一種用于室內模型試驗中制備不同密實度砂樣的布砂裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于室內模型試驗中制備不同密實度砂樣的布砂裝置，包括落砂箱和小車平臺，落砂箱底有均布圓孔的漏砂板，漏砂板下設兩塊擋砂板，小車平臺可沿落砂箱上設的導軌往復移動，小車平臺上設開合落砂箱擋砂板的開合機構，開合機構的控制桿自下而上通過彈簧底板、壓緊彈簧、緊固件安裝在小車平臺板上，小車平臺板上設控制桿的防轉鍵，控制桿下端設開合落砂箱底擋砂板的檔塊。落砂箱支架腿外側分別設擋砂板落下的防回彈擋銷。本裝置克服了傳統砂樣制備過程中人工夯實方法的缺點，節省人力和時間，方便快捷。可在巖土工程室內模型試驗中方便快捷地制備不同密實度的砂樣，從而實現試驗砂土土床物理特性的精確控制，為模型試驗數據準確可靠奠定了重要基礎。
【專利說明】一種用于室內模型試驗中制備不同密實度砂樣的布砂裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用于巖土工程室內模型試驗中制備砂樣的布砂裝置，特別是一種 用于室內模型試驗中制備不同密實度砂樣的布砂裝置。
【背景技術】
[0002] 在進行土木工程模型試驗或離心機模型試驗時，往往需要將砂土布置在模型土箱 內，不同試驗中對模型土箱內所布置的砂樣物理特性有不同的要求。成功地開展模型試驗 的前提就是模型砂土土樣的制備工作。其中砂土的密實度是表征其物理特性的一項重要指 標，直接影響到砂土的工程性質。為便于控制砂樣的密實度，模型試驗中常常選擇再建砂土 土床。此外，為確保試驗的可重復性，也要求在試驗中必須能實現不同密實度砂樣制備的可 復制性。對于粘性土而言，可通過將其初始泥漿狀態固結，然后從這個大型土樣上栽取若干 來獲得試驗土樣。然而砂土土樣的制取并非那么簡單，需要單獨制備每個土樣，如此一來使 得控制土樣的一致性變得具有難度。現有技術通常是使用分層夯實法制備砂樣，制備砂樣 時先分多次將砂土置于模型土箱內，然后使用砝碼人工夯實。此方法具有砂樣密實度不易 控制、可重復性小、砂土土樣分層效應嚴重和耗費人力與時間等缺點，從而導致試驗結果的 可靠性太低。
[0003] 所以如何在模型試驗中方便快捷地制備不同密實度的砂樣，且能夠控制砂土土樣 物理特性，從而實現不同物理特性試驗土床的可復制性，以研究不同工況下的相關巖土問 題，是模型試驗研究中的一個非常重要內容。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于提供一種用于室內模型試驗中制備不同密實度砂樣的布砂裝 置，可在巖土工程室內模型試驗中方便快捷地制備不同密實度的砂樣，從而實現試驗砂土 土床物理特性的精確控制，為模型試驗得到準確可靠的數據結果奠定了重要基礎。
[0005] 為了克服上述現有技術的不足，本發明采用的技術方案是： 該用于室內模型試驗中制備不同密實度砂樣的布砂裝置，包括落砂箱、小車平臺、開合 機構和支撐架。所述小車平臺可沿所述落砂箱上設置的導軌往復移動，所述小車平臺上設 置有所述落砂箱底部擋砂板的開合機構，所述落砂箱下部安裝在所述支撐架上。
[0006] 所述落砂箱側壁為四塊側板組成的矩形落砂箱體，落砂箱底部為均勻分布著一系 列用于漏砂圓孔或圓錐孔的漏砂板，砂土通過漏砂板圓孔或圓錐孔漏出，落砂后底板上不 會殘留砂子；在漏砂板下部設置兩塊擋砂板，擋砂板密合后其中心位置設置有與開合機構 控制桿擋塊配合的缺口，擋砂板與落砂箱側板鉸鏈連接，落砂箱上方相對兩側板上設置導 軌支撐座，導軌支撐座上設有導軌，落砂箱側板上設置有吊裝用的吊環。
[0007] 所述小車平臺包括小車平臺板，小車平臺板下方設置滑塊可與所述導軌配合移 動。
