CN113588921B - 一种土工离心模型试验用路堤分层填筑装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土工离心模型试验用路堤分层填筑装置，包括：模型箱，以及分别设置在模型箱上的泄砂推拉机构和储砂组件；泄砂推拉机构包括设置在模型箱上的支撑架、设置在支撑架上的推动件、以及与推动件输出端连接的泄砂滑板，泄砂滑板的底部悬吊设置有导流板，导流板远离泄砂滑板的端部呈弯折状，泄砂滑板上设置有滑板泄砂孔；储砂组件包括储砂箱和承砂底板，储砂箱设置在模型箱的顶部，承砂底板设置在储砂箱内侧底部并与储砂箱的侧壁抵接，承砂底板上设置有与滑板泄砂孔相匹配的底板泄砂孔。通过设置导流板，有效减弱了离心机旋转过程中科里奥利加速度的影响，实现了离心模型试验中路堤分层填筑良好模拟，提高了试验的精准度。

Description

一种土工离心模型试验用路堤分层填筑装置

技术领域

本发明涉及土工离心模型试验技术领域，具体涉及一种土工离心模型试验用路堤分层填筑装置。

背景技术

土工离心模型试验结合了原型试验和小模型试验的优势，通过高速旋转的离心机补偿了模型尺寸缩小而导致的土体自重应力损失，而且试验可重复性高、耗时短、成本低，在岩土工程试验技术领域已得到了广泛应用。

对于铁路、公路工程中路堤荷载作用下的地基变形与稳定性等问题，土工离心模型试验技术是目前最为可靠，快速的试验方法。但在离心环境下对铁路、公路路堤施工期的填筑模拟，传统试验方法有明显的缺陷。无论是在停机状态下一次性将模型路堤填筑完成，然后采用分级增大离心加速度的方法模拟路堤分层填筑过程，还是采取中途多次停机、分层填筑模型路堤的方法，均不能合理地反映路堤填筑过程中模型应力状态的变化。

另一类模拟技术是在离心机运转过程中通过控制模型箱顶部的空中泄砂设备，使砂料以一定方式降落在地基面后分层形成路堤，如滑板式、滚筒泄砂式、机械手填筑式装置等。但因超重力环境下的路堤填筑模拟技术复杂，对机电设备性能要求较高等问题，这类空中泄砂模拟设备并未在岩土工程离心模拟测试技术领域得到推广应用，主要存在以下问题：在离心环境下，砂箱内的砂料在降落过程中其轨迹将不可避免的受到科里奥利加速度的影响发生偏转，较难在分层填筑过程中形成所设计的模型路堤几何形状；对于滑板式泄砂装置，超重力场下泄砂滑板自身挠度较大，与上层承砂底板形成较大间隙，砂料进入间隙，可能会使砂料从滑板泄砂孔自动下泄或是产生阻力影响下层泄砂滑板滑动；对于上层主要起承重作用的承砂底板，由于上覆砂料的压力和自重而产生较大变形，会挤压下层泄砂滑板，使二者之间产生较大挤压力而阻碍泄砂滑板滑动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种土工离心模型试验用路堤分层填筑装置，以解决现有砂箱内的砂料在降落过程中其轨迹会受到科里奥利加速度的影响发生偏转从而影响试验精准度的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种土工离心模型试验用路堤分层填筑装置，包括：模型箱，以及分别设置在模型箱上的泄砂推拉机构和储砂组件；

泄砂推拉机构包括设置在模型箱上的支撑架、设置在支撑架上的推动件、以及与推动件输出端连接的泄砂滑板，泄砂滑板的底部悬吊设置有导流板，导流板远离泄砂滑板的端部呈弯折状，泄砂滑板上设置有滑板泄砂孔；

储砂组件包括储砂箱和承砂底板，储砂箱为上下开口的箱体结构，储砂箱设置在模型箱的顶部，承砂底板设置在储砂箱内侧底部并与储砂箱的侧壁抵接，承砂底板上设置有与滑板泄砂孔相匹配的底板泄砂孔。

