扰动试验装置，采用调整频率的方式对试验土样施加不同的应力，改变土样的应力路径，不同频率作用下的试验土样在相同时间内的应力状态不同，从而能制备不同扰动状态土样；以解决背景技术中提到的技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种自动调频土样扰动试验装置，包括底座、驱动箱、振动调频组件、样品固定组件和扰动组件，所述驱动箱和所述样品固定组件均固定安装在所述底座上，所述振动调频组件安装在所述驱动箱中，所述振动调频组件包括弹簧驱动组件和扰动驱动组件，所述扰动驱动组件滑动安装在所述驱动箱的两侧内壁之间，所述弹簧驱动组件与所述扰动驱动组件滑动连接，所述扰动组件的一端穿设于所述驱动箱并与所述样品固定组件的中部正对齐，所述扰动组件的另一端与所述扰动驱动组件连接。

本发明通过弹簧驱动组件和扰动驱动组件组合给扰动组件提供振动驱动，通过调节扰动驱动组件的频率准确模拟振动频率，从而可有效、准确地模拟不同状态下的土样振动扰动特性。

进一步地，所述样品固定组件包括第一固定座、第二固定座和样品桶仓，所述第一固定座和第二固定座上设有凹槽，所述样品桶仓的第一端连接有第一调节杆，所述样品桶仓的第二端连接有第二调节杆，所述第一调节杆穿设于所述第一固定座上的凹槽，所述第二调节杆穿设于所述第二固定座上的凹槽，所述第一调节杆及所述第二调节杆位于所述凹槽处的内端套设有第一限位螺母，所述第一调节杆及所述第二调节杆位于所述凹槽处的外端套设有第二限位螺母，所述第二限位螺母与所述第一固定座或所述第二固定座之间设有限位挡片。

上述优选方案的有益效果为：样品桶仓的两端分别通过第一调节杆、第二调节杆及配套的限位组件安装于凹槽内，从而样品桶仓在底座上的稳定性得到了有效保障。

进一步地，所述样品桶仓的第一端设有活动上盖板，所述样品桶仓的第二端设有活动下盖板，所述活动上盖板和活动下盖板的直径大于所述样品桶仓的桶外径，所述活动上盖板和活动下盖板的中心分别开设有与所述第一调节杆及第二调节杆配合的第一通孔，所述活动上盖板和活动下盖板的边缘开设有三个均匀分布的第二通孔，盖板连杆穿设于所述活动上盖板和活动下盖板之间的第二通孔并通过盖板螺母实现所述活动上盖板和所述活动下盖板之间的固定连接，所述盖板连杆与所述样品桶仓的外壁贴合，所述样品桶仓桶身中部的外壁上套设有锤击缓冲垫。

上述优选方案的有益效果为：活动上盖板和活动下盖板的可实现相对滑动进而可对土样进行压紧，活动上盖板和活动下盖板之间的距离可调节还便于土样的压实和取出。

进一步地，所述样品桶仓为透明桶仓。

上述优选方案的有益效果为：方便实验人员观察土样。

进一步地，所述样品桶仓的第一端和第二端均安装有密封盖，所述密封盖紧密贴合于所述活动上盖板或所述活动下盖板。

上述优选方案的有益效果为：用以提供放置样品桶仓的稳定平台。

进一步地，所述扰动组件包括扰动锤、连接杆和连接块，所述连接杆的一端穿设于所述驱动箱并与所述扰动锤连接，所述连接杆的另一端与所述连接块固定连接，所述连接杆上还套设有支承座，所述支承座与所述驱动箱内壁固定连接。

上述优选方案的有益效果为：支承座以支承并固定连接杆，扰动锤用于对样品桶仓进行锤击。

进一步地，所述扰动驱动组件包括电机、传动轴和驱动杆，所述电机安装在底座上，所述传动轴穿设于所述驱动箱的一组侧壁，所述传动轴的一端与所述电机的输出轴连接，所述驱动杆与所述传动轴平行设置且所述驱动箱内设有与所述驱动杆配合的第一条形孔，所述传动轴上设有一对偏心盘，所述连接块开设有供所述驱动杆通过的第三通孔及供传动轴滑动的第二条形孔，所述连接块通过第三通孔固定套接于所述驱动杆中心，一对所述偏心盘关于所述连接块对称，所述偏心盘的盘缘壁与所述驱动杆紧密贴合，所述偏心盘的盘缘壁上设有平滑突起。