[0008] 所述開合機構包括控制桿，所述控制桿自下而上通過開合機構的彈簧底板、壓緊 彈簧、壓緊彈簧緊固件以及緊固件連接桿安裝在所述小車平臺板上，所述小車平臺板上設 控制開合機構轉動并與控制桿鍵連接的防轉鍵，所述控制桿下部通過所述落砂箱底部的漏 砂板和擋砂板，其下端設有開合兩塊擋砂板的擋塊。開合機構可隨小車平臺沿導軌移動，方 便快速調整位置，并可根據需要安裝多個開合機構，通過開合機構防轉鍵及開合機構壓緊 彈簧的配合使用可實現擋砂板的鎖緊與快速打開。
[0009] 所述支撐架包括四個支撐所述落砂箱四個側板的支架腿，所述支架腿外側分別設 置有防止擋砂板落下時回彈的防回彈擋銷。設置擋砂板的限位防回彈擋銷，可利用其限位 功能防止擋砂板打開后回彈對落砂過程產生影響。
[0010] 本發明的操作過程，裝砂前，通過旋轉開合機構控制桿使其底部的控制桿擋塊鎖 緊擋砂板，布砂時，抽出開合機構控制桿防轉鍵，旋轉開合機構控制桿使其底部控制桿擋塊 旋轉至擋砂板缺口處，擋砂板即刻打開，從而使砂土從漏砂板的孔內落下，漏砂板的孔口處 設置圓錐導孔或整體為圓錐孔，因此落砂后，底板上沒有殘留砂子；擋砂板打開后，通過布 置在支架腿上的防回彈擋銷自動完成擋砂板的鎖緊限位，從而防止其不固定擺動對落砂的 影響；布砂時可通過實驗室的起吊裝置連接落砂箱側板之上的吊環將本布砂裝置吊至需要 的高度。
[0011] 在布砂過程中，可通過將裝置升至不同的高度來調整落砂高度，也可通過調換不 同孔徑的漏砂板，從而可以控制所制備砂樣的密實度。
[0012] 與現有技術相比，本發明的有益效果是： 本裝置克服了傳統砂樣制備過程中人工夯實方法的缺點，節省人力和時間，方便快捷。 可在巖土工程室內模型試驗中方便快捷地制備不同密實度的砂樣，從而實現試驗砂土土床 物理特性的精確控制，為模型試驗得到準確可靠的數據結果奠定了重要基礎。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發明的結構示意圖； 圖2為圖1的俯視圖； 圖3為開合裝置結構示意圖； 圖4為圖3的俯視圖； 圖5為控制桿防轉鍵原理示意圖； 圖6為防回彈擋銷結構示意圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面結合附圖對本發明的實施例進一步說明： 實施例1 : 如圖1、2、3和4所示，本發明包括開合機構的控制桿1、壓緊彈簧緊固件2、壓緊彈簧3、 緊固件連接桿4、彈簧底板5、控制桿防轉鍵7、控制桿擋塊15,和小車平臺的小車平臺板6、 滑塊8,與落砂箱的導軌9、導軌支撐座10、落砂箱側板11、吊環12、漏砂板13、擋砂板14、低 阻彈簧合頁16,以及支撐架的角鋼支架腿17、防回彈擋銷18。
[0015] 落砂箱是四塊矩形落砂箱側板11和漏砂板13等連接而成，裝置整體尺寸： lOOOmmXIOOOmmX 650mm，箱體內部尺寸：970mmX970mmX 150mm，漏砂板13上均勻分布著 一系列用于漏砂的圓孔或圓錐孔，漏砂孔與孔的圓心距離為30mm，圓孔的直徑為20mm，也 可在圓孔口處設置圓錐導孔或整體為圓錐孔，落砂時應保證底板上不留殘留砂子；落砂箱 在漏砂板13下部設置兩塊表面粘貼膠皮密封的擋砂板14。兩塊擋砂板14密合后其中心 位置設置有與開合機構擋塊15配合的缺口；兩塊擋砂板14與落砂箱側板使用低阻彈簧合 頁16鉸鏈連接，可提高擋砂板14的打開速度。落砂箱上方相對兩側板上設置兩個導軌支 撐座10,導軌支撐座10上設導軌9,落砂箱側板上設置用以吊裝的吊環12。
[0016] 開合機構包括控制桿1，控制桿1自下而上通過開合機構壓緊彈簧底板5、壓緊彈 簧3、壓緊彈簧緊固件2以及兩個緊固件連接桿4安裝在小車平臺板6上，小車平臺板6上 設控制開合機構轉動的控制桿防轉鍵7,控制桿1下部通過所述落砂箱底部的漏砂板13和 擋砂板14,其下端設有開合兩塊擋砂板14的擋塊15。開合機構可沿導軌移動，方便快速調 整位置，通過開合機構的控制桿1、彈簧緊固件2、壓緊彈簧3、彈簧底板5及開合機構控制桿 防轉鍵7和控制桿檔塊15的配合使用可實現擋砂板14的鎖緊與快速打開。
[0017] 小車平臺坐落在落砂箱上方，小車平臺的平臺板6下部設滑塊8可沿落砂箱上方 所設導軌支撐座10上的導軌9往復移動。小車平臺及開合機構可視實際需要設置多個。