采用上述技术方案的有益效果为：承砂底板上设置有底板泄砂孔，泄砂滑板上设置有滑板泄砂孔，且底板泄砂孔的位置与滑板泄砂孔的位置相匹配，启动推动件，推动件驱使泄砂滑板移动，从而使泄砂滑板将底板泄砂孔封堵，此时在储砂组件内放置按照标定比例装填路堤的砂料，将装置放置在离心机上，通过推动件控制泄砂滑板做往复运动，从而使底板泄砂孔开启和封闭，砂料经底板泄砂孔和滑板泄砂孔，沿导流板落入到地基模型的表面，堆积形成路堤。在离心机运转过程中模拟路堤填筑过程时，砂料下落会受科里奥利加速度的影响，其运动轨迹将会偏转一定的角度，通过设置导流板，导流板远离泄砂滑板的端部呈弯折状，能有效调整砂料的运动轨迹，从而使试验更精准。

进一步地，导流板的弯折角度为θ，且0°＜θ＜90°。

采用上述技术方案的有益效果为：在离心机运转过程中模拟路堤填筑过程时，砂料下落会受科里奥利加速度的影响，其运动轨迹将会偏转一定的角度，通过将导流板设置一定弯折角度，能有效调整砂料的运动轨迹，从而使试验更精准。

进一步地，储砂组件还包括刚性承台、分隔竖板，刚性承台设置在储砂箱的底部，且与模型箱的顶部连接，分隔竖板设置有多个，且分隔竖板垂直设置在承砂底板上，分隔竖板与储砂箱的侧壁之间设置有填充层，底板泄砂孔设置在相邻分隔竖板之间。

采用上述技术方案的有益效果为：通过设置分隔竖板，用于对储砂箱内部空间进行分割，形成用于控制路堤分层填筑的独立隔室。刚性承台用于支撑储砂箱。在试验前从储砂箱的上方填充放置按照标定比例装填路堤的砂料，用于在承砂底板上放置标定比例的砂料，在离心机高速旋转过程中砂料产生的压力主要作用于承砂底板上，通过分隔竖板增强了承砂底板的抗弯刚度，减小了承砂底板的变形，使试验更可靠。由于刚性承台具有一定的宽度，位于刚性承台正上方的砂料会由于刚性承台的原因被阻挡，泄砂时会导致位于刚性承台正上方的砂料存在残留，通过设置填充层，避免了砂料残留的情况。

进一步地，储砂箱的顶部设置有第一横梁，第一横梁通过吊杆与承砂底板连接。

采用上述技术方案的有益效果为：通过设置横梁，且横梁通过吊杆与承砂底板连接，使承砂底板与储砂箱连接更稳固，且在试验过程中，离心机的高速旋转会使砂料的压力作用在承砂底板上。通过横梁和吊杆，减小了承砂底板的变形。

进一步地，刚性承台上设置有第一滑槽，第一滑槽内设置有第一钢珠，泄砂滑板与所述第一钢珠滑动配合。

采用上述技术方案的有益效果为：通过设置泄砂滑板与第一钢珠滑动配合，当泄砂滑板在滑动时，通过第一钢珠用于减小滑动过程中产生的摩擦力和阻力，从而使试验结果更精准。

进一步地，泄砂滑板的底部设置有托梁，储砂箱的顶部还设置有第二横梁，托梁通过托梁吊杆与第二横梁连接；

托梁上设置有第二滑槽，第二滑槽内设置有第二钢珠，泄砂滑板与第二钢珠滑动配合。

采用上述技术方案的有益效果为：通过设置托梁以及托梁吊杆，用于减小泄砂滑板在滑动过程中的摩擦力，同时减小了泄砂滑板的挠度。通过设置第二滑槽，以及第二滑槽上设置第二钢珠，泄砂滑板在推动件的作用下做往复运动时，会带动泄砂滑板沿第一钢珠滑动，通过第二钢珠，给泄砂滑板提供了滑动支点，与第一钢珠配合使泄砂滑板的滑动更稳定，且通过与第二钢珠滑动配合减小了泄砂滑板在滑动时产生的摩擦力和阻力，从而使试验结果更精准。通过设置第一横梁，且第一横梁通过吊杆与承砂底板连接，减小了承砂底板的变形；通过第二横梁、托梁以及托梁吊杆，减小了泄砂滑板的挠度。第一横梁与第二横梁共同作用，控制了承砂底板和泄砂滑板的间隙，避免了从承砂底板和泄砂滑板间泄砂的情况，使结构更可靠。