上述优选方案的有益效果为：电机启动可带动偏心盘转动进而推动驱动杆，所述电机的转动频率可调整，通过调整电机的转动频率改变与扰动驱动组件连接的扰动组件的扰动锤对土样的振动频率。

进一步地，所述弹簧驱动组件有两组，两组所述弹簧驱动组件平行且对称安装在所述连接杆的两侧，所述弹簧驱动组件包括固定板、弹簧、连接片和驱动块，所述固定板固定安装在所述驱动箱的内壁上，所述驱动块上开设有供所述驱动杆通过的第四通孔及供传动轴滑动的第三条形孔，所述连接片与所述驱动块的端部固定连接，所述弹簧的一端固定连接于所述固定板，所述弹簧的另一端固定连接于所述连接片。

上述优选方案的有益效果为：两组弹簧驱动组件平行且对称安装在连接杆的两侧，可对扰动组件的推拉力起到平衡作用。

进一步地，所述驱动箱上设有透明盖板。

上述优选方案的有益效果为：用以护驱动箱且可清楚看到驱动箱内部运转情况。

本发明的有益效果是：

1)本发明振动调频组件的扰动驱动组件可调节扰动频率，扰动驱动组件启动时可沿驱动箱的内壁滑动，带动弹簧驱动组件沿驱动箱的内壁滑动，并在弹簧驱动组件的回弹复位作用下驱动扰动组件扰动撞击底座上的样品固定组件，通过弹簧驱动组件和扰动驱动组件组合给扰动组件提供振动驱动，通过调节扰动驱动组件的频率准确模拟振动频率，从而可有效、准确地模拟不同状态下的土样振动扰动特性。

2)本发明通过调整频率的方式对试验土样施加不同的应力，从而改变土样的应力路径，不同频率作用下的试验土样在相同时间时的应力状态不同；本发明将不同的振动扰动简化为震动频率和震动能的这个两个因素的叠加，通过调节偏心盘的大小，精准地改变振动能的大小，通过改变电机的转动频率准确地模拟震动频率，从而能有效、准确模拟不同状态下的土样的振动扰动的特性。本发明构造简单，构件容易加工制备，构件更换方便，且能够准确模拟振动扰动相关特性。

附图说明

图1为本发明自动调频土样扰动试验装置的整体结构示意图；

图2为本发明样品固定组件的结构示意图；

图3为本发明振动调频组件与驱动箱的安装结构示意图；

图中，1-底座，2-驱动箱，201-透明盖板，3-振动调频组件，4-样品固定组件，401-第一固定座，402-第二固定座，403-凹槽，5-扰动组件，6-弹簧驱动组件，7-扰动驱动组件，8-样品桶仓，801-锤击缓冲垫，9-第一调节杆，10-第二调节杆，11-第一限位螺母，12-限位挡片，13-活动上盖板，14-活动下盖板，15-第一通孔，16-第二通孔，17-盖板连杆，18-盖板螺母，19-扰动锤，20-连接杆，21-连接块，22-支承座，23-电机，24-传动轴，25-驱动杆，26-第一条形孔，27-偏心盘，28-第二条形孔，29-固定板，30-弹簧，31-连接片，32-驱动块，33-第三条形孔，34-密封盖。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：

请参照图1，一种自动调频土样扰动试验装置，包括底座1、驱动箱2、振动调频组件3、样品固定组件4和扰动组件5，所述驱动箱2和所述样品固定组件4均固定安装在所述底座1上，所述振动调频组件3安装在所述驱动箱2中，所述振动调频组件3包括弹簧30驱动组件6和扰动驱动组件7，所述扰动驱动组件7滑动安装在所述驱动箱2的两侧内壁之间，所述弹簧30驱动组件6与所述扰动驱动组件7滑动连接，所述扰动组件5的一端穿设于所述驱动箱2并与所述样品固定组件4的中部正对齐，所述扰动组件5的另一端与所述扰动驱动组件7连接。

本发明的自动调频土样扰动试验装置，振动调频组件3的扰动驱动组件7可调节扰动频率，扰动驱动组件7启动时可沿驱动箱2的内壁滑动，带动弹簧30驱动组件6沿驱动箱2的内壁滑动，并在弹簧30驱动组件6的回弹复位作用下驱动扰动组件5扰动底座1上的样品固定组件4。

