CN210604252U - 一种多功能护坡试验模拟装置 - Google Patents

Abstract

一种多功能护坡试验模拟装置，包括可升降支架系统、可升降坡盒系统、模拟降水系统、温控系统和水土量测系统，所述可升降支架系统包括支架、底座、蝶形螺母和螺纹升降杆，所述支架包括四根立杆和安装在立杆顶部的四根横杆，四根所述横杆的中部形成用于安装盖板的开口，所述支架的四周通过透明的板件封闭，所述底座上固定有与立杆位置对应的螺纹升降杆，所述螺纹升降杆上螺纹连接有蝶形螺母，所述支架通过立杆承托在蝶形螺母上，本装置对边坡防护和治理、土的开裂以及土的干湿循坏实验的研究实验有重要意义，结构简单，操作方便，造价低廉，易于制作和维修。

Description

一种多功能护坡试验模拟装置

技术领域

本实用新型涉及岩土工程领域，特别是涉及一种多功能护坡试验模拟装置。

背景技术

随着我国大规模基本建设的进行，边坡治理工程量急剧增多，范围与规模扩大，建筑、交通、矿山、水利边坡治理数量和质量都达到了空前的水平。但与其他建筑工程相比，其工程治理水平仍然较低，尚有许多实际问题急需解决。近年来，新的护坡结构形式、生态护坡工程等快速发展，对护坡研究的内容更加广泛。因此，在边坡的试验过程中需要试验多种因素对边坡的影响。现有的护坡实验装置功能比较单一，如护坡冲刷实验装置、护坡干湿循环实验装置等，只能对单一的研究因素进行实验，若需研究其他实验因素，则需要新的装置，不仅造成了实验成本的浪费，同时对实验室的内部空间造成了影响，最终可能会影响到实验的准确性。

实用新型内容

本实用新型解决现有技术的不足而提供一种减少了实验成本和占地面积，提高了实验的方便性和精确性的多功能护坡试验模拟装置。

一种多功能护坡试验模拟装置，包括可升降支架系统、可升降坡盒系统、模拟降水系统、温控系统和水土量测系统，所述可升降支架系统包括支架、底座、蝶形螺母和螺纹升降杆，所述支架包括四根立杆和安装在立杆顶部的四根横杆，四根所述横杆的中部形成用于安装盖板的开口，所述支架的四周通过透明的板件封闭，所述底座上固定有与立杆位置对应的螺纹升降杆，所述螺纹升降杆上螺纹连接有蝶形螺母，所述支架通过立杆承托在蝶形螺母上，

所述盖板与支架顶部的开口大小相匹配，所述盖板的中部设有转轴，所述盖板通过转轴连接在支架的横杆上，使得盖板可在所述开口内旋转，所述盖板上安装有固定装置来固定盖板旋转后的位置，所述盖板包括A面和B面，所述温控系统和模拟降水系统分别设置在盖板的A面和B面，盖板的A面上安装有温控系统，温控系统包括用于控制温度的电加热管和用于模拟日光的灯管，所述电加热管通过突跳式温控器来控制，所述突跳式温控器与安装在支架内的立杆上的温度感应器电连接，所述盖板的b面上安装有模拟降水系统，所述模拟降水系统包括蠕动泵、集水板和喷头，所述蠕动泵通过伸缩管与集水板连接，所述集水板底部设置多排喷头；

所述可升降坡盒系统安装在底板上，可升降坡盒系统包括设置在盖板正下方的用于容纳坡面土体的坡盒、伸缩溜槽、隔水板、称重感应器、承压板、液压千斤顶、角度传感器和支撑杆，所述坡盒为顶部开口的四方盒体，所述坡盒内的底部和四周设置有隔水板，所述坡盒底部与隔水板之间布设有称重感应器，所述底座内焊接有支撑杆，所述坡盒底面的一侧通过转轴铰接在所述支撑杆上，并且在转轴处设置角度传感器，所述坡盒底面的另一侧通过承压板与安装在底板上的所述液压千斤顶活动端连接，所述坡盒的坡脚处连接有伸缩溜槽，所述坡盒通过伸缩溜槽与水土量测系统的集水槽连接，所述水土量测系统包括安装在底板上的集水槽和设置在坡面土体上的内虹吸式雨量计，所述集水槽上设有排水孔，所述排水孔通过管道与外界连接。