进一步地，承砂底板与泄砂滑板之间存在间隙，且间隙不大于砂粒的平均粒径。

采用上述技术方案的有益效果为：通过承砂底板与泄砂滑板之间设计间隙，且间隙不大于砂粒的平均粒径，当推动件控制泄砂滑板沿第一钢珠以及第二钢珠滑动时，会有少量的砂粒流入到承砂底板与泄砂滑板之间，此时由于砂粒的原因会增加承砂底板与泄砂滑板之间的摩擦力，进而阻碍泄砂滑板的滑动；通过设置间隙，避免了由于砂粒的原因影响泄砂滑板的滑动，从而提高了结构的可靠性。

进一步地，推动件包括依次连接的步进电机、减速器、刚性联轴器、滚珠丝杠组件、传力导杆和连接件，传力导杆贯穿支撑架并与连接件连接，连接件与泄砂滑板连接。

采用上述技术方案的有益效果为：步进电机的输出端与减速器连接，减速器用于增大步进电机扭矩，且减速器的与刚性联轴器连接，将步进电机被减速后的传动力作用到滚珠丝杠组件上，滚珠丝杠组件用于将刚性联轴器传递的传动扭矩转变为水平力，从而推动传力导杆做直线运动，连接件与泄砂滑板连接，传力导杆与连接件连接，从而推动泄砂滑板做直线运动，从而实现了泄砂滑板沿储砂组件做往复运动，使泄砂滑板上的滑板泄砂孔与承砂底板上的底板泄砂孔开启和封闭，实现储砂箱内的砂料定量的下泄，形成路堤模型，使结构更可靠。

进一步地，导流板的顶部设置在滑板泄砂孔的孔口边缘处，使得砂料从滑板泄砂孔沿导流板的侧壁流向弯折面。

采用上述技术方案的有益效果为：将装置放置在离心机上，砂料由底板泄砂孔流向滑板泄砂孔时，通过导流板的顶端设置在滑板泄砂孔的孔口边缘处，砂料可以通过滑板泄砂孔沿导流板的侧壁流入到弯折面上，从而矫正了砂料的运动轨迹，有效减弱了离心机旋转过程中科里奥利加速度的影响。

进一步地，底板泄砂孔的孔径为砂粒平均粒径的4倍至8倍。

采用上述技术方案的有益效果为：通过将底板泄砂孔的孔径设置为砂粒平均粒径的4倍至8倍，使砂料能顺利通过底板泄砂孔，使结构更可靠。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

一种土工离心模型试验用路堤分层填筑装置，装置采用泄砂滑板的滑动设计，易于加工、结构可靠、性能完整。通过在泄砂滑板的底部设置导流板，且导流板远离泄砂滑板的端部呈弯折状，并形成折角，矫正了砂料的运动轨迹，有效减弱了离心机旋转过程中科里奥利加速度的影响，并通过高精度、大扭矩的推动件实现了离心模型试验中路堤分层填筑的良好模拟，从而提高了试验的精准度。

附图说明

图1为土工离心模型试验用路堤分层填筑装置整体结构示意图；

图2为土工离心模型试验用路堤分层填筑装置具体结构示意图；

图3为储砂组件具体结构示意图；

图4为泄砂推拉机构与储砂组件具体示意图；

图5为泄砂推拉机构与储砂组件局部示意图；

图6为泄砂推拉机构与储砂组件局部示意图。

图1至图6中所示附图标记分别表示为：1-模型箱、2-储砂组件、201-储砂箱、202-承砂底板、203-底板泄砂孔、204-刚性承台、205-分隔竖板、206-第一横梁、207-吊杆、208-第一滑槽、209-第一钢珠、210-托梁、211-托梁吊杆、212-第二滑槽、213-第二钢珠、214-存砂槽、215-第二横梁、216-填充层、3-泄砂推拉机构、301-支撑架、302-推动件、303-泄砂滑板、304-滑板泄砂孔、305-导流板、306-步进电机、307-减速器、308-刚性联轴器、309-滚珠丝杠组件、310-传力导杆、311-连接件、312-滚珠丝杠、313-滑块。

具体实施方式

以下结合附图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

如图1-3所示，一种土工离心模型试验用路堤分层填筑装置，包括：模型箱1，以及分别设置在模型箱1上的泄砂推拉机构3和储砂组件2；模型箱1为上端开口的箱体结构，其箱体侧壁由有机玻璃面板构成，有机玻璃面板内侧绘制有多条路堤分层填筑标记线，预先在模型箱1内放置地基模型，用于后续路堤分层填筑；储砂组件2用于放置砂料，泄砂推拉机构3用于使储砂组件2中的砂料定量的下泄，并堆积在地基模型上，形成形状规整的路堤模型。