本发明的通过弹簧30驱动组件6和扰动驱动组件7组合给扰动组件5提供振动驱动，通过调节扰动驱动组件7的频率准确模拟振动频率，从而可有效、准确地模拟不同状态下的土样振动扰动特性。

请参照图2，所述样品固定组件4包括第一固定座401、第二固定座402和样品桶仓8，所述第一固定座401和第二固定座402上设有凹槽403，所述样品桶仓8的第一端连接有第一调节杆9，所述样品桶仓8的第二端连接有第二调节杆10，所述第一调节杆9穿设于所述第一固定座401上的凹槽403，所述第二调节杆10穿设于所述第二固定座402上的凹槽403，所述第一调节杆9及所述第二调节杆10位于所述凹槽403处的内端套设有第一限位螺母11，所述第一调节杆9及所述第二调节杆10位于所述凹槽403处的外端套设有第二限位螺母，所述第二限位螺母与所述第一固定座401或所述第二固定座402之间设有限位挡片12。

本发明第一固定座401及第二固定座402焊接在所述底座1上，样品桶仓8的两端分别通过第一调节杆9、第二调节杆10及配套的限位组件安装于凹槽403内，从而样品桶仓8在底座1上的稳定性得到了有效保障。

请参照图1-2，所述样品桶仓8的第一端设有活动上盖板13，所述样品桶仓8的第二端设有活动下盖板14，所述活动上盖板13和活动下盖板14的直径大于所述样品桶仓8的桶外径，所述活动上盖板13和活动下盖板14的中心分别开设有与所述第一调节杆9及第二调节杆10配合的第一通孔15，所述活动上盖板13和活动下盖板14的边缘开设有三个均匀分布的第二通孔16，盖板连杆17穿设于所述活动上盖板13和活动下盖板14之间的第二通孔16并通过盖板螺母18实现所述活动上盖板13和所述活动下盖板14之间的固定连接，所述盖板连杆17与所述样品桶仓8的外壁贴合，所述样品桶仓8桶身中部的外壁上套设有锤击缓冲垫801。

本发明的活动上盖板13可沿第一调节杆9上下滑动，活动上下盖板可沿第二调节杆10上下滑动，进而调节样品桶仓8中的盛放土样的空间，并通过盖板连杆17和盖板螺母18的配合实现活动上盖板13、样品桶仓8及活动上下盖板之间的固定安装，活动上盖板13和活动下盖板14的相对滑动还可对土样进行压紧，活动上盖板13和活动下盖板14之间的距离可调节还便于土样的取出。

优选地，所述样品桶仓8为透明桶仓。

本发明的样品桶仓8设置成透明桶仓且采用硬质PVC透明材料制成，是为了方便实验人员观察土样。

请参照图2，所述样品桶仓8的第一端和第二端均安装有密封盖34，所述密封盖34紧密贴合于所述活动上盖板13或所述活动下盖板14。

本发明的密封盖34用以提供放置样品桶仓8的稳定平台，为采用金属材料制成的圆形密封盖34。

请参照图1和图3，所述扰动组件5包括扰动锤19、连接杆20和连接块21，所述连接杆20的一端穿设于所述驱动箱2并与所述扰动锤19连接，所述连接杆20的另一端与所述连接块21固定连接，所述连接杆20上还套设有支承座22，所述支承座22与所述驱动箱2内壁固定连接。

本发明的支承座22以支承并固定连接杆20，扰动锤19用于对样品桶仓8进行锤击。

所述扰动锤19与所述连接杆20的一端可采用可拆卸的安装方式，这样可以更换不同质量级别的扰动锤19以达到不同试验的要求。所述可拆卸的安装方式采用现有技术中的方案即可。

请参照图1和图3，所述扰动驱动组件7包括电机23、传动轴24和驱动杆25，所述电机23安装在底座1上，所述传动轴24穿设于所述驱动箱2的一组侧壁，所述传动轴24的一端与所述电机23的输出轴连接，所述驱动杆25与所述传动轴24平行设置且所述驱动箱2内设有与所述驱动杆25配合的第一条形孔26，所述传动轴24上设有一对偏心盘27，所述连接块21开设有供所述驱动杆25通过的第三通孔及供传动轴24滑动的第二条形孔28，所述连接块21通过第三通孔固定套接于所述驱动杆25中心，一对所述偏心盘27关于所述连接块21对称，所述偏心盘27的盘缘壁与所述驱动杆25紧密贴合，所述偏心盘27的盘缘壁上设有平滑突起。

