[發明專利]一種用于制備土工離心模型試驗的砂雨裝置及其制備方法

在審

• 申請號: 201710103081.1
• 申請日: 2017-02-24
• 公開（公告）號: CN106596231A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 丁磊;刁紅國;王德;郭金平;樊文杰;司雙;喬炳乾;傅蕾蕾;何栓;陸晶;張德玲
• 申請（專利權）人: 宿遷電力設計院有限公司;河海大學;國網江蘇省電力公司宿遷供電公司;國網江蘇省電力公司;國家電網公司
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N9/04
• 代理公司: 南京君陶專利商標代理有限公司32215
• 代理人: 奚勝元,奚曉寧

技術領域

本發明一種用于制備土工離心模型試驗的砂雨裝置及其制備方法屬于巖土工程物理模擬技術領域，是一種用于制備土工離心模型試驗的砂雨裝置和方法。

背景技術

砂雨法是將砂土顆粒的重力勢能轉化為動能，利用砂土顆粒之間的沖擊和碰撞使砂粒重新排列，從而獲得一定的密度。因其制樣過程與水流沉積、風積砂土層的天然形成過程很接近，是目前無黏性土常用的四種制樣方法之一，也被廣泛應用于土工離心模型試驗。砂雨法主要通過控制相對密度獲得均質的砂土試樣，但利用該方法影響砂土試樣質量的影響很多，包括落距、出砂口尺寸、出砂口總流量、出砂口移動路徑和平均移動速度等。

現有的砂雨裝置大多在采用調整落距作為主要控制因素的基礎上進行改進。例如，中國專利（ZL201310506570.3）公開了一種自動控制落距的砂雨裝置，通過自動升降臺座實現模型箱的移動，從而保證落距不變；李浩等人（巖土工程學報，2014,36（10）：1872-1878）公開了一種設有路徑導引裝置的砂雨裝置，可以實現出砂口沿預定路徑移動；趙維和李志陽（人民長江，2015,46（13）：73-77）公開了一種自動撒砂裝置，可以控制出砂口的移動速度、路徑、行程等運動參數。

但是，上述砂雨裝置中出砂口的截面積都遠小于模型箱，出砂口在撒砂過程中還需要水平向移動，從而不可避免地又引入出砂口移動路徑和平均移動速度兩種影響因素，導致砂土試樣的整體均勻性和可重復性難以保證。

發明內容

本發明的目的是針對上述不足之處提供一種用于制備土工離心模型試驗的砂雨裝置及其制備方法，操作方便，克服了出砂口移動路徑和平均移動速度因素對砂樣質量的影響。

本發明是采取以下技術方案實現的：

一種用于制備土工離心模型試驗的砂雨裝置，包括懸掛式電子秤、制動滑輪、砂箱和模型箱，所述懸掛式電子秤、制動滑輪和砂箱之間通過吊繩依次連接；砂箱頂部內嵌有圓水準器，用以保證砂箱的水平；砂箱底部設有出砂口和激光測距儀；所述出砂口均勻分布并貫通于砂箱底部，出砂口為上大下小的漏斗形，在出砂口的兩端開口處分別設有篩網，出砂口內設有電動球閥；所述電動球閥由電動執行機構和球閥共同構成；

在砂箱的側壁外部上設有控制面板；控制面板上設有控制旋鈕和電子屏幕，所述控制旋鈕與所述電動球閥的電動執行機構的輸入控制端通過導線相連，通過控制旋鈕調節電動執行機構的輸入信號大小，從而調節電動球閥的閉合程度，從而調節出砂口的流量；所述電子屏幕通過單片機與激光測距儀相連，在電子屏幕上顯示激光測距儀測量后的讀數。

在控制面板上還設有總開關，所述總開關分別與電子屏幕和激光測距儀的控制開關相連，通過總開關控制電子屏幕和激光測距儀的開關。

所述單片機采用市售的MCS89C52單片機。

所述電子屏幕采用市售的LCD液晶顯示屏或LED顯示屏。

所述制動滑輪包括雙排滾輪和制動閥，制動閥安裝在雙排滾輪側面，用以約束雙排滾輪的轉動。

所述激光測距儀設置在砂箱底部中心，激光測距儀的下端與出砂口的下端平齊，實時測量出砂口下端與模型箱內砂土表面之間的距離，即落距。

所述控制面板對稱安置在砂箱側壁。

所述出砂口的分布范圍不小于模型箱底部截面尺寸。

所述電動球閥的閉合程度與出砂口的流量成正比。

所述裝置在使用時，通過調節制動滑輪直至圓水準器的氣泡保持居中，從而調節砂箱的水平性；制動閥約束雙排滾輪的轉動，保證砂箱在整個撒砂過程中保持水平，進而使得各出砂口處的砂土落距相等。

所述電動球閥和電動執行機構采用市售的電動V型球閥套裝組。

一種用于制備土工離心模型試驗的砂雨的制備方法，包括步驟如下：

1）通過調節控制旋鈕打開電動球閥，保證出砂口的流量為定值后，將此時控制旋鈕的位置為標定位置；同時標定砂土密度與落距的關系，確定試驗要求砂土密度對應的落距H；

2）在電動球閥關閉狀態下，調節制動滑輪直至圓水準器中的氣泡保持居中，保證砂箱的水平；

3）垂直移動吊繩至出砂口下端初始位置與模型箱內底的距離達到步驟1）中的標定落距H，同時記錄懸掛式電子秤的初始讀數；

4）調節控制旋鈕至步驟1）中的標定位置，打開電動球閥，開始撒砂；

5）通過調節砂箱高度，保證電子屏幕上顯示的激光測距儀的讀數始終為落距H，即出砂口下端與模型箱內砂土表面的距離始終不變；