CN112858633A - 一种大厚度湿陷性黄土增湿变形实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种大厚度湿陷性黄土增湿变形实验装置，其包括封闭壳体、承载台、支撑加湿组件、震动组件以及加载组件，其中，所述封闭壳体的底端嵌入固定在承载台上，所述中枢连接块固定设于封闭壳体的中部，且，所述中枢连接块上圆周均匀安装有四个震动组件，所述封闭壳体内壁的上部固定连接有加载组件，所述承载台的圆周侧面上固定设置有环形管，且，其下端圆周均匀固定连通有若干支撑加湿组件；所述封闭壳体与承载台的连接处设有环形密封套；所述承载台内设置有多个传感器，其包括湿度传感器、应变式传感器、内力监测传感器以及静力水准仪，所述承载台内置的多个传感器以及多个震动组件均通过线束与控制器相连接。

Description

一种大厚度湿陷性黄土增湿变形实验装置

技术领域

本发明属于湿陷性黄土实验装置技术领域，具体是一种大厚度湿陷性黄土增湿变形实验装置。

背景技术

湿陷性黄土是指在上覆土层自重应力作用下，或者在自重应力和附加应力共同作用下，因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形的土，而大厚度湿陷性黄土则是受各地区堆积环境、地理位置、地质和气候条件的影响堆积而形成厚度较厚的湿陷性黄土，由于其遇水后会发生显著的沉陷，会对其表面的建筑物造成一定的损坏，因此，在施工建筑之前需要对目标区域的湿陷性黄土进行增湿变形试验，然而据调查发现，目前现有的大厚度湿陷性黄土增湿变形实验装置往往存在以下问题：

1.由埋设实验装置的外部进行注水增湿，对目标区域的增湿不均匀且增湿速率慢，从而使得实验周期长，测试结果不具有代表性；

2.诸多湿陷性黄土增湿实验装置均是在静止状态下进行测试实验，没有将自然环境因素考虑在其中，影响实验结果，当然，也有少部分设有竖向震动组件，用来模拟地震条件下的实验，但其仅有上下震动组件，仅能模拟地震的纵波，而无法模拟真实的地震条件，因此，经过实验数据对目标区域进行评估时会产生一定的偏差；

3.实验装置整体设计重心偏置，使得装置在实验开始埋设时就产生倾斜，进而影响后续的实验数据，同时，在装置中部增加载荷，由于装置的支撑点都在外侧，使得装置本身会发生形变，导致实验结果不准确。

因此，本领域技术人员提供了一种大厚度湿陷性黄土增湿变形实验装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种大厚度湿陷性黄土增湿变形实验装置，其包括封闭壳体、承载台、支撑加湿组件、震动组件以及加载组件，其中，所述封闭壳体的底端嵌入固定在承载台上，所述中枢连接块固定设于封闭壳体的中部，且，所述中枢连接块上圆周均匀安装有四个震动组件，所述封闭壳体内壁的上部固定连接有加载组件，用于对本装置施加不同载荷；所述承载台的圆周侧面上固定设置有环形管，所述环形管与嵌入封闭壳体内部的供水管相连通，且，其下端圆周均匀固定连通有若干支撑加湿组件；

所述封闭壳体与承载台的连接处设有环形密封套；

所述承载台内设置有多个传感器，其包括湿度传感器、应变式传感器、内力监测传感器以及静力水准仪，以便对湿陷性黄土增湿过程中进行多数据采集；

所述承载台内置的多个传感器以及多个震动组件均通过线束与控制器相连接。

进一步，作为优选，四个所述震动组件中位于竖直方向上的两个震动组件的长度均小于左右方向上的两个震动组件的长度，且，四个所述震动组件中相对立的两个震动组件的伸缩方向相反。

进一步，作为优选，所述震动组件包括线性振荡器、震动臂、滑动套座以及弹簧，所述线性振荡器的输出端固定连接有震动臂，所述震动臂的另一端滑动连接在滑动套座内，且，所述震动臂位于滑动套座内的一端通过多个弹簧与封闭壳体的内壁相固定连接；

所述滑动套座也固定在封闭壳体的内壁上。

进一步，作为优选，所述加载组件包括环形托板以及增重块，所述环形托板的单侧横截面为L形，且，所述环形托板与封闭壳体内壁之间形成一个仅有上端开口的环形空间，所述环形空间用于容纳放置增重块；