进一步的，所述固定装置为门栓，多个门栓安装在盖板的相对两侧边上。

进一步的，所述透明的板件为有机玻璃。

进一步的，所述盖板的b面上安装有滑动轨道，所述集水板通过滑动轨道安装在盖板的b面上，所述集水板与滑动轨道滑动连接。

进一步的，所述排水孔内设置有滤网。

进一步的，所述蝶形螺母的内径从上到下分为外环和内环，所述外环直径大于内环，所述内环设置有螺纹，所述外环直径与立杆外径大小相匹配，使得内环和外环之间形成支撑台阶，所述内环直径与螺纹升降杆外径大小相匹配，所述立杆支撑在内、外环形成的台阶上。

由于采用上述技术手段，本实用新型的支架整体安装在蝶形螺母上，这样，试验时，将可升降坡盒系统、模拟降水系统和温控系统布设好后，再将支架罩在底座上即可开始试验，这样方便试验操作，所述模拟降水系统主要用于提供水源并模拟降雨，采用蠕动泵给系统供水，同时通过虹吸式雨量计连续记录降水量和降水时数；所述温控系统主要用于保持装置内恒温，通过电加热管加温和突跳式温控器来调节装置内温度；所述水土量测系统用于回收坡脚处流失的水土，并对水土流失量称重量测。本实验装置对边坡防护和治理、土的开裂以及土的干湿循坏实验的研究实验有重要意义，结构简单，操作方便，造价低廉，易于制作和维修。

综上所述，本实用新型不仅能进行护坡冲刷实验，也能进行干湿循坏实验，同时实验装置也可用于恒温条件下土体开裂实验等，不仅减少了实验成本和占地面积，而且提高了实验的方便性和精确性。

附图说明

图1为本实用新型的立体图。

图2(a)为本实用新型盖板a面的结构示意图。

图2(b)为本实用新型盖板b面的结构示意图。

图3为本实用新型的侧视图。

图4为本实用新型升降支架立杆的结构示意图。

图5为本实用新型蝶形螺母的结构示意图。

图6为本实用新型螺纹升降杆的结构示意图。

图标记为：1、盖板；2、转轴；3、立杆；4、门栓；5、电加热管；6、突跳式温控器；7、温度感应器；8、有机玻璃；9、蠕动泵；10、集水板；11、滑动轨道；12、喷头；13、虹吸式雨量计；14、升降螺旋；15、螺纹升降杆；16、横杆；17、底座；18、坡盒；19、伸缩溜槽；20、隔水板；21、称重感应器； 22、承压板；23、液压千斤顶；24、角度传感器；25、支撑杆；26、集水槽； 27、排水孔。

具体实施方法

下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步具体说明，为了更清楚的说明本专利实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。

如图1至6所示，多功能护坡试验模拟装置，包括可升降支架系统、可升降坡盒系统、模拟降水系统、温控系统、水土量测系统，还包括设置在装置外的蠕动泵和突跳式温控器，所述可升降支架系统包括支架、蝶形螺母14和螺纹升降杆15，所述支架包括四根立杆3和安装在立杆3顶部的四根横杆16，四根所述横杆16的中部形成用于安装盖板的开口，所述支架的四周通过有机玻璃8 封闭，所述底座17上固定有与立杆位置对应的螺纹升降杆，所述螺纹升降杆上螺纹连接有蝶形螺母，所述支架整体通过立杆3承托在蝶形螺母14上，所述蝶形螺母14的内径从上到下分为外环和内环，所述外环直径大于内环，所述内环设置有螺纹，所述外环直径与立杆外径大小相匹配，使得内环和外环之间形成支撑台阶，所述内环直径与螺纹升降杆外径大小相匹配，所述立杆支撑在内、外环形成的台阶上，试验时，将可升降坡盒系统、模拟降水系统和温控系统布设好后，再将支架罩在底座上即可封闭。