本发明的驱动杆25可沿第一条形孔26来回滑动，电机23启动可带动偏心盘27转动进而推动驱动杆25，所述电机23的转动频率可调整，通过调整电机23的转动频率改变与扰动驱动组件7连接的扰动组件5的扰动锤19对土样的振动频率。

所述偏心盘27可由多个不同大小型号的偏心盘27供选择，以便提供不同等级的扰动力。

请参照图1和图3，所述弹簧30驱动组件6有两组，两组所述弹簧30驱动组件6平行且对称安装在所述连接杆20的两侧，所述弹簧30驱动组件6包括固定板29、弹簧30、连接片31和驱动块32，所述固定板29固定安装在所述驱动箱2的内壁上，所述驱动块32上开设有供所述驱动杆25通过的第四通孔及供传动轴24滑动的第三条形孔33，所述连接片31与所述驱动块32的端部固定连接，所述弹簧30的一端固定连接于所述固定板29，所述弹簧30的另一端固定连接于所述连接片31。

本发明的驱动块32可以传动轴24为中心实现传动轴24与第三条形孔33的相对位置来回滑动，两组弹簧30驱动组件6平行且对称安装在连接杆20的两侧，可对扰动组件5的推拉力起到平衡作用。

本发明的电机23启动时带动传动轴24上的偏心盘27转动，偏心盘27转动过程会对推动驱动杆25沿第一条形孔26往远离扰动锤19的一端滑动，由于驱动杆25的中部固定连接有连接块21，因此连接块21和驱动块32也同时随之相同方向移动，连接块21和驱动块32共同作用亦带动连接杆20往相同方向移动，此时弹簧30被拉伸，扰动锤19远离样品桶仓8；当偏心盘27转动到最大偏心量时，弹簧30复位，在弹簧30的作用下，扰动锤19实现一次锤击样品桶仓8，也就实现了对土样一定频率的振动扰动。本发明通过整电机23的转动频率，实现扰动调频的目的，更换不同尺寸的偏心盘27，还可实现不同的锤击能量。

请参照图1和图3，所述驱动箱2上设有透明盖板201。

本发明的透明盖板201用以护驱动箱2且可清楚看到驱动箱2内部运转情况，采用有机玻璃或者透明PVC硬质板制成。

本发明的自动调频土样扰动试验装置的使用方法是：

1、先将试验用土样处理并填满放置于样品桶仓8中；

2、固定样品桶仓8；

3、选择合适的偏心盘27并将其固定在动轴上；

4、启动电机23并调至所需转动频率；

5、开始试验并计时；

6、关闭电机23完成试验。

7、卸下样品桶仓8，取出样品进行下一步研究。

本发明通过调整频率的方式对试验土样施加不同的应力，从而改变土样的应力路径，不同频率作用下的试验土样在相同时间时的应力状态不同；本发明将不同的振动扰动简化为震动频率和震动能的这个两个因素的叠加，通过调节偏心盘27的大小，精准地改变振动能的大小，通过改变电机23的转动频率准确地模拟震动频率，从而能有效、准确模拟不同状态下的土样的振动扰动的特性。本发明构造简单，构件容易加工制备，构件更换方便，且能够准确模拟振动扰动相关特性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种自动调频土样扰动试验装置，其特征在于：包括底座(1)、驱动箱(2)、振动调频组件(3)、样品固定组件(4)和扰动组件(5)，所述驱动箱(2)和所述样品固定组件(4)均固定安装在所述底座(1)上，所述振动调频组件(3)安装在所述驱动箱(2)中，所述振动调频组件(3)包括弹簧(30)驱动组件(6)和扰动驱动组件(7)，所述扰动驱动组件(7)滑动安装在所述驱动箱(2)的两侧内壁之间，所述弹簧(30)驱动组件(6)与所述扰动驱动组件(7)滑动连接，所述扰动组件(5)的一端穿设于所述驱动箱(2)并与所述样品固定组件(4)的中部正对齐，所述扰动组件(5)的另一端与所述扰动驱动组件(7)连接。