所述环形托板的底端横截面高度由左侧沿环形空间向右侧180°范围内呈递减趋势；

位于环形托板上的增重块与环形托板各个接触点之间的压力均相同。

进一步，作为优选，所述增重块包括一节弧形套壳、二节弧形套壳以及三节弧形套壳，所述一节弧形套壳的两端分别滑动连接有二节弧形套壳，所述二节弧形套壳的末端滑动设置有三节弧形套壳；

相邻两节弧形套壳之间的高度差均相等；

所述一节弧形套壳以及二节弧形套壳均为空腔结构，以便收缩容纳对应其末端的弧形套壳；

所述由一节弧形板起经二节弧形板至三节弧形板为止，其高度所呈降低趋势与环形托板缩成的降低趋势相匹配，且，一节弧形套壳与三节弧形套壳之间的高度差与环形托板的最大高度差相等。

进一步，作为优选，所述三节弧形套壳上端面转动设置有提拉把手，且，所述三节弧形套壳上端面开设有容纳槽，以便将提拉把手完全收容至容纳槽内；

收容制容纳槽内的提拉把手的上端面低于三节弧形套壳的上端面。

进一步，作为优选，所述三节弧形套壳远离二节弧形套壳的一端嵌入有磁铁，且，两个三节弧形套壳内嵌入的磁铁磁极相反。

进一步，作为优选，所述支撑加湿组件包括支撑柱、高密度滤网以及加湿孔，所述支撑柱的内部开设有一定深度的盲孔，所述支撑柱外表面中部圆周开设有环形槽，所述环形槽对应支撑柱的区域均匀圆周开设有多个加湿孔，多个所述加湿孔的外侧围设有固定在支撑柱上的高密度滤网；

所述高密度滤网所占据的范围与环形槽的范围相匹配；

所述盲孔的最低端与位于环形槽区域最下沿的加湿孔的最低端相齐平，且，所述盲孔下端面的中部向上凸起形成凸出部。

进一步，作为优选，所述盲孔下端面形成的凸出部横截面为弧形结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本设备中在承载台的外表面设置有多个支撑加湿组件，通过与供水管相连通，由外界向支撑加湿组件中供水再由支撑柱上的多个增湿孔渗出，使得对埋设本装置区域周围的增湿更加均匀，且，增湿效率更快，从而缩短了实验周期；

2.在震动组件中，通过横向设置的两个震动组件模拟地震的横波，使得本装置横向震动摇晃，而竖向设置的两个震动组件模拟地震的纵波，使得本装置上下震动，从而较好地模拟出地震条件，进而使得实验数据更加真实可靠；

3.本装置整体为左右对称结构，而在震动组件中也为左右对称结构，使得本装置重心处于中心位置，同时，在封闭壳体的内壁上固定设置有加载组件，使得加载产生的作用力大部分均通过封闭壳体传向地面，此外，通过向加载组件中加入环形增重块的方式达到增加载荷的目的，且环形增重块对加载组件各接触点产生的压力均相同，从而较好地保证本装置埋设时不会发生倾斜，而环形增重块由三节弧形套管滑动连接而成，使得其可以进行收缩，进而使得携带更加方便。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中震动组件的结构示意图；

图3为本发明中单个支撑柱的结构示意图；

图4为增重块的立体结构示意图；

图5为增重块的剖面结构示意图；

图中：1、封闭壳体；2、承载台；3、支撑加湿组件；31、支撑柱；32、高密度滤网；33、加湿孔；4、震动组件；41、线性振荡器；42、震动臂；43、滑动套座；44、弹簧；5、加载组件；51、环形托板；52、增重块；521、一节弧形套壳；522、二节弧形套壳；523、三节弧形套壳；524、提拉把手；525、磁铁；526、容纳槽；6、控制器；7、中枢连接块；8、供水管；9、环形管；10、环形密封套。