所述模拟降水系统和温控系统设置在盖板1上，如图2a所示，盖板1通过转轴2来实现转动，转轴2安装在可升降支架横杆16的与转轴2大小相匹配的凹槽。盖板1通过门栓4来固定，盖板1分为A、B两面，盖板1的A面为温控系统，温控系统包括安装电加热管5或灯管的安装槽、温度感应器7和突跳式温控器6，在盖板1A面上设置多排安装槽，其内可安装电加热管5或灯管，电加热管5通过突跳式温控器6来控制保持恒温，温度感应器7安装在立杆3上，装置的四个侧面通过有机玻璃8来封闭，立杆3上开槽，所述有机玻璃通过开槽安装固定在立杆3上，支架固定在底座上后，有机玻璃将整个装置的四个侧面均封闭。如图2b所示，盖板2的b面是模拟降水系统，模拟降水系统包括蠕动泵9、集水板10和喷头12，蠕动泵9为系统供水，并控制流量和降水时间，蠕动泵9通过伸缩管与集水板10连接，集水板底部设置多排喷头12，集水板 10通过滑动轨道11安装在盖板2的b面，集水板10与滑动轨道11滑动连接，集水板10在滑动轨道11上移动实现变区域降水，所述滑动轨道11宜采用304 等级不锈钢，减轻自重的同时防锈蚀能力强。

所述可升降坡盒系统包括坡盒18、伸缩溜槽19、隔水板20、称重感应器21、承压板22、液压千斤顶23、角度传感器24和支撑杆25，所述坡盒18为顶部开口的四方盒体，所述坡盒18内的底部和四周设置有隔水板，所述坡盒底部与隔水板之间布设有称重感应器21，支撑杆25焊接在底座17上，坡盒18的一侧通过转轴铰接在支撑杆25上，并在转轴处设置角度传感器24，液压千斤顶 23通过承压板22连接在坡盒18中部的底部，液压千斤顶23可实现坡盒18绕转轴的转动，坡盒18坡脚处连接伸缩溜槽19。所述水土量测系统包括安装在底板上的集水槽和设置在坡面土体上的内虹吸式雨量计，所述集水槽上设有排水孔，所述排水孔通过管道与外界连接，排水孔27内设置滤网，可将冲刷实验收集的水土分离。

本实施例中，所述坡盒18的边长不小于1m，高度不小于0.3m，所述升降支架立杆3高度不低于3m，横杆16长度不小于1.5m，壁厚不小于2mm，螺旋升降杆15为实心螺旋钢管，高度不低于0.5m，所述底座17宜采用Q235b角钢，所述盖板1边长不小于1.5m，厚度不小于0.2m，所述转轴2嵌入盖板1的深度不宜短于0.1m，搁置于横杆16的长度不宜小于0.5倍横杆16直径。所述底座17外围部分采用角钢，中间部分采用钢板封闭，支撑杆25、螺纹升降杆15和底座17采用焊接，焊缝采用角焊缝，液压千斤顶23使用法兰螺栓固定在底座 17上。所述坡盒18升降通过液压千斤顶23来实现，且设置有称重传感器21和角度传感器24，并配置了伸缩溜槽来限制水土流失的方向。液压千斤顶23为多级伸缩，并配置有手柄。所述盖板1通过转轴2实现旋转，采用门栓固定位置，模拟降雨和恒温旋转后即可转换。集水板10通过伸缩管和蠕动泵9连接。恒温通过突跳式温控器6来控制，采用虹吸式雨量计13来统计模拟降水情况。