2.根据权利要求1所述的自动调频土样扰动试验装置，其特征在于：所述样品固定组件(4)包括第一固定座(401)、第二固定座(402)和样品桶仓(8)，所述第一固定座(401)和第二固定座(402)上设有凹槽(403)，所述样品桶仓(8)的第一端连接有第一调节杆(9)，所述样品桶仓(8)的第二端连接有第二调节杆(10)，所述第一调节杆(9)穿设于所述第一固定座(401)上的凹槽(403)，所述第二调节杆(10)穿设于所述第二固定座(402)上的凹槽(403)，所述第一调节杆(9)及所述第二调节杆(10)位于所述凹槽(403)处的内端套设有第一限位螺母(11)，所述第一调节杆(9)及所述第二调节杆(10)位于所述凹槽(403)处的外端套设有第二限位螺母，所述第二限位螺母与所述第一固定座(401)或所述第二固定座(402)之间设有限位挡片(12)。

3.根据权利要求1所述的自动调频土样扰动试验装置，其特征在于：所述样品桶仓(8)的第一端设有活动上盖板(13)，所述样品桶仓(8)的第二端设有活动下盖板(14)，所述活动上盖板(13)和活动下盖板(14)的直径大于所述样品桶仓(8)的桶外径，所述活动上盖板(13)和活动下盖板(14)的中心分别开设有与所述第一调节杆(9)及第二调节杆(10)配合的第一通孔(15)，所述活动上盖板(13)和活动下盖板(14)的边缘开设有三个均匀分布的第二通孔(16)，盖板连杆(17)穿设于所述活动上盖板(13)和活动下盖板(14)之间的第二通孔(16)并通过盖板螺母(18)实现所述活动上盖板(13)和所述活动下盖板(14)之间的固定连接，所述盖板连杆(17)与所述样品桶仓(8)的外壁贴合，所述样品桶仓(8)桶身中部的外壁上套设有锤击缓冲垫(801)。

4.根据权利要求3所述的自动调频土样扰动试验装置，其特征在于：所述样品桶仓(8)为透明桶仓。

5.根据权利要求3所述的自动调频土样扰动试验装置，其特征在于：所述样品桶仓(8)的第一端和第二端均安装有密封盖(34)，所述密封盖(34)紧密贴合于所述活动上盖板(13)或所述活动下盖板(14)。

6.根据权利要求1所述的自动调频土样扰动试验装置，其特征在于：所述扰动组件(5)包括扰动锤(19)、连接杆(20)和连接块(21)，所述连接杆(20)的一端穿设于所述驱动箱(2)并与所述扰动锤(19)连接，所述连接杆(20)的另一端与所述连接块(21)固定连接，所述连接杆(20)上还套设有支承座(22)，所述支承座(22)与所述驱动箱(2)内壁固定连接。

7.根据权利要求6所述的自动调频土样扰动试验装置，其特征在于：所述扰动驱动组件(7)包括电机(23)、传动轴(24)和驱动杆(25)，所述电机(23)安装在底座(1)上，所述传动轴(24)穿设于所述驱动箱(2)的一组侧壁，所述传动轴(24)的一端与所述电机(23)的输出轴连接，所述驱动杆(25)与所述传动轴(24)平行设置且所述驱动箱(2)内设有与所述驱动杆(25)配合的第一条形孔(26)，所述传动轴(24)上设有一对偏心盘(27)，所述连接块(21)开设有供所述驱动杆(25)通过的第三通孔及供传动轴(24)滑动的第二条形孔(28)，所述连接块(21)通过第三通孔固定套接于所述驱动杆(25)中心，一对所述偏心盘(27)关于所述连接块(21)对称，所述偏心盘(27)的盘缘壁与所述驱动杆(25)紧密贴合，所述偏心盘(27)的盘缘壁上设有平滑突起。

8.根据权利要求7所述的自动调频土样扰动试验装置，其特征在于：所述弹簧(30)驱动组件(6)有两组，两组所述弹簧(30)驱动组件(6)平行且对称安装在所述连接杆(20)的两侧，所述弹簧(30)驱动组件(6)包括固定板(29)、弹簧(30)、连接片(31)和驱动块(32)，所述固定板(29)固定安装在所述驱动箱(2)的内壁上，所述驱动块(32)上开设有供所述驱动杆(25)通过的第四通孔及供传动轴(24)滑动的第三条形孔(33)，所述连接片(31)与所述驱动块(32)的端部固定连接，所述弹簧(30)的一端固定连接于所述固定板(29)，所述弹簧(30)的另一端固定连接于所述连接片(31)。

9.根据权利要求6所述的自动调频土样扰动试验装置，其特征在于：所述驱动箱(2)上设有透明盖板(201)。

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