具体实施方式

请参阅图1，本发明实施例中，一种大厚度湿陷性黄土增湿变形实验装置，其包括封闭壳体1、承载台2、支撑加湿组件3、震动组件4以及加载组件5，其中，所述封闭壳体1的底端嵌入固定在承载台2上，所述中枢连接块7固定设于封闭壳体1的中部，且，所述中枢连接块7上圆周均匀安装有四个震动组件4，所述封闭壳体1内壁的上部固定连接有加载组件5，用于对本装置施加不同载荷；所述承载台2的圆周侧面上固定设置有环形管9，所述环形管9与嵌入封闭壳体1内部的供水管8相连通，且，其下端圆周均匀固定连通有若干支撑加湿组件3；

所述封闭壳体1与承载台2的连接处设有环形密封套10；

所述承载台2内设置有多个传感器，其包括湿度传感器、应变式传感器、内力监测传感器以及静力水准仪，以便对湿陷性黄土增湿过程中进行多数据采集；

所述承载台2内置的多个传感器以及多个震动组件4均通过线束与控制器6相连接。

本实施例中，四个所述震动组件4中位于竖直方向上的两个震动组件4的长度均小于左右方向上的两个震动组件4的长度，由于地震的纵波传播速度比横波快，因此，通过缩短竖直方向上震动组件4的长度来加快其在竖直方向上震动传导速率，从而更好地模拟出现实的地震环境，进而大大提高本装置实验数据的可靠性，且，四个所述震动组件4中相对立的两个震动组件4的伸缩方向相反，也就是说，相互对立的震动组件4中线性振荡器41的安装方向相反，为了防止两个震动组件4产生的震动效果相互抵消，因此，对立设置的两个震动组件4同时工作时伸缩方向相反，从而使得两个震动组件4产生的震动效果相互叠加，进而更好地对地震环境进行模拟。

参阅图2，作为较佳的实施例，所述震动组件4包括线性振荡器41、震动臂42、滑动套座43以及弹簧44，所述线性振荡器41的输出端固定连接有震动臂42，所述震动臂42的另一端滑动连接在滑动套座43内，且，所述震动臂42位于滑动套座43内的一端通过多个弹簧44与封闭壳体1的内壁相固定连接，其中，通过滑动套座43来限制震动臂42的伸缩距离，从而使得震动臂42在线性振荡器41的带动下分别与封闭壳体1的内壁以及滑动套座43向碰撞，进而实现本装置可以沿竖直方向以及横向摇晃震动；

所述滑动套座43也固定在封闭壳体1的内壁上。

本实施例中，所述加载组件5包括环形托板51以及增重块52，所述环形托板51的单侧横截面为L形，且，所述环形托板52与封闭壳体1内壁之间形成一个仅有上端开口的环形空间，所述环形空间用于容纳放置增重块52；

所述环形托板52的底端横截面高度由左侧沿环形空间向右侧180°范围内呈递减趋势；

位于环形托板51上的增重块52与环形托板51各个接触点之间的压力均相同。

参阅图4，本实施例中，所述增重块52包括一节弧形套壳521、二节弧形套壳522以及三节弧形套壳523，所述一节弧形套壳521的两端分别滑动连接有二节弧形套壳522，所述二节弧形套壳522的末端滑动设置有三节弧形套壳523；

相邻两节弧形套壳之间的高度差均相等，在改变载荷的情况下，需要多个增重块52相互叠加，此中，需要注意的是，在多个增重块52叠加的过程中需要遵循相邻两个增重块52高低端相互交错分布的原则，也就是说，相邻两个增重块52中，其中一个增重块52的最高端对应另一个增重块52的最低端，而相邻两节弧形套壳之间的高度差使得相邻两个增重块52之间可以完全贴合，从而保证在增加载荷的过程中不会改变本装置的重心，进而保证实验数据的准确性；

所述一节弧形套壳521以及二节弧形套壳522均为空腔结构，以便收缩容纳对应其末端的弧形套壳，从而缩小了增重块52的占据空间，进而使得增重块52携带更加方便；

所述由一节弧形板521起经二节弧形板522至三节弧形板523为止，其高度所呈降低趋势与环形托板51缩成的降低趋势相匹配，且，一节弧形套壳521与三节弧形套壳523之间的高度差与环形托板51的最大高度差相等，以便使得相邻增重块52之间以及增重块52与环形托板51之间均能完全贴合，防止由于震动使得增重块52晃动，进而增加本装置的相对稳定性。