泄砂推拉机构3包括设置在模型箱1上的支撑架301、设置在支撑架301上的推动件302、以及与推动件302输出端连接的泄砂滑板303，泄砂滑板303的底部悬吊设置有导流板305，导流板305远离泄砂滑板303的端部呈弯折状，泄砂滑板303上设置有滑板泄砂孔304；支撑架301上设置有支撑板，推动件302放置在支撑架301的支撑板上；导流板305设置有多个，导流板305悬吊设置在泄砂滑板303的底部，且与泄砂滑板303的底部垂直，导流板305将泄砂滑板303上的滑板泄砂孔304间隔。导流板305用于矫正砂料的运动轨迹，能有效减弱离心机旋转过程中科里奥利加速度的影响；通过设置推动件302用于驱使泄砂滑板303做往复运动。

储砂组件2包括储砂箱201和承砂底板202，储砂箱201为上下开口的箱体结构，储砂箱201设置在模型箱1的顶部，承砂底板202设置在储砂箱201内侧底部并与储砂箱201的侧壁抵接，承砂底板202上设置有与滑板泄砂孔304相匹配的底板泄砂孔203。滑板泄砂孔304以及底板泄砂孔203设置有多列，主要用于泄砂。储砂箱201用于放置砂料。当推动件302驱动泄砂滑板303做往复运动时，当滑板泄砂孔304的位置与底板泄砂孔203的位置对应或部分对应时，实现对底板泄砂孔203的开启；当滑板泄砂孔304的位置与底板泄砂孔203的位置完全交错时，实现对底板泄砂孔203的封闭。泄砂滑板303与承砂底板202之间存在间隙，用于避免泄砂滑板303与承砂底板202直接接触，从而减少了泄砂滑板303在做往复运动时的摩擦力和阻力。为了便于砂料在下泄时能顺利地通过滑板泄砂孔304，且不会使底板泄砂孔203上的砂料残留，在本实施例中，底板泄砂孔203的孔径与滑板泄砂孔304的孔径相同，在本发明的其他实施例中，滑板泄砂孔304的孔径也可以比底板泄砂孔203的孔径大1mm至2mm。

在试验前，预先将地基模型填充至模型箱1内部，启动推动件302，推动件302驱使泄砂滑板303沿储砂组件2移动，使泄砂滑板303上的滑板泄砂孔304与底板泄砂孔203完全交错，使底板泄砂孔203封堵，此时在储砂组件2内放置按照标定比例装填路堤的砂料，将装置放置在离心机上，离心机的旋转方向与导流板305的弯折方向保持一致。通过推动件302驱动泄砂滑板303，从而使底板泄砂孔203开启和封闭，砂料经底板泄砂孔203和滑板泄砂孔304，沿导流板305落入到地基模型的表面，堆积形成路堤。在离心机运转过程中模拟路堤填筑过程时，砂料下落会受科里奥利加速度的影响，其运动轨迹将会偏转一定的角度，通过设置导流板305，导流板305远离泄砂滑板303的端部呈折线型，能有效调整砂料的运动轨迹，从而使试验更精准。

如图1所示，本发明的土工离心模型试验用路堤分层填筑装置中：导流板305的弯折角度为θ，且0°＜θ＜90°，在本实施例中，导流板305的弯折角度θ为10°，在本发明的其他实施例中导流板305的弯折角度0°＜θ＜90°。在离心机运转过程中模拟路堤填筑过程时，砂料下落会受科里奥利加速度的影响，其运动轨迹将会偏转一定的角度，该角度与离心机转速、模型大小等多种因素有关。通过将导流板305设置一定弯折角度，能有效调整砂料的运动轨迹。其中当导流板305的弯折角度为10°时，其调整砂料的运动轨迹的效果更好，从而使试验更精准。

