CN111665150A - 一种单击定能土样扰动试验装置 - Google Patents

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CN111665150A CN202010339234.4A CN202010339234A CN111665150A CN 111665150 A CN111665150 A CN 111665150A CN 202010339234 A CN202010339234 A CN 202010339234A CN 111665150 A CN111665150 A CN 111665150A
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吴礼舟
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Chengdu Univeristy of Technology
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Abstract

本发明公开了一种单击定能土样扰动试验装置，包括试验支架、用于盛装土样的样品固定组件、用于对所述样品固定组件进行不同能量级锤击扰动的扰动组件和用于吸附所述扰动组件的磁力吸附组件，所述试验支架包括顶板、底板和多个框架连杆，多个所述框架连杆可拆卸安装于所述顶板和所述底板之间，所述样品固定组件、扰动组件和磁力吸附组件沿所述顶板的长度方向自左向右依次安装在所述顶板的底壁上；该装置具有制备不同扰动状态土样的功能，能实现定量研究土样扰动及扰动分级，其结构简单、可操作性强、构件制造及更换方便，对土壤扰动，尤其是结构性黄土的扰动研究有着显著的作用和效果。

Description

一种单击定能土样扰动试验装置
技术领域
本发明涉及土工试验技术领域，具体涉及一种单击定能土样扰动试验装置。
背景技术
扰动土是天然结构受到破坏或含水率发生了改变的土。原状土又称不扰动土，没有物理成分和化学成分的改变，相对保持了天然结构和天然含水率的土样。原状土受到人为干预或自然条件变化的影响会发生扰动，从而就会改变土的结构、密度及含水量，也使土的物理力学性质发生了变化。扰动土普遍存在，其影响实验结果和工程质量，因此，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，但是目前多数情况下我们只能近似研究少数扰动状态的情况，或者采用理论方法进行模拟推算，较难能够实现人为制作不同扰动程度土样从而进行设定扰动状态或者进行不同扰动状态连续变化的研究。针对此情况，设计了一种土样扰动试验装置以可实现制备不同扰动状态土样就成为了行业急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单击定能土样扰动试验装置，能对土样进行不同能量级别的扰动，且同等能量级扰动能实现定能持续性扰动，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：
一种单击定能土样扰动试验装置，包括试验支架、用于盛装土样的样品固定组件、用于对所述样品固定组件进行不同能量级锤击扰动的扰动组件和用于吸附所述扰动组件的磁力吸附组件，所述试验支架包括顶板、底板和多个框架连杆，多个所述框架连杆可拆卸安装于所述顶板和所述底板之间，所述样品固定组件、扰动组件和磁力吸附组件沿所述顶板的长度方向自左向右依次安装在所述顶板的底壁上。
本发明单击定能土样扰动试验装置，扰动组件可对样品固定组件中的样品进行不同能量级别的定能连续扰动，扰动的实施通过磁力吸附组件对扰动组件的吸附和释放来实现，扰动组件可更换不同质量级的扰动元件以实现能量级别调节，本发明的试验装置操作简单，易拆装，可重复使用，能快速制备不同扰动状态土样，而且避免了人工扰动带来的精确度差异的影响。
进一步地，所述样品固定组件包括透明桶仓、活动上盖板、活动下盖板、第一调节杆和第二调节杆，所述第一调节杆的顶端通过第一螺母固定安装在所述顶板上，所述第二调节杆的底端通过第二螺母固定安装在所述底板上，所述活动上盖板和活动下盖板分别安装在所述透明桶仓的两端，所述活动上盖板和活动下盖板的直径大于所述透明桶仓的桶外径，所述活动上盖板和活动下盖板之间通过紧固组件固定连接，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，所述透明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：可调节透明桶仓的盛放土样的空间，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取出。