本实施例中，所述三节弧形套壳523上端面转动设置有提拉把手524，且，所述三节弧形套壳523上端面开设有容纳槽526，以便将提拉把手524完全收容至容纳槽526内；

收容制容纳槽526内的提拉把手524的上端面低于三节弧形套壳523的上端面。

参阅图5，作为较佳的实施例，所述三节弧形套壳523远离二节弧形套壳522的一端嵌入有磁铁525，且，两个三节弧形套壳523内嵌入的磁铁525磁极相反，以便使得增重块52处于展开状态时，两个三节弧形套壳523之间能通过磁铁525吸附贴合。

参阅图3，本实施例中，所述支撑加湿组件3包括支撑柱31、高密度滤网32以及加湿孔33，所述支撑柱31的内部开设有一定深度的盲孔，所述支撑柱31外表面中部圆周开设有环形槽，所述环形槽对应支撑柱31的区域均匀圆周开设有多个加湿孔33，多个所述加湿孔33的外侧围设有固定在支撑柱31上的高密度滤网32；

所述高密度滤网32所占据的范围与环形槽的范围相匹配，所述高密度滤网32用于防止黄土将加湿孔33堵住，影响对支撑柱31周围黄土的增湿效果以及速率，从而提高了本装置的增湿效率与效果，进而使得实验周期大大缩短；

所述盲孔的最低端与位于环形槽区域最下沿的加湿孔33的最低端相齐平，防止盲孔内存在积水，加快支撑柱31的腐蚀，进而增加本装置的使用寿命，且，所述盲孔下端面的中部向上凸起形成凸出部。

本实施例中，所述盲孔下端面形成的凸出部横截面为弧形结构，所述弧形的凸出结构使得盲孔底部的水均流向周围的加湿孔33，并被周围黄土所吸收，或者装置取出后流出盲孔外部，以免积水加快支撑柱31的腐蚀。

具体地，首先，在目标区域开设找平层，此中，需要注意的是找平层的区域面积不小于本装置占地面积的1.5倍，将本装置移动至找平层中心区域并将支撑柱完全埋入湿陷性黄土内，此中，需要注意的是，装置埋设完成后需将黄土表面铺平，且，黄土表面最大高度与承载台上端面相齐平，然后，向供水管内通入水源，通过控制器观察埋设区域湿度，以便得到不同湿度下湿陷性黄土变形的实验数据，控制震动组件，模拟地震条件下的变形实验；同时，还可向加载组件中加入增重块，以测得不同载荷下的变形实验数据，分别通过改变供水管的进水量以及增重块的数量，其中，需要注意的是，埋设点的湿度不断增大，在达到每个设定湿度测试值时，需要保持湿度不变并通过向加载组件中加入增重块来侧得同一湿度下不同载荷对湿陷性黄土变形的影响，并按照此规范，对多个湿度测试值依次进行实验，并经承载台内部的多个传感器将数据传输至控制器(控制器亦可连接数据处理分析仪器)上，最终对目标区域单点收集多个组实验数据，为了保证对整个目标区域的评估更加可靠准确，可对目标区域进行多点实验，以收集多点多组数据，以便根据收集数据对目标区域进行综合准确的评估。

上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种大厚度湿陷性黄土增湿变形实验装置，其包括封闭壳体(1)、承载台(2)、支撑加湿组件(3)、震动组件(4)以及加载组件(5)，其中，所述封闭壳体(1)的底端嵌入固定在承载台(2)上，所述中枢连接块(7)固定设于封闭壳体(1)的中部，且，所述中枢连接块(7)上圆周均匀安装有四个震动组件(4)，所述封闭壳体(1)内壁的上部固定连接有加载组件(5)，用于对本装置施加不同载荷；其特征在于：所述承载台(2)的圆周侧面上固定设置有环形管(9)，所述环形管(9)与嵌入封闭壳体(1)内部的供水管(8)相连通，且，其下端圆周均匀固定连通有若干支撑加湿组件(3)；