如图2-6所示，本发明的土工离心模型试验用路堤分层填筑装置中：储砂组件2还包括刚性承台204、分隔竖板205，刚性承台204设置在储砂箱201的底部，且与模型箱1的顶部连接，分隔竖板205设置有多个，且分隔竖板205垂直设置在承砂底板202上，分隔竖板205与储砂箱201的侧壁之间设置有填充层216，底板泄砂孔203设置在相邻分隔竖板205之间。刚性承台204用于支撑储砂箱201。分隔竖板205用于对储砂箱201内部空间进行分割，形成用于控制路堤分层填筑的独立隔室。在试验前从储砂箱201的上方填充放置按照标定比例装填路堤的砂料，用于在承砂底板202上放置标定比例的砂料，在离心机高速旋转过程中砂料产生的压力主要作用于承砂底板202上，通过分隔竖板205增强了承砂底板202的抗弯刚度，减小了承砂底板202的变形，使试验更可靠。由于刚性承台204具有一定的宽度，位于刚性承台204正上方的砂料会由于刚性承台204的原因被阻挡，导致位于刚性承台204正上方的砂料存在残留，通过设置填充层216，避免了砂料残留的情况。

如图2-3所示，本发明的土工离心模型试验用路堤分层填筑装置中：储砂箱201顶部设置有第一横梁206，第一横梁206通过吊杆207与承砂底板202连接。通过设置第一横梁206，且第一横梁206通过吊杆207与承砂底板202连接，使承砂底板202与储砂箱201连接更稳固。在试验过程中，离心机的高速旋转会使砂料的压力作用在承砂底板202上,通过第一横梁206和吊杆207，减小了承砂底板202的变形。

如图5所示，本发明的土工离心模型试验用路堤分层填筑装置中：刚性承台204上设置有第一滑槽208，第一滑槽208内设置有第一钢珠209，泄砂滑板303与第一钢珠209滑动配合。通过设置泄砂滑板303与第一钢珠209滑动配合，使泄砂滑板303与储砂组件2上的刚性承台204的滑动连接；第一钢珠209用于减小泄砂滑板303在滑动过程中产生的摩擦力和阻力，从而使试验结果更精准。

如图3所示，本发明的土工离心模型试验用路堤分层填筑装置中：泄砂滑板303的底部设置有托梁210，储砂箱201的顶部还设置有第二横梁215，托梁210通过托梁吊杆211与第二横梁215连接；托梁210上设置有第二滑槽212，第二滑槽212内设置有第二钢珠213，泄砂滑板303与第二钢珠213滑动配合。通过设置托梁210、托梁210上设置第二滑槽212、第二滑槽212内设置有第二钢珠213，用于减小泄砂滑板303在滑动过程中的摩擦力；泄砂滑板303在推动件2的作用下做往复运动，通过设置托梁210减小了泄砂滑板303的挠度。

泄砂滑板303两端支座约束较弱，在较大离心加速度下会产生明显变形，不仅会阻碍其水平移动，还会导致上层储砂组件2中的砂料自动下泄。通过设置托梁吊杆211以及托梁210的支撑结构，减小了泄砂滑板303的挠度。通过设置第二滑槽212，以及第二滑槽212上设置第二钢珠213，使泄砂滑板303在推动件302的作用下做往复运动时，会带动泄砂滑板303沿第一钢珠209滑动；通过第二钢珠213，给泄砂滑板303提供了滑动支点，与第一钢珠209配合使泄砂滑板303的滑动更稳定，且通过与第二钢珠213滑动配合减小了泄砂滑板303在滑动时产生的摩擦力和阻力，从而使试验结果更精准。

通过设置第一横梁206，且第一横梁206通过吊杆207与承砂底板202连接，减小了承砂底板202的变形；通过设置第二横梁215，且第二横梁215通过托梁吊杆211与托梁210连接，减小了泄砂滑板303的挠度。第一横梁206与第二横梁215共同作用，控制了承砂底板202和泄砂滑板303的间隙，避免了砂料从承砂底板202和泄砂滑板303间泄砂的情况，使结构更可靠。

优选地，承砂底板202与泄砂滑板303之间存在间隙，且间隙不大于砂粒的平均粒径。通过承砂底板202与泄砂滑板303之间设计间隙，且间隙不大于砂粒的平均粒径，当推动件302控制泄砂滑板303沿第一钢珠209以及第二钢珠213滑动时，会有少量的砂粒流入到承砂底板202与泄砂滑板303之间，此时由于砂粒的原因会增加承砂底板202与泄砂滑板303之间的摩擦力，进而阻碍泄砂滑板303的滑动；通过设置间隙，避免了由于砂粒的原因影响泄砂滑板303的滑动，从而提高了结构的可靠性。在本实施例中，砂粒的平均粒径为0.625mm,承砂底板202与泄砂滑板之间的间隙为0.5mm。