进一步地，所述紧固组件包括三组紧固单元，所述紧固单元包括盖板连杆和盖板螺母，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，所述盖板连杆穿设于所述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透明桶仓的外壁贴合。
上述优选方案的有益效果为：盖板连杆与盖板螺母配合的方式将活动上盖板、透明桶仓及活动上下盖板固定安装，此种可拆卸的固定结构方便土样压实和取出。
进一步地，所述透明桶仓的顶端和底端均安装有密封盖，所述密封盖紧密贴合于所述活动上盖板及所述活动下盖板。
上述优选方案的有益效果为：用以提供放置样品仓的稳定平台。
进一步地，所述扰动组件包括固定座、多个质量规格不同的扰动铁锤和扰动连接杆，所述固定座包括两块结构相同的固定板和连接轴，两块所述固定板相对固定安装在所述顶板的底壁上，所述扰动连接杆的顶端固定连接有转动块，所述转动块上开设有与所述连接轴配合的销孔，所述扰动铁锤与所述扰动连接杆的底端可拆卸连接。
上述优选方案的有益效果为：扰动元件为扰动铁锤，其数量有多个，各个扰动铁锤的质量不同，以实现不同程度即不同能量级别的扰动效果。
进一步地，所述扰动铁锤上开设有螺纹通孔，所述螺纹通孔贯穿于所述扰动铁锤的顶壁和侧壁，所述扰动连接杆的底端设有与所述螺纹通孔配合的螺杆，所述螺杆穿设于所述螺纹通孔并配合第三螺母实现扰动铁锤和扰动连接杆之间的固定连接所述扰动铁锤上开设有螺纹通孔，所述螺纹通孔贯穿于所述扰动铁锤的顶壁和侧壁，所述扰动连接杆的底端设有与所述螺纹通孔配合的螺杆，所述螺杆穿设于所述螺纹通孔并配合第三螺母实现扰动铁锤和扰动连接杆之间的固定连接。
上述优选方案的有益效果为：采用螺杆和第三螺母配合安装的方式实现扰动铁锤和扰动连接杆的可拆卸连接，方便工作人员拆装。
进一步地，所述扰动铁锤的锤头敲击端与所述样品固定组件的中部正对齐。
上述优选方案的有益效果为：保证了锤击力量对样品固定组件的均衡性。
进一步地，所述磁力吸附组件包括电磁铁和电源开关，所述电磁铁固定安装在所述顶板的底壁上，所述电源开关安装在所述顶板的侧壁上，所述电磁铁通过导线与所述电源开关电连接。
上述优选方案的有益效果为：开关电源开关可实现电磁铁的有磁和消磁，从而实现扰动铁锤的吸附和释放。
进一步地，所述框架连杆的数量为4个，4个所述框架连杆分成两组对称安装在所述顶板和所述底板之间，所述框架连杆的两端分别穿设于所述顶板和所述底板并通过第四螺母构成所述试验支架。
上述优选方案的有益效果为：试验支架可拆卸且结构稳定，可重复使用。
进一步地，所述底板的两端分别安装有收纳箱和配重块。
上述优选方案的有益效果为：用以消除试验过程中扰动锤的摆动及撞击透明桶仓中而产生的震动和机身摇摆等现象。
本发明的有益效果是：
1)本发明单击定能土样扰动试验装置，扰动组件可对样品固定组件中的样品进行不同能量级别的定能连续扰动，扰动的实施通过磁力吸附组件对扰动组件的吸附和释放来实现，扰动组件可更换不同质量级的扰动元件以实现能量级别的调节，本发明的试验装置操作简单，易拆装，可重复使用，能快速制备不同扰动状态土样，而且避免了人工扰动带来的精确度差异的影响。
2)本发明能实现单击定能扰动，单击定能扰动能够定量研究在某一精确的动能作用下土壤的扰动状态。所述的某一精确的动能作用是指同一质量的扰动铁锤对土样的锤击力量。换句话说，对N个相同初始状态下的原状土样分别进行1次、2次、3次……N次定能扰动，就可以得出该原状土样递增的定能间隔扰动的状态。通过研究不同能量间隔的定能扰动状态，测量对应状态土样的相关力学性能，比如压缩、剪切、渗透系数，湿陷性、结构性等等，尤其对结构性黄土可以起到给土样进行扰动程度定级的作用，从而能形成对扰动状态的分级，并作为标准，用以对照工程或者实际扰动土的定性，进行定量研究和扰动归类。
附图说明
图1为本发明单击定能土样扰动试验装置的正视图；
图2为本发明单击定能土样扰动试验装置的整体结构示意图；
