CN113848107A - 一种适用于室内土工模型试验槽的饱和砂土制备装置及方法 - Google Patents

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于征
李成凤
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Abstract

本发明公开了一种适用于室内土工模型试验槽的饱和砂土制备装置及方法,该装置包括试验槽、伺服电机、丝杠和散砂器;该装置的设计充分考虑了试验过程中不同密实度的松散饱和砂制备的各项细节。首先,根据试验要求的砂土密实度不同,本设计中的聚砂漏斗与导向板可根据实际需要进行高度调整,从而开展不同密实度的饱和松散砂土制备工作,灵活机动;其次,为保证砂土地基的竖向均匀性并节省时间,本设计中的伺服电机与丝杠可以实现循环位移,为往复循环落砂提供了必备条件;最后,本设计中的聚砂漏斗与导向板均通过螺纹支架连接在连接板上,如若进行后续的试验,只需拆除螺纹支架即可,简单方便。

Description

一种适用于室内土工模型试验槽的饱和砂土制备装置及方法
技术领域
本发明属于岩土工程技术领域,具体来说涉及一种适用于室内土工模型试验槽的饱和砂土制备装置及方法。
背景技术
土木工程、水利工程和海洋工程,在国民经济建设中占有重要地位,是国民经济建设的重要组成部分,其在促进社会发展和改善民生中发挥的作用十分显著,可以有效的带动国民经济增长。如今人们在追求高质量和快速施工的同时,又要追求高经济效益,这就对于成本、安全性、稳定性和长期性则提出了更严苛的要求。
为了能更好的指导在设计和施工过程中遇到的技术问题,工程前期所进行的室内土工模型试验就显的尤为必要,尤其当涉及到土体与结构物相互作用的问题时。例如在开展室内土工模型试验前,首先要进行试验砂土地基的制备。对于干砂地基的制备,普遍采用落砂法进行。通过改变导向板的尺寸与高度,可以得到不同落距下的密实度标定曲线,从而达到制备不同密实度的砂土地基的目的。而当制备饱和砂土时,采用较多的方式则为注水饱和法,首先按照干砂制备方式进行落砂工作,当土面达到指定高度时,停止落砂并从试验槽底部缓慢向内注水,以此方式来实现干砂地基的饱和。该方法存在的问题是当水由下向上注入土体时,容易对砂土颗粒产生冲击作用,并且使其在浮力的作用下缓慢回落,导致土颗粒结构与土体的相对密实度受到一定程度的影响,松砂地基由于结构较为松散,受到的影响尤为明显,相对密实度也无法确保为干砂制备达到的数值。基于此,设计出一种适用于室内土工模型试验槽的饱和砂土制备装置便具有十分重要的科研与实用价值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种适用于室内土工模型试验槽的饱和砂土制备装置及方法,在不影响试验精度和结果的情况下,根据已有模型槽的具体尺寸、砂土层高度与相对密实度,以较为精准且快速的方式完成饱和松散砂土的制备工作,使水下砂土层的相对密实度达到可控及试验要求,尽可能的降低因水的波动对砂土颗粒结构的影响,从而提高试验精度,确保试验的顺利进行。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种适用于室内土工模型试验槽的饱和砂土制备装置,包括试验槽、伺服电机、丝杠和散砂器;
所述丝杠横跨在所述试验槽上,与两侧槽壁限位连接,其一端受驱动地与伺服电机连接;