使用本装置和相关计算使用方法，包括如下步骤：

A.确定模拟条件，选择不同的盖板面，拉开门栓固定。

B.调节液压千斤顶使坡盒平放，确定坡体的压实度，进行分层压实，每层所需土的质量通过称重感应器确定。

C.确定坡度，计算出相应的坡角，调节液压千斤顶，坡角由角度传感器确定坡盒位置。

D.转动升降螺旋，调节支架高度到合适的位置。

E.使用蠕动泵或者突跳式温度控制器自动控制实验参数。

其中，为实现B步骤，根据土的三相比例指标之间的换算，得出分层压实时每层所需土的质量:

n为分层压实的层数，H为坡盒的高度，A为坡盒的底面积，λ为压实度，ρ_dmax为最大干密度，m为分层压实时没层土所需的质量。

其中，为实现C步骤，根据三角函数关系，得出坡角：

β为坡角，a为坡高，b为坡长，坡度为a：b

此外，需要说明的是，本专利不局限于上述实施方式，只要其零件未说明具体尺寸或形状的，则该零件可以为与其结构相适应的任何尺寸或形状，且不论在其材料构成上作任何变化，凡是采用本实用新型所提供的结构设计，都是本实用新型的一种变形，均应认为在本实用新型保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多功能护坡试验模拟装置，其特征在于：包括可升降支架系统、可升降坡盒系统、模拟降水系统、温控系统和水土量测系统，所述可升降支架系统包括支架、底座、蝶形螺母和螺纹升降杆，所述支架包括四根立杆和安装在立杆顶部的四根横杆，四根所述横杆的中部形成用于安装盖板的开口，所述支架的四周通过透明的板件封闭，所述底座上固定有与立杆位置对应的螺纹升降杆，所述螺纹升降杆上螺纹连接有蝶形螺母，所述支架通过立杆承托在蝶形螺母上，

所述盖板与支架顶部的开口大小相匹配，所述盖板的中部设有转轴，所述盖板通过转轴连接在支架的横杆上，使得盖板可在所述开口内旋转，所述盖板上安装有固定装置来固定盖板旋转后的位置，所述盖板包括A面和B面，所述温控系统和模拟降水系统分别设置在盖板的A面和B面，盖板的A面上安装有温控系统，温控系统包括用于控制温度的电加热管和用于模拟日光的灯管，所述电加热管通过突跳式温控器来控制，所述突跳式温控器与安装在支架内的立杆上的温度感应器电连接，所述盖板的b面上安装有模拟降水系统，所述模拟降水系统包括蠕动泵、集水板和喷头，所述蠕动泵通过伸缩管与集水板连接，所述集水板底部设置多排喷头；

所述可升降坡盒系统安装在底板上，可升降坡盒系统包括设置在盖板正下方的用于容纳坡面土体的坡盒、伸缩溜槽、隔水板、称重感应器、承压板、液压千斤顶、角度传感器和支撑杆，所述坡盒为顶部开口的四方盒体，所述坡盒内的底部和四周设置有隔水板，所述坡盒底部与隔水板之间布设有称重感应器，所述底座内焊接有支撑杆，所述坡盒底面的一侧通过转轴铰接在所述支撑杆上，并且在转轴处设置角度传感器，所述坡盒底面的另一侧通过承压板与安装在底板上的所述液压千斤顶活动端连接，所述坡盒的坡脚处连接有伸缩溜槽，所述坡盒通过伸缩溜槽与水土量测系统的集水槽连接，所述水土量测系统包括安装在底板上的集水槽和设置在坡面土体上的内虹吸式雨量计，所述集水槽上设有排水孔，所述排水孔通过管道与外界连接。

2.根据权利要求1所述的多功能护坡试验模拟装置，其特征在于：所述固定装置为门栓，多个门栓安装在盖板的相对两侧边上。

3.根据权利要求1所述的多功能护坡试验模拟装置，其特征在于：所述透明的板件为有机玻璃。

4.根据权利要求1所述的多功能护坡试验模拟装置，其特征在于：所述盖板的b面上安装有滑动轨道，所述集水板通过滑动轨道安装在盖板的b面上，所述集水板与滑动轨道滑动连接。

5.根据权利要求1所述的多功能护坡试验模拟装置，其特征在于：所述排水孔内设置有滤网。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的多功能护坡试验模拟装置，其特征在于：所述蝶形螺母的内径从上到下分为外环和内环，所述外环直径大于内环，所述内环设置有螺纹，所述外环直径与立杆外径大小相匹配，使得内环和外环之间形成支撑台阶，所述内环直径与螺纹升降杆外径大小相匹配，所述立杆支撑在内、外环形成的台阶上。

Images