CN113049328A - 制备不同沉积角度砂土试样的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明一种制备不同沉积角度砂土试样的装置，包括撒砂装置，所述撒砂装置下方设置有切割模型箱；所述切割模型箱包括多根模型箱支架，相邻模型箱支架间自下而上设置多个组装箱板，组成矩形的切割模型箱，相邻组装箱板之间能够形成容纳切土钢板插入的间隙。本发明通过履带将砂土均匀的撒入可调节安装角度的模型箱中，并能够通过切土钢板制备出不同沉积角度的各向异性砂土试样，可以得到多种沉积角度的砂土试样，满足土工模型实验要求。

Description

制备不同沉积角度砂土试样的装置
技术领域
本发明涉及岩土工程物理模拟技术领域，具体是一种制备不同沉积角度砂土试样的装置。
背景技术
土工模型实验是研究土木工程实践问题的有效手段之一。土工模型实验离不开土体试样的制备，制作一个均匀的各向异性的砂土试样是得到更加精确实验数据的前提。目前，模型箱内土体制备常使用砂雨法，其利用手动或自动控制的撒砂筒循环往复运动进行土样制备，但是利用上述方法制备土样过程中必然会存在砂土的重叠或空隙，无法保证砂土试样的均匀性，导致试验产生偏差。同时，以往砂雨法制备砂土试样多考虑竖直方向的沉积，忽略沉积角度的影响，无法考虑砂土沉积角度引起的砂土性质改变，这显然是与大多数工程实际相违背的。因此，制备不同沉积角度的砂土试样开展相关室内土工试验对反映实际工程特性对工程实践具有重要意义。然而，传统砂土试样制备技术存在制备的试样不均匀、沉积角度单一，尤其是传统砂雨法制备砂土试样的撒砂装置存在以下不足：传统砂雨法撒砂过程中由于撒砂路径的高难度控制，难以避免相邻砂土产生重叠或空隙，且制备过程中难以调节砂雨法下落高度及速度，无法保证砂土试样的均匀性。
发明内容
发明目的：为解决上述技术问题，本发明提供一种制备不同沉积角度砂土试样的装置。
技术方案：本发明的一种制备不同沉积角度砂土试样的装置，包括撒砂装置，所述撒砂装置下方设置有切割模型箱；所述切割模型箱包括多根模型箱支架，相邻模型箱支架间自下而上设置多个组装箱板，组成矩形的切割模型箱，相邻组装箱板之间能够形成容纳切土钢板插入的间隙。
进一步地，所述各组装箱板两端通过螺栓与模型箱支架连接。
进一步地，所述切割模型箱底部设置多个抬升机构，各抬升机构能够调节高度。
进一步地，所述砂土传送装置包括漏砂器，漏砂器下方设置有传送带，传送带连接驱动装置。
进一步地，所述漏砂器包括一出砂口，在出砂口处设置有能够调节出砂量的挡砂板。
进一步地，所述撒砂装置包括砂土传送装置，所述砂土传送装置的下方设置有履带式撒砂器，切割模型箱位于履带式撒砂器下方。
进一步地，所述履带式撒砂器包括履带，所述履带一端卷绕在动轴上，另一端卷绕在履带卷筒上，所述动轴两端设置有动轴滑轮，撒砂装置上还设置有供动轴滑轮运动的滑轮槽，所述动轴连接驱动装置。通过动轴、动轴滑轮及履带卷筒之间的运动配合，能够实现砂土的平铺、洒落、履带的回收等动作。
进一步地，所述履带式撒砂器位于传送带的下方。
进一步地，所述履带的宽度大于传送带的宽度，使得砂土落下后不容易落在履带的宽度范围之外。
有益效果：本发明通过履带将砂土均匀的撒入可调节安装角度的模型箱中，并能够通过切土钢板制备出不同沉积角度的各向异性砂土试样，可以得到多种沉积角度的砂土试样，满足土工模型实验要求。同时操作简单，仅需设置滑轮运行速度、行程、传送带运转时长、传送带暂停时间、履带卷筒的转动速度、传送带的运行速度，便可以实现自动控制履带式撒砂器的运转以及传送带的运行周期，减少人工误差。
附图说明
图1为发明的正视结构示意图；
图2为图1的侧视图；
图3为切割模型箱的整体外形示意图；
图4为切割模型箱的正视图；
图5为切割模型箱的俯视图；
图6为制备不同沉积角度土样的示意图。
图中，100-切割模型箱；101-模型箱支架；102-螺栓；103-抬升机构；104-组装箱板；105-切土钢板；200-漏砂器；201-挡砂板；300-履带式撒砂器；301-滑轮槽；306-履带；307-自动变档器；308-履带卷筒；309-动轴；310-动轴滑轮；400-传送带。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明的一种制备不同沉积角度砂土试样的装置，目的在于解决现有砂土制样手段存在的技术问题，得到均匀层状分布的砂土试样，然后结合抬升机构及切土钢板，切割模型箱内砂土试样得到试验所需的不同沉积角度的砂土试样。
具体地，如图1和2所示，本发明包括撒砂装置，撒砂装置包括位于最上方的漏砂器200、位于漏砂器200下方的传送带400、位于传送带400下方的履带式撒砂器300。漏砂器200安装在传送带400一端的上侧，传送带400可由伺服电机驱动，伺服电机可通过编码器和PLC控制器设置运行速度和运行频率。在传送带400的两侧还可设置一定高度的挡板，以防止传送带400上的砂土在传送过程中洒落。漏砂器200的出口处可设置挡砂板201，当撒砂开始之前在漏砂器200中装入适量的砂土，并将挡砂板201的高度调节为零，彻底挡住漏砂器200的出口，挡砂板201可通过滑槽与漏砂器200相连接，可用于调节漏砂器出口的高度，从而控制传送带400上的砂土层厚度，可以根据实验所需调节每一层砂土的厚度。
如图1所示，履带式撒砂器300固定在传送带400的下一层，履带式撒砂器300的宽度要大于传动带400的宽度，避免砂土在传送掉落到履带式撒砂器300上时提前洒落，并保证履带式撒砂器300中间位置的砂土层厚度基本一致。履带式撒砂器300包括履带306，履带306一端绕在动轴309上，另一端绕在履带卷筒308上，动轴309两端设置动轴滑轮310，动轴滑轮310与撒砂装置的框架上的滑轮槽301配合，并能沿滑轮槽301的延伸方向往复运动。动轴309和动轴滑轮310连接装置，驱动装置可为伺服电机。具体地，初始时，动轴309两端的动轴滑轮310被驱动，履带卷筒308同时作为从动轴转动，履带306被带动从履带卷筒308上放卷，接住传送带400上落下的砂土，从而使传送带400上掉落的砂土层运往切割模型箱100远离履带卷筒308的一端，当砂土铺满履带306时，履带306会停止运行，同时履带卷筒308不再转动。此时可通过控制器预设的参数，变换动轴309的驱动方式，使得动轴309转动，在转动时将履带306沿动轴309收起，砂土随之落下进入切割模型箱100，由于履带卷筒308不转动，此时动轴滑轮310被带动沿滑轮槽301向靠近履带卷筒308的方向运动，动轴309移动至履带卷筒308一端时，第一层撒砂结束。此时可驱动履带卷筒308反向转动，将被动轴309收起的履带重新回收，准备下次撒砂。履带306如同画卷一般，一端绕在动轴上，另一端绕在履带卷筒上。
第一层的撒砂结束后，履带306将在动轴滑轮310的反向运行下重新铺开，此时只需按照预设参数往复进行上述的步骤即可，直至将砂土装满切割模型箱。
如图2-4所示，切割模型箱100包括多根模型箱支架101，相邻模型箱支架101间自下而上设置多个组装箱板104，组成矩形的切割模型箱，相邻组装箱板104之间能够形成容纳切土钢板105插入的间隙，各组装箱板104两端可通过螺栓与模型箱支架101连接。切割模型箱100的底部可设置多个抬升机构，各抬升机构能够分别调节高度，使得切割模型箱的角度发生变化。具体地，模型箱支架101上设置有能够容纳组装箱板104端部的槽，组装箱板104端部通过螺栓102与槽固定连接。组装箱板104端部在槽内具有一定的转动范围，转动后出现空隙，便于插入切土钢板105。
如图6所示，在切割模型箱100装满之后，将其单独移出，进行不同角度的切割。
详细步骤如下：首先确定土样的沉积角度，再根据目标角度寻找合适的插入缝隙，如图5中b所示；在找到缝隙后将组成该缝隙的相邻两块组装箱板104的螺栓102松开，使组装箱板104可以轻微旋转；将切割钢板105沿缝隙插入，重新紧固螺栓102，使土样的形状固定，如图5中b-d所示。使用抬升机构103将切割模型箱100抬高，松开不需要的组装箱板104的螺栓102，沿模型箱支架101拆卸多余组装箱板；取出切割的土样后，将切割的土样调整角度至水平。抬升机构103可为螺旋起重器或者常见的千斤顶。