所述封闭壳体(1)与承载台(2)的连接处设有环形密封套(10)；

所述承载台(2)内设置有多个传感器，其包括湿度传感器、应变式传感器、内力监测传感器以及静力水准仪，以便对湿陷性黄土增湿过程中进行多数据采集；

所述承载台(2)内置的多个传感器以及多个震动组件(4)均通过线束与控制器(6)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种大厚度湿陷性黄土增湿变形实验装置，其特征在于：四个所述震动组件(4)中位于竖直方向上的两个震动组件(4)的长度均小于左右方向上的两个震动组件(4)的长度，且，四个所述震动组件(4)中相对立的两个震动组件(4)的伸缩方向相反。

3.根据权利要求2所述的一种大厚度湿陷性黄土增湿变形实验装置，其特征在于：所述震动组件(4)包括线性振荡器(41)、震动臂(42)、滑动套座(43)以及弹簧(44)，所述线性振荡器(41)的输出端固定连接有震动臂(42)，所述震动臂(42)的另一端滑动连接在滑动套座(43)内，且，所述震动臂(42)位于滑动套座(43)内的一端通过多个弹簧(44)与封闭壳体(1)的内壁相固定连接；

所述滑动套座(43)也固定在封闭壳体(1)的内壁上。

4.根据权利要求1所述的一种大厚度湿陷性黄土增湿变形实验装置，其特征在于：所述加载组件(5)包括环形托板(51)以及增重块(52)，所述环形托板(51)的单侧横截面为L形，且，所述环形托板(52)与封闭壳体(1)内壁之间形成一个仅有上端开口的环形空间，所述环形空间用于容纳放置增重块(52)；

所述环形托板(52)的底端横截面高度由左侧沿环形空间向右侧180°范围内呈递减趋势；

位于环形托板(51)上的增重块(52)与环形托板(51)各个接触点之间的压力均相同。

5.根据权利要求4所述的一种大厚度湿陷性黄土增湿变形实验装置，其特征在于：所述增重块(52)包括一节弧形套壳(521)、二节弧形套壳(522)以及三节弧形套壳(523)，所述一节弧形套壳(521)的两端分别滑动连接有二节弧形套壳(522)，所述二节弧形套壳(522)的末端滑动设置有三节弧形套壳(523)；

相邻两节弧形套壳之间的高度差均相等；

所述一节弧形套壳(521)以及二节弧形套壳(522)均为空腔结构，以便收缩容纳对应其末端的弧形套壳；

所述由一节弧形板(521)起经二节弧形板(522)至三节弧形板(523)为止，其高度所呈降低趋势与环形托板(51)缩成的降低趋势相匹配，且，一节弧形套壳(521)与三节弧形套壳(523)之间的高度差与环形托板(51)的最大高度差相等。

6.根据权利要求5所述的一种大厚度湿陷性黄土增湿变形实验装置，其特征在于：所述三节弧形套壳(523)上端面转动设置有提拉把手(524)，且，所述三节弧形套壳(523)上端面开设有容纳槽(526)，以便将提拉把手(524)完全收容至容纳槽(526)内；

收容制容纳槽(526)内的提拉把手(524)的上端面低于三节弧形套壳(523)的上端面。

7.根据权利要求5所述的一种大厚度湿陷性黄土增湿变形实验装置，其特征在于：所述三节弧形套壳(523)远离二节弧形套壳(522)的一端嵌入有磁铁(525)，且，两个三节弧形套壳(523)内嵌入的磁铁(525)磁极相反。

8.根据权利要求1所述的一种大厚度湿陷性黄土增湿变形实验装置，其特征在于：所述支撑加湿组件(3)包括支撑柱(31)、高密度滤网(32)以及加湿孔(33)，所述支撑柱(31)的内部开设有一定深度的盲孔，所述支撑柱(31)外表面中部圆周开设有环形槽，所述环形槽对应支撑柱(31)的区域均匀圆周开设有多个加湿孔(33)，多个所述加湿孔(33)的外侧围设有固定在支撑柱(31)上的高密度滤网(32)；

所述高密度滤网(32)所占据的范围与环形槽的范围相匹配；

所述盲孔的最低端与位于环形槽区域最下沿的加湿孔(33)的最低端相齐平，且，所述盲孔下端面的中部向上凸起形成凸出部。

9.根据权利要求8所述的一种大厚度湿陷性黄土增湿变形实验装置，其特征在于：所述盲孔下端面形成的凸出部横截面为弧形结构。

Images