[發(fā)明專利]一種三自由度人工制備地基土的模型試驗裝置及工作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010567387.4
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111521469B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張勛;胡志平;張亞國;王瑞
• 申請（專利權(quán)）人: 長安大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李鵬威

本發(fā)明公開了一種三自由度人工制備地基土的模型試驗裝置及工作方法，本發(fā)明的模型箱用于裝填試驗用土體，試驗用土體中埋置樁箱基礎(chǔ)模型；通過移動支架、可調(diào)節(jié)橫梁、行走滑輪實現(xiàn)制樣裝置三自由度行走；通過出料鴨嘴和噴霧裝置耦合實現(xiàn)不同含水率地基土制備。本發(fā)明的適用范圍廣、自動化程度高，可精確控制，突破了現(xiàn)有砂雨法試驗裝置只能進行干樣制備的限制，能夠模擬地基土沉積過程，制備一定初始含水率的地基，且撒砂機構(gòu)限制在模型箱范圍內(nèi)移動，能確保模型箱地基土的空間均勻性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于試驗裝置領(lǐng)域，具體涉及一種三自由度人工制備地基土的模型試驗裝置及工作方法。

背景技術(shù)

模型試驗是研究樁基工程復雜問題的重要手段之一，包括1g模型試驗、離心模型試驗和現(xiàn)場試驗，而模型試樣制備是影響試驗結(jié)果的一個非常重要的因素。對砂性土地基，控制制樣質(zhì)量的物理指標主要包括含水量和相對密實度，常用的制樣方法包括砂雨法和分層擊實法(或分層填鋪碾壓法)。

分層擊實法是先根據(jù)相對密實度和含水率計算所需土樣和水的質(zhì)量，然后將水與土料攪拌均勻，裝入塑料袋或密閉容器中靜置20小時以上，以便土樣含水率均勻，當土樣含水率與目標含水率差別超過1％時，還需要對土樣含水率進行調(diào)整，再將準備好土樣后分層填鋪，分層擊實或碾壓，且控制每層填料質(zhì)量相等，每擊實完一層將表面刨毛，直到最后一層。這種方法的缺點在于自動化水平低，人工填鋪、擊實或碾壓難以保證每層的均勻性，同時，采用密閉并靜置的方式使?jié)駱雍示鶆颍臅r長，效率低、效果差。

相對而言，砂雨法采用撒砂設(shè)備在一定移動速度下按照設(shè)定落距制樣，能模擬地基土體自然沉積過程，已經(jīng)廣泛應用于樁基模型試驗，然而其仍然存在以下幾個問題：①砂雨法現(xiàn)有裝置適宜制備干樣地基土，無法制備具有一定初始含水率的砂性土試樣；②目前砂雨法散撒裝置的在空間的移動控制與模型箱是獨立的，會因移動速度、落距的誤差導致落砂顆粒的排列和接觸不同，引起相同控制指標下模型箱砂土地基空間分布的差異，進而影響試驗對比分析結(jié)果的有效性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種三自由度人工制備地基土的模型試驗裝置及工作方法，能夠合理模擬一定初始含水率地基土沉積過程，又能與模型箱耦合控制散撒機構(gòu)空間移動，提高模型箱中制樣均勻性和效率。

為了達到上述目的，一種三自由度人工制備地基土的模型試驗裝置，包括模型箱、三自由度行走機構(gòu)、出料裝置及噴霧裝置；

三自由度行走機構(gòu)包括可移動支架，可移動支架底部設(shè)置有行走滑輪，模型箱頂部兩側(cè)的翻沿上設(shè)置有滑道，行走滑輪置于滑道內(nèi)，可移動支架頂部設(shè)置有承插式橫梁，承插式橫梁上設(shè)置有滑槽，滑槽內(nèi)設(shè)置有滑輪，滑輪連接存料桶，存料桶的底部開設(shè)有出料鴨嘴；

噴霧裝置設(shè)置在存料桶的一側(cè)。

模型箱包括角鋼框架以及鋼板、加固槽鋼和有機玻璃，角鋼框架的左右兩面通過有機玻璃密封成型，角鋼框架的前面和后面焊接鋼板成型，加固槽鋼設(shè)置設(shè)置在角鋼框架的中間部位。

可移動支架上開設(shè)有若干位置對應的插銷，橫梁通過插銷固定在兩個可移動支架之間。

存料桶通過鋼絲繩固定在滑輪上。

噴霧裝置包括軟管，軟管的一端連接液體入口，另一端設(shè)置有蓮蓬頭，軟管上設(shè)置有流量計。

噴霧裝置通過固定夾固定在存料桶上。

行走滑輪和滑輪均連接伺服控制系統(tǒng)，伺服控制系統(tǒng)用于控制行走滑輪和滑輪的轉(zhuǎn)動與停止。

一種三自由度人工制備地基土的模型試驗裝置的工作方法，包括以下步驟：

步驟一，設(shè)定行走滑輪沿模型箱長寬方向的移動速度，并調(diào)節(jié)承插式橫梁的豎向高度，控制出料鴨嘴的落距，調(diào)節(jié)滑輪調(diào)整存料桶的位置；