如图2-4所示，本发明的土工离心模型试验用路堤分层填筑装置中：推动件302包括依次连接的步进电机306、减速器307、刚性联轴器308、滚珠丝杠组件309、传力导杆310、连接件311，传力导杆310贯穿支撑架301并与连接件311连接，连接件311与泄砂滑板303连接。减速器307为现有行星减速器，行星减速器的原理是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将马达的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构，行星减速器传动轴上的齿数少的齿轮啮合输出轴上的大齿轮以达到减速的目的。滚珠丝杠组件309为现有的滚珠丝杠模组，滚珠丝杠模组是工具机械和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反复作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点，在此不进行详细描述。

步进电机306的输出端与减速器307连接，减速器用于增大步进电机扭矩，且减速器307的与刚性联轴器308连接，将步进电机306被减速后的传动力作用到滚珠丝杠组件309上，滚珠丝杠组件309用于将刚性联轴器308传递的传动扭矩转变为水平力，从而推动传力导杆310做直线运动，连接件311呈U形，且与泄砂滑板303连接，传力导杆310与连接件311连接，从而推动泄砂滑板303做直线运动，从而实现了泄砂滑板303沿储砂组件2做往复运动，使泄砂滑板303上的滑板泄砂孔304与承砂底板202上的底板泄砂孔203开启和封闭，实现储砂箱201内的砂料定量的下泄，形成路堤模型，使结构更可靠。

优选地，导流板305的顶部设置在滑板泄砂孔304的孔口边缘处，使得砂料从滑板泄砂孔304沿导流板305的侧壁流向弯折面。将装置放置在离心机上，砂料由底板泄砂孔203流向滑板泄砂孔304时，通过导流板305的顶部设置在滑板泄砂孔304的孔口边缘处，砂料可以沿导流板305的侧壁流入到弯折面上，从而矫正了砂料的运动轨迹，有效减弱了离心机旋转过程中科里奥利加速度的影响。

优选地，底板泄砂孔203的孔径为砂粒平均粒径的4倍至8倍。现有常用的砂粒平均粒径为0.5mm至1mm，此时底板泄砂孔203的孔径为2mm至8mm。在试验过程中，砂料在下泄时，通过设置孔径为砂粒平均粒径的4倍至8倍，用于避免堵塞底板泄砂孔203，使砂料能顺利通过底板泄砂孔203，使结构更可靠，且可以用于放置不同的砂料。在本实施例中，底板泄砂孔203的孔径为3mm，在本发明的其他实施例中，滑板泄砂孔304的孔径为2mm至8mm。

优选地，第一滑槽208以及第二滑槽212上分别设置有存砂槽214。当使用本装置时，在泄砂的过程中，少量的砂料会通过底板泄砂孔203和滑板泄砂孔304落入到第一滑槽208和第二滑槽212上，砂料堆积在滑槽上会对泄砂滑板303的移动产生影响，从而会影响试验结果，通过设置存砂槽214，使滑槽上的砂料能进入到存砂槽214中，用于避免砂料堆积在第一滑槽208以及第二滑槽212上，使泄砂滑板303的滑动结构更可靠，试验更精准。

本发明的土工离心模型试验用路堤分层填筑装置试验方法，具体步骤如下：

步骤S1：根据所拟路堤的几何参数，计算所述砂料的总质量，预先在模型箱1内装入地基模型，调整导流板205的角度，导流板205的弯折面与地基模型之间存在间隔，使路堤分层填筑达到所拟路堤的几何参数；

步骤S2：在模型箱1内侧绘制多条路堤分层填筑标记线，启动离心机，到达设计加速度后，控制泄砂推拉机构3开始泄砂，同时使用秒表计时，再调整分隔竖板205与承砂底板202之间形成的隔室的砂料填装比例；

步骤S3：将装置放置在离心机上，导流板205的弯折角度与离心机的旋转方向保持一致，并启动离心机，当离心机达到试验要求的加速度后，控制步进电机306转动，从而驱动泄砂滑板303沿第一钢珠209和第二钢珠213滑动，使底板泄砂孔203开启，并同时用秒表计时，采用摄影测量系统记录路堤分层填筑的过程，待路堤模型即将到达分层高度标记线时，终止泄砂并暂停秒表；