所述散砂器包括连接板、螺纹支架和聚砂漏斗;所述连接板两侧搭设在试验槽的槽壁上,可沿槽壁上沿滑动,所述连接板两侧设置与之垂直的螺纹支架;所述聚砂漏斗包括一收口的四面板结构、沿其一面板向下延伸的导向板、设置于四面板结构两侧的支撑块以及设置于收口处的弹簧开关和落砂挡板;所述聚砂漏斗通过其两侧的支撑块与所述螺纹支架相连接,所述导向板为2块,二者中间形成间隙供丝杠通过。
在上述技术方案中,所述弹簧开关包括两侧的拨杆以及拨杆之间的连接杆,连接杆上连接落砂挡板,落砂挡板位于所述聚砂漏斗的收口处,关闭时,聚砂漏斗容纳砂土,开启时,砂土受重力下落,可通过落砂挡板的开启角度调节落砂的速率。
在上述技术方案中,所述螺纹支架的数量为4,两侧各2个,螺纹支架与支撑块相铰接,通过调整螺纹支架的高度可调整聚砂漏斗的高度。
一种适用于室内土工模型试验槽的饱和砂土制备方法,按照下述步骤进行:
步骤一、在试验槽内注入一定高度的水,根据试验土样的实际密实度要求,调整落距高度;
步骤二、启动伺服电机,带动丝杠旋转,继而带动聚砂漏斗沿着槽壁上沿前后移动,单向完成一次落砂工作,
步骤三、将聚砂漏斗调转方向,重复上述步骤,进行反方向的落砂工作。
在上述技术方案中,在使用过程中,根据密实度需要,调整落距高度与水面高度,保证导向板到水面的距离与水面到砂面的距离在工作期间为定值,从而保证砂土密实度结果的可控性与精准性。
在上述技术方案中,当制备完成后,关闭电机,依次拆除聚砂漏斗、导向板与螺纹支架,将后续试验需要的部件连接在连接板上,即可进行试验。
本发明的优点和有益效果为:
本发明公开了一种用于室内土工模型试验的饱和松散砂土地基制备装置,该装置的设计充分考虑了试验过程中不同密实度的松散饱和砂制备的各项细节。首先,根据试验要求的砂土密实度不同,本设计中的聚砂漏斗与导向板可根据实际需要进行高度调整,从而开展不同密实度的饱和松散砂土制备工作,灵活机动;其次,为保证砂土地基的竖向均匀性并节省时间,本设计中的伺服电机与丝杠可以实现循环位移,为往复循环落砂提供了必备条件;最后,本设计中的聚砂漏斗与导向板均通过螺纹支架连接在连接板上,如若进行后续的试验,只需拆除螺纹支架即可,简单方便。
附图说明
图1为本发明一种适用于室内土工模型试验槽的饱和砂土制备装置整体结构示意图。
图2为聚砂漏斗结构示意图。
图3为连接板与丝杠连接结构示意图。
图4为弹簧开关和挡板结构示意图。
图中:1、聚砂漏斗;2、支撑块;3、弹簧开关;4、导向板;5、丝杠;6、螺纹支架;7、连接板;8、试验槽;9、伺服电机;10、落砂挡板。
对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例
一种适用于室内土工模型试验槽的饱和砂土制备装置由伺服电机9、丝杠5、连接板7、聚砂漏斗1、导向板4、弹簧开关3、落砂挡板10与螺纹支架6八个部分组成。
其中,伺服电机9连接丝杠5,电机启动之后可带动丝杠5发生旋转,带动丝杠螺母先后运动。连接板7与丝杠5通过丝杠螺母连接,可与丝杠5同步运动,在连接板7上嵌有四个螺纹支架6,螺纹支架6上架有聚砂漏斗1,通过调整螺纹支架6的高度可调整聚砂漏斗1的高度,从而实现落距的变化。聚砂漏斗1两侧各焊有两个支撑块2,可以架在螺纹支架6上以维持稳定。在聚砂漏斗1底部安装有弹簧开关3,弹簧开关3处连接有一落砂挡板10,通过旋转拨杆,即可调节落砂挡板10的角度,从而控制落砂工作的开始。在聚砂漏斗1下方连接有导向板4,设计为不同尺寸的鸭嘴式。为方便落砂,要求导向板4应伸入试验槽8中,因此两块导向板4中间形成间隙,以避开丝杠。在落砂工作开展之前,首先由试验槽8底部向内注入水至一定高度,随后通过同时改变导向板与水面的高度来进行落砂工作,在这期间,砂层以上的水位保持恒定。往复循环落砂直至土面达到指定高度。当需要朝向相反方向进行落砂时,调整聚砂漏斗1的朝向,架在连接板7相反方向并控制丝杠5反方向运动即可。