[0018] 落砂箱支撐架包括四個支撐落砂箱四個側板的角鋼支架腿17,角鋼支架腿17外 側分別設置防止擋砂板14落下時回彈的防回彈擋銷18。該防回彈擋銷18又是擋砂板14 的限位機構，當擋砂板14打開后防回彈擋銷18即可利用斜面端對其進行卡牢限位，以避免 回彈對落砂過程產生落砂不均勻的不利影響。
[0019] 在進行布砂試驗時，先通過旋轉開合機構控制桿1使其底部的開合機構控制桿擋 塊15將擋砂板14鎖緊固定，然后把試驗砂土置于落砂箱中，通過吊車連接吊環12將裝置 吊至模型土箱上部一定的高度位置。調整好落砂高度后，移除開合機構防轉鍵7,扭轉開合 機構控制桿1使其下端所設開合機構控制桿擋塊15對準與檔塊配合的兩塊擋砂板14中間 的缺口，從而打開擋砂板14,使砂子通過漏砂板13的一系列均勻小孔落于模型試驗的土箱 內。布砂完畢后閉合擋砂板14,移除開合機構防轉鍵7,扭轉開合機構控制桿1使其端部開 合機構控制桿擋塊15鎖緊擋砂板14,插上開合機構防轉鍵7,然后在落砂箱內裝砂，進行下 一次布砂。開合機構控制桿擋塊15鎖緊擋砂板14前，開合機構連同小車平臺可以在落砂 箱上沿導軌移動。
[0020] 實施例2 : 本裝置的結構同實施例1。
[0021] 試驗中通過調換具有不同底板孔直徑、孔間距類型的漏砂板、調整落砂高度、砂的 粒徑來控制所制備的砂樣密實度。可以使用圓孔直徑為20mm、10mm、5mm或帶錐度導孔的 圓孔的漏砂板來制備不同密實度的砂樣。通過以上三種不同直徑的變化，進行落砂試驗，以 達到控制砂土不同密實度的結果。
【權利要求】
1. 一種用于室內模型試驗中制備不同密實度砂樣的布砂裝置，其特征在于：它包括落 砂箱、小車平臺、開合機構和支撐架，所述小車平臺可沿所述落砂箱上設置的導軌往復移 動，所述小車平臺上設置有開合所述落砂箱擋砂板的所述開合機構，所述落砂箱安裝在所 述支撐架上。
2. 根據權利要求1所述的用于室內模型試驗中制備不同密實度砂樣的布砂裝置，其特 征在于：所述落砂箱側壁為四塊側板組成的矩形落砂箱體，落砂箱底部為均勻分布著一系 列用于漏砂圓孔或圓錐孔的漏砂板，在漏砂板下部設置兩塊擋砂板，擋砂板密合后其中心 位置設置有與開合機構控制桿擋塊配合的缺口，擋砂板與落砂箱側板鉸鏈連接，落砂箱上 方相對兩側板上設置導軌支撐座，導軌支撐座上設有導軌，落砂箱側板上設置有吊裝用的 吊環。
3. 根據權利要求2所述的用于室內模型試驗中制備不同密實度砂樣的布砂裝置，其特 征在于：所述擋砂板表面粘貼有密封膠皮。
4. 根據權利要求3所述的用于室內模型試驗中制備不同密實度砂樣的布砂裝置，其特 征在于：所述擋砂板采用低阻彈簧合頁與落砂箱側板連接。
5. 根據權利要求1至4中任一所述的用于室內模型試驗中制備不同密實度砂樣的布砂 裝置，其特征在于：所述小車平臺包括小車平臺板，小車平臺板下方設置滑塊可與所述導軌 配合移動。
6. 根據權利要求5所述的用于室內模型試驗中制備不同密實度砂樣的布砂裝置，其特 征在于：所述開合機構包括控制桿，所述控制桿自下而上通過開合機構的彈簧底板、壓緊彈 簧、壓緊彈簧緊固件以及緊固件連接桿安裝在所述小車平臺板上，所述小車平臺板上設控 制開合機構轉動并與控制桿鍵連接的防轉鍵，所述控制桿下部通過所述落砂箱底部的漏砂 板和擋砂板，其下端設有開合兩塊擋砂板的擋塊。
7. 根據權利要求6所述的用于室內模型試驗中制備不同密實度砂樣的布砂裝置，其特 征在于：所述支撐架包括四個支撐所述落砂箱四個側板的支架腿，所述支架腿外側分別設 置有防止擋砂板落下時回彈的防回彈擋銷。
【文檔編號】G01N1/28GK104111188SQ201410372349
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月31日 優先權日:2014年7月31日
【發明者】肖昭然, 朱亮亮, 鄭華茂, 劉軼, 王曉明 申請人:河南工業大學