图3为本发明单击定能土样扰动试验装置的左视图；
图中，1-试验支架，101-顶板，102-底板，103-框架连杆，2-样品固定组件，201-透明桶仓，202-活动上盖板，203-活动下盖板，204-第一调节杆，205-第二调节杆，3-扰动组件，4-磁力吸附组件，5-第一螺母，6-第二螺母，7-第一通孔，8-锤击缓冲垫，9-盖板连杆，10-盖板螺母，11-第二通孔，12-密封盖，13-固定座，1301-固定板，1302-连接轴，14-扰动铁锤，15-扰动连接杆，16-转动块，17-螺纹通孔，18-第三螺母，19-电磁铁，20-电源开关，21-第四螺母，22-收纳箱，23-配重块。
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1-2，一种单击定能土样扰动试验装置，包括试验支架1、用于盛装土样的样品固定组件2、用于对所述样品固定组件2进行不同能量级锤击扰动的扰动组件3和用于吸附所述扰动组件3的磁力吸附组件4，所述试验支架1包括顶板101、底板102和多个框架连杆103，多个所述框架连杆103可拆卸安装于所述顶板101和所述底板102之间，所述样品固定组件2、扰动组件3和磁力吸附组件4沿所述顶板101的长度方向自左向右依次安装在所述顶板101的底壁上。
本发明单击定能土样扰动试验装置，扰动组件3可对样品固定组件2中的样品进行不同能量级别的定能连续扰动，扰动的实施通过磁力吸附组件4对扰动组件3的吸附和释放来实现，扰动组件3可更换不同质量级的扰动元件以实现能量级别的调节，本发明的试验装置操作简单，易拆装，可重复使用，能快速制备不同扰动状态的土样，而且避免了人工扰动带来的精确度差异的影响。
请参照图1-2，所述样品固定组件2包括透明桶仓201、活动上盖板202、活动下盖板203、第一调节杆204和第二调节杆205，所述第一调节杆204的顶端通过第一螺母5固定安装在所述顶板101上，所述第二调节杆205的底端通过第二螺母6固定安装在所述底板102上，所述活动上盖板202和活动下盖板203分别安装在所述透明桶仓201的两端，所述活动上盖板202和活动下盖板203的直径大于所述透明桶仓201的桶外径，所述活动上盖板202和活动下盖板203之间通过紧固组件固定连接，所述活动上盖板202和活动下盖板203的中心分别开设有与所述第一调节杆204及第二调节杆205配合的第一通孔7，所述透明桶仓201桶身中部的外壁上套设有锤击缓冲垫8。
本发明的活动上盖板202可沿第一调节杆204上下滑动，活动上下盖板可沿第二调节杆205上下滑动，进而调节了透明桶仓201的盛放土样的空间，并通过紧固组件实现活动上盖板202、透明桶仓201及活动上下盖板之间的固定安装，活动上盖板202和活动下盖板203的相对滑动还可对土样进行压紧，活动上盖板202和活动下盖板203之间的距离可调节还便于土样的取出。
所述锤击缓冲垫8为薄橡胶垫，套设于透明桶仓201中部外壁，防止扰动元件击打样品仓时损坏样品仓。
请参照图1-2，所述紧固组件包括三组紧固单元，所述紧固单元包括盖板连杆9和盖板螺母10，所述活动上盖板202和活动下盖板203的边缘开设有三个均匀分布的第二通孔11，所述盖板连杆9穿设于所述第二通孔11并通过盖板螺母10实现所述活动上盖板202和所述活动下盖板203之间的固定连接，所述盖板连杆9与所述透明桶仓201的外壁贴合。
本发明通过盖板连杆9与盖板螺母10配合的方式将活动上盖板202、透明桶仓201及活动上下盖板固定安装，此种可拆卸的固定结构方便土样压实和取出；盖板连杆9与所述透明桶仓201的外壁贴合，可保障透明桶仓201中的土样在被扰动过程中的整个仓体的稳定性。
请参照图2，所述透明桶仓201的顶端和底端均安装有密封盖12，所述密封盖12紧密贴合于所述活动上盖板202及所述活动下盖板203。
本发明的密封盖12用以提供放置样品仓的稳定平台，为采用金属材料制成的圆形密封盖12。
请参照图2-3，所述扰动组件3包括固定座13、多个质量规格不同的扰动铁锤14和扰动连接杆15，所述固定座13包括两块结构相同的固定板1301和连接轴1302，两块所述固定板1301相对固定安装在所述顶板101的底壁上，所述扰动连接杆15的顶端固定连接有转动块16，所述转动块16上开设有与所述连接轴1302配合的销孔，所述扰动铁锤14与所述扰动连接杆15的底端可拆卸连接，所述扰连接轴1302的两端通过轴承分别连接于两块所述固定板1301之间。