Claims (9)

1.一种制备不同沉积角度砂土试样的装置，其特征在于：包括撒砂装置，所述撒砂装置下方设置有切割模型箱；所述切割模型箱包括多根模型箱支架，相邻模型箱支架间自下而上设置多个组装箱板，组成矩形的切割模型箱，相邻组装箱板之间能够形成容纳切土钢板插入的间隙。
2.根据权利要求1所述的制备不同沉积角度砂土试样的装置，其特征在于：所述各组装箱板两端通过螺栓与模型箱支架连接。
3.根据权利要求1所述的制备不同沉积角度砂土试样的装置，其特征在于：所述切割模型箱底部设置多个抬升机构，各抬升机构能够调节高度。
4.根据权利要求1所述的制备不同沉积角度砂土试样的装置，其特征在于：所述撒砂装置包括砂土传送装置，所述砂土传送装置的下方设置有履带式撒砂器，切割模型箱位于履带式撒砂器下方。
5.根据权利要求4所述的制备不同沉积角度砂土试样的装置，其特征在于：所述砂土传送装置包括漏砂器，漏砂器下方设置有传送带，传送带连接驱动装置。
6.根据权利要求5所述的制备不同沉积角度砂土试样的装置，其特征在于：所述漏砂器包括一出砂口，在出砂口处设置有能够调节出砂量的挡砂板。
7.根据权利要求4所述的制备不同沉积角度砂土试样的装置，其特征在于：所述履带式撒砂器包括履带，所述履带一端卷绕在动轴上，另一端卷绕在履带卷筒上，所述动轴两端设置有动轴滑轮，撒砂装置上还设置有供动轴滑轮运动的滑轮槽，所述动轴连接驱动装置。
8.根据权利要求5所述的制备不同沉积角度砂土试样的装置，其特征在于：所述履带式撒砂器位于传送带的下方。
9.根据权利要求7所述的制备不同沉积角度砂土试样的装置，其特征在于：所述履带的宽度大于传送带的宽度。
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