步骤S4：路堤分层填筑时每层填筑间隔为60s，重复此泄砂过程，最终完成路堤模型的分层填筑。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种土工离心模型试验用路堤分层填筑装置，其特征在于，包括：模型箱(1)，以及分别设置在所述模型箱(1)上的泄砂推拉机构(3)和储砂组件(2)；

所述泄砂推拉机构(3)包括设置在所述模型箱(1)上的支撑架(301)、设置在所述支撑架(301)上的推动件(302)、以及与所述推动件(302)输出端连接的泄砂滑板(303)，所述泄砂滑板(303)的底部悬吊设置有导流板(305)，所述导流板(305)远离所述泄砂滑板(303)的端部呈弯折状，所述泄砂滑板(303)上设置有滑板泄砂孔(304)；

所述储砂组件(2)包括储砂箱(201)和承砂底板(202)，所述储砂箱(201)为上下开口的箱体结构，所述储砂箱(201)设置在所述模型箱(1)的顶部，所述承砂底板(202)设置在所述储砂箱(201)内侧底部并与所述储砂箱(201)的侧壁抵接，所述承砂底板(202)上设置有与所述滑板泄砂孔(304)相匹配的底板泄砂孔(203)。

2.根据权利要求1所述的土工离心模型试验用路堤分层填筑装置，其特征在于，所述导流板(305)的弯折角度为θ，且0°＜θ＜90°。

3.根据权利要求1所述的土工离心模型试验用路堤分层填筑装置，其特征在于，所述储砂组件(2)还包括刚性承台(204)、分隔竖板(205)，所述刚性承台(204)设置在所述储砂箱(201)的底部，且与所述模型箱(1)的顶部连接，所述分隔竖板(205)设置有多个，且所述分隔竖板(205)垂直设置在所述承砂底板(202)上，所述分隔竖板(205)与所述储砂箱(201)的侧壁之间设置有填充层(216)，所述底板泄砂孔(203)设置在相邻所述分隔竖板(205)之间。

4.根据权利要求3所述的土工离心模型试验用路堤分层填筑装置，其特征在于，所述储砂箱(201)的顶部设置有第一横梁(206)，所述第一横梁(206)通过吊杆(207)与所述承砂底板(202)连接。

5.根据权利要求4所述的土工离心模型试验用路堤分层填筑装置，其特征在于，所述刚性承台(204)上设置有第一滑槽(208)，所述第一滑槽(208)内设置有第一钢珠(209)，所述泄砂滑板(303)与所述第一钢珠(209)滑动配合。

6.根据权利要求5所述的土工离心模型试验用路堤分层填筑装置，其特征在于，所述泄砂滑板(303)的底部设置有托梁(210)，所述储砂箱(201)的顶部还设置有第二横梁(215)，所述托梁(210)通过托梁吊杆(211)与所述第二横梁(215)连接；

所述托梁(210)上设置有第二滑槽(212)，所述第二滑槽(212)内设置有第二钢珠(213)，所述泄砂滑板(303)与所述第二钢珠(213)滑动配合。

7.根据权利要求6所述的土工离心模型试验用路堤分层填筑装置，其特征在于，所述承砂底板(202)与所述泄砂滑板(303)之间存在间隙，且所述间隙不大于砂粒的平均粒径。

8.根据权利要求1所述的土工离心模型试验用路堤分层填筑装置，其特征在于，所述推动件(302)包括依次连接的步进电机(306)、减速器(307)、刚性联轴器(308)、滚珠丝杠组件(309)、传力导杆(310)和连接件(311)，所述传力导杆(310)贯穿所述支撑架(301)并与所述连接件(311)连接，所述连接件(311)与所述泄砂滑板(303)连接。

9.根据权利要求2所述的土工离心模型试验用路堤分层填筑装置，其特征在于，所述导流板(305)的顶部设置在所述滑板泄砂孔(304)的孔口边缘处，使得砂料从所述滑板泄砂孔(304)沿所述导流板(305)的侧壁流向弯折面。

10.根据权利要求1至9任一项所述的土工离心模型试验用路堤分层填筑装置，其特征在于，所述底板泄砂孔(203)的孔径为砂粒平均粒径的4倍至8倍。

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