本发明的扰动元件为扰动铁锤14，其数量有多个，各个扰动铁锤14的质量不同，以实现不同程度即不同能量级别的扰动效果，扰动铁锤14与扰动连接杆15的底端可拆卸连接，方便不同质量的扰动铁锤14的更换。
请参照图1-2，所述扰动铁锤14上开设有螺纹通孔17，所述螺纹通孔17贯穿于所述扰动铁锤14的顶壁和侧壁，所述扰动连接杆15的底端设有与所述螺纹通孔17配合的螺杆，所述螺杆穿设于所述螺纹通孔17并配合第三螺母18实现扰动铁锤14和扰动连接杆15之间的固定连接所述扰动铁锤14上开设有螺纹通孔17，所述螺纹通孔17贯穿于所述扰动铁锤14的顶壁和侧壁，所述扰动连接杆15的底端设有与所述螺纹通孔17配合的螺杆，所述螺杆穿设于所述螺纹通孔17并配合第三螺母18实现扰动铁锤14和扰动连接杆15之间的固定连接。
本发明采用螺杆和第三螺母18配合安装的方式实现扰动铁锤14和扰动连接杆15的可拆卸连接，方便工作人员拆装，节省试验的时间。
请参照图1-2，所述扰动铁锤14的锤头敲击端与所述样品固定组件2的中部正对齐。
请参照图1-2，所述磁力吸附组件4包括电磁铁19和电源开关20，所述电磁铁19固定安装在所述顶板101的底壁上，所述电源开关20安装在所述顶板101的侧壁上，所述电磁铁19通过导线与所述电源开关20电连接。
本发明的电磁铁19通过导线与所述电源开关20电连接，开关电源开关20可实现电磁铁19的有磁和消磁，打开电磁电源开关20，电磁铁19通电并具有磁性，可以用以吸住扰动锤，关闭电磁电源开关20，电磁铁19断电磁性消失，扰动锤被释放，从而对透明桶仓201中的土样进行扰动。
请参照图1-2，所述框架连杆103的数量为4个，4个所述框架连杆103分成两组对称安装在所述顶板101和所述底板102之间，所述框架连杆103的两端分别穿设于所述顶板101和所述底板102并通过第四螺母21构成所述试验支架1。
本发明的试验支架1可拆卸且结构稳定，可重复使用。
请参照图2，所述底板102的两端分别安装有收纳箱22和配重块23。
本发明的收纳箱22用于收纳不同质量的扰动铁锤14，收纳箱22和配重块23对称安装在所述底板102的两端，起到平衡试验支架1的作用，还可用以消除试验过程中扰动锤的摆动及撞击透明桶仓201中而产生的震动和机身摇摆等现象。配重块23的数量和质量可根据试验的需要进行调整。
本发明的试验装置的使用方法是：
S1、将试验用土样处理并填满放置于透明桶仓201中，并固定透明桶仓201；
S2、选择合适的扰动锤，并将其固定在扰动锤连杆上；
S3、打开电磁电源开关20，电磁铁19具有磁性，手动将扰动锤向上抬升直至与电磁铁19吸附固定；
S4、关闭磁电源开关20，扰动锤做自由下摆运动并锤击透明桶仓201；
固定质量的扰动锤从固定高度自由下摆至最低点，此时获得一个可以计算并且大小一定的锤击能量确定值，对放置于透明桶仓201中的土样进行锤击扰动。每次扰动锤下摆锤击即为实现一次单击扰动。
S5、扰动锤击透明桶仓201弹回时，手动接住扰动锤，并轻轻放下，完成一次定能扰动；
S6、重复步骤S3～S5，可进行多次单击定能试验，直至满足试验需求，如需更换能量级，则重复步骤S2～S5。
本发明通过手动恢复扰动锤与电磁铁19吸附，然后扰动锤释放下摆的方式，实现有限次的单击定能扰动，配有的一系列质量规格不同的扰动锤，实现了不同等级定能扰动的效果。
本发明能实现单击定能扰动，单击定能扰动能够定量研究在某一精确的动能作用下土壤的扰动状态。所述的某一精确的动能作用是指同一质量的扰动铁锤14对土样的锤击力量。换句话说，对N个相同初始状态下的原状土样分别进行1次、2次、3次……N次定能扰动，就可以得出该原状土样递增的定能间隔扰动的状态。通过研究不同能量间隔的定能扰动状态，测量对应状态土样的相关力学性能，比如压缩、剪切、渗透系数，湿陷性、结构性等等，尤其对结构性黄土可以起到给土样进行扰动程度定级的作用，从而能形成对扰动状态的分级，并作为标准，用以对照工程或者实际扰动土的定性，进行定量研究和扰动归类。
本发明的实验装相比现有技术，可实现定量研究土样扰动及扰动分级，其结构简单、可操作性强、构件制造及更换方便，对土壤扰动，尤其是结构性黄土的扰动研究有着显著的作用和效果。
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 (10)