使用之前,首先在试验槽8内注入一定高度的水。将连接板7架设在槽壁上并与丝杠5连接,随后在连接板7上安装螺纹支架6,并将聚砂漏斗1通过支撑块2架在螺纹支架6上,根据试验土样的实际密实度要求,调整落距高度。之后启动伺服电机9,带动丝杠5旋转,继而带动聚砂漏斗沿着槽壁上沿前后移动,单向完成一次落砂工作,随后将聚砂漏斗1调转方向,重复上述步骤,进行反方向的落砂工作。在使用过程中,根据密实度需要,调整落距高度与水面高度,保证导向板4到水面的距离与水面到砂面的距离在工作期间为定值,从而保证砂土密实度结果的可控性与精准性。当制备完成后,关闭电机,依次拆除聚砂漏斗、导向板与螺纹支架,将后续试验需要的部件连接在连接板上,即可进行试验。
本文中为部件所编序号本身,例如“第一”、“第二”等,仅用于区分所描述的对象,不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”,如无特别说明,均包括直接和间接连接(联接)。在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以上对本发明做了示例性的描述,应该说明的是,在不脱离本发明的核心的情况下,任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种适用于室内土工模型试验槽的饱和砂土制备装置,其特征在于,包括试验槽、伺服电机、丝杠和散砂器;
所述丝杠横跨在所述试验槽上,与两侧槽壁限位连接,其一端受驱动地与伺服电机连接;
所述散砂器包括连接板、螺纹支架和聚砂漏斗;所述连接板两侧搭设在试验槽的槽壁上,可沿槽壁上沿滑动,所述连接板两侧设置与之垂直的螺纹支架;所述聚砂漏斗包括一收口的四面板结构、沿其一面板向下延伸的导向板、设置于四面板结构两侧的支撑块以及设置于收口处的弹簧开关和落砂挡板;所述聚砂漏斗通过其两侧的支撑块与所述螺纹支架相连接,所述导向板为2块,二者中间形成间隙供丝杠通过。
2.根据权利要求1所述的一种适用于室内土工模型试验槽的饱和砂土制备装置,其特征在于:所述弹簧开关包括两侧的拨杆以及拨杆之间的连接杆,连接杆上连接落砂挡板,落砂挡板位于所述聚砂漏斗的收口处,关闭时,聚砂漏斗容纳砂土,开启时,砂土受重力下落,可通过落砂挡板的开启角度调节落砂的速率。
3.根据权利要求1所述的一种适用于室内土工模型试验槽的饱和砂土制备装置,其特征在于:所述螺纹支架的数量为4,两侧各2个,螺纹支架与支撑块相铰接,通过调整螺纹支架的高度可调整聚砂漏斗的高度。
4.一种适用于室内土工模型试验槽的饱和砂土制备方法,其特征在于,按照下述步骤进行:
步骤一、在试验槽内注入一定高度的水,根据试验土样的实际密实度要求,调整落距高度;
步骤二、启动伺服电机,带动丝杠旋转,继而带动聚砂漏斗沿着槽壁上沿前后移动,单向完成一次落砂工作,
步骤三、将聚砂漏斗调转方向,重复上述步骤,进行反方向的落砂工作。
5.根据权利要求4所述的一种适用于室内土工模型试验槽的饱和砂土制备方法,其特征在于:在使用过程中,根据密实度需要,调整落距高度与水面高度,保证导向板到水面的距离与水面到砂面的距离在工作期间为定值,从而保证砂土密实度结果的可控性与精准性。
6.根据权利要求4所述的一种适用于室内土工模型试验槽的饱和砂土制备方法,其特征在于:当制备完成后,关闭电机,依次拆除聚砂漏斗、导向板与螺纹支架,将后续试验需要的部件连接在连接板上,即可进行试验。
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