1.一种单击定能土样扰动试验装置，其特征在于：包括试验支架(1)、用于盛装土样的样品固定组件(2)、用于对所述样品固定组件(2)进行不同能量级锤击扰动的扰动组件(3)和用于吸附所述扰动组件(3)的磁力吸附组件(4)，所述试验支架(1)包括顶板(101)、底板(102)和多个框架连杆(103)，多个所述框架连杆(103)可拆卸安装于所述顶板(101)和所述底板(102)之间，所述样品固定组件(2)、扰动组件(3)和磁力吸附组件(4)沿所述顶板(101)的长度方向自左向右依次安装在所述顶板(101)的底壁上。
2.根据权利要求1所述的单击定能土样扰动试验装置，其特征在于：所述样品固定组件(2)包括透明桶仓(201)、活动上盖板(202)、活动下盖板(203)、第一调节杆(204)和第二调节杆(205)，所述第一调节杆(204)的顶端通过第一螺母(5)固定安装在所述顶板(101)上，所述第二调节杆(205)的底端通过第二螺母(6)固定安装在所述底板(102)上，所述活动上盖板(202)和活动下盖板(203)分别安装在所述透明桶仓(201)的两端，所述活动上盖板(202)和活动下盖板(203)的直径大于所述透明桶仓(201)的桶外径，所述活动上盖板(202)和活动下盖板(203)之间通过紧固组件固定连接，所述活动上盖板(202)和活动下盖板(203)的中心分别开设有与所述第一调节杆(204)及第二调节杆(205)配合的第一通孔(7)，所述透明桶仓(201)桶身中部的外壁上套设有锤击缓冲垫(8)。
3.根据权利要求2所述的单击定能土样扰动试验装置，其特征在于：所述紧固组件包括三组紧固单元，所述紧固单元包括盖板连杆(9)和盖板螺母(10)，所述活动上盖板(202)和活动下盖板(203)的边缘开设有三个均匀分布的第二通孔(11)，所述盖板连杆(9)穿设于所述第二通孔(11)并通过盖板螺母(10)实现所述活动上盖板(202)和所述活动下盖板(203)之间的固定连接，所述盖板连杆(9)与所述透明桶仓(201)的外壁贴合。
4.根据权利要求2所述的单击定能土样扰动试验装置，其特征在于：所述透明桶仓(201)的顶端和底端均安装有密封盖(12)，所述密封盖(12)紧密贴合于所述活动上盖板(202)及所述活动下盖板(203)。
5.根据权利要求1所述的单击定能土样扰动试验装置，其特征在于：所述扰动组件(3)包括固定座(13)、多个质量规格不同的扰动铁锤(14)和扰动连接杆(15)，所述固定座(13)包括两块结构相同的固定板(1301)和连接轴(1302)，两块所述固定板(1301)相对固定安装在所述顶板(101)的底壁上，所述扰动连接杆(15)的顶端固定连接有转动块(16)，所述转动块(16)上开设有与所述连接轴(1302)配合的销孔，所述扰动铁锤(14)与所述扰动连接杆(15)的底端可拆卸连接。
6.根据权利要求5所述的单击定能土样扰动试验装置，其特征在于：所述扰动铁锤(14)上开设有螺纹通孔(17)，所述螺纹通孔(17)贯穿于所述扰动铁锤(14)的顶壁和侧壁，所述扰动连接杆(15)的底端设有与所述螺纹通孔(17)配合的螺杆，所述螺杆穿设于所述螺纹通孔(17)并配合第三螺母(18)实现扰动铁锤(14)和扰动连接杆(15)之间的固定连接。
7.根据权利要求5所述的单击定能土样扰动试验装置，其特征在于：所述扰动铁锤(14)的锤头敲击端与所述样品固定组件(2)的中部正对齐。
8.根据权利要求1所述的单击定能土样扰动试验装置，其特征在于：所述磁力吸附组件(4)包括电磁铁(19)和电源开关(20)，所述电磁铁(19)固定安装在所述顶板(101)的底壁上，所述电源开关(20)安装在所述顶板(101)的侧壁上，所述电磁铁(19)通过导线与所述电源开关(20)电连接。
9.根据权利要求1所述的单击定能土样扰动试验装置，其特征在于：所述框架连杆(103)的数量为4个，4个所述框架连杆(103)分成两组对称安装在所述顶板(101)和所述底板(102)之间，所述框架连杆(103)的两端分别穿设于所述顶板(101)和所述底板(102)并通过第四螺母(21)构成所述试验支架(1)。
10.根据权利要求1所述的单击定能土样扰动试验装置，其特征在于：所述底板(102)的两端分别安装有收纳箱(22)和配重块(23)。
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