[發明專利]一種用于三軸試驗制樣的小型土工離心機以及制樣方法

有效

• 申請號: 202110366814.7
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113514292B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 王章瓊;白俊龍
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

本發明涉及一種用于三軸試驗制樣的小型土工離心機，包括轉盤、設于所述轉盤上的試樣盒、用于擱置所述轉盤的保護倉以及驅使所述轉盤旋轉的伺服電機，所述試樣盒中設有可裝設試驗土樣的試樣筒，所述保護倉以及所述轉盤均與所述伺服電機的輸出軸同軸設置。還提供一種制樣方法，包括如下步驟：S1，配置試驗土樣；S2，將轉盤放入到保護倉中，并將試驗土樣放入試樣筒，然后將試樣筒放到轉盤上的試樣盒中；S3，采用伺服電機驅使轉盤轉動，并調控所述伺服電機的轉速，使所述試驗土樣處于高速旋轉的離心加速場中；S4，待轉盤停止轉動后，將試樣筒從試樣盒中取出，制得滿足目標壓實度和含水率的均勻試驗土樣。本發明可以有效解決土工模型的縮尺模擬問題。

技術領域

本發明涉及巖土工程領域中三軸試樣制備技術領域，具體為一種用于三軸試驗制樣的小型土工離心機以及制樣方法。

背景技術

在巖土工程中，研究土體性質常要進行常規三軸試驗，對試樣的質量、數量上都有較高的要求，而現場工作中原狀樣通常需要切削、包裹、運輸、保存等，導致原狀樣采取成功率較低，鑒于此，室內試驗多采用重塑試樣進行相關研究。

目前針對擾動土采用的傳統制樣設備，存在以下缺陷：

(1)常規三軸試驗制樣通常采用擊實法，該法在制備過程中需要分層，每層高度通常用肉眼憑經驗判斷，而且各層受到的擊實功不同，層間存在結構面，余土高度也不易控制，以上因素會導致試樣的含水率和密度各層間不均勻，不同試樣間的差別也會比較大；對于稍高含水率試樣的制備，擊實時易形成彈簧土，上述不足也會更加明顯；此外，該方法操作過程復雜，制備試樣的含水率、密度不均勻，制備稍高含水率的試樣較困難。

(2)采用壓實制樣法得到試樣較分層擊實法得到試樣的均勻性有了一定的提升，避免了“層間薄弱帶”的產生，但沿試樣高度方向，試樣頂部與底部的密度和含水率依舊存在較大差異，往往存在試樣密度由一端向另一端逐漸變化。

(3)在認識到分層擊實制樣不均勻性缺陷后，又衍生出了兩頭壓實法，該方法雖使單個試樣的均勻性得到很大提升，但通常試樣的中間密度較兩端密度小，且無法批量制作相同試樣，致使平行試驗結果的離散性較大。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于三軸試驗制樣的小型土工離心機以及制樣方法，通過利用土工離心機高速旋轉產生的超重力場，可以有效解決土工模型的縮尺模擬問題，可利用模型真實再現土木工程的原型特性，為研究實際土木工程問題提供了有效的手段。

為實現上述目的，本發明實施例提供如下技術方案：一種用于三軸試驗制樣的小型土工離心機，包括轉盤、設于所述轉盤上的試樣盒、用于擱置所述轉盤的保護倉以及驅使所述轉盤旋轉的伺服電機，所述試樣盒中設有可裝設試驗土樣的試樣筒，所述保護倉以及所述轉盤均與所述伺服電機的輸出軸同軸設置；將所述伺服電機的轉速設置為n，F＝ma，其中m為壓力蓋的質量，a為離心加速度，r為轉盤半徑。

進一步，還包括用于支撐所述保護倉的固定支架，所述固定支架包括均勻設于所述保護倉正下方的多根支撐桿，每一所述支撐桿均通過底座固定。

進一步，還包括用于調整和固定所述伺服電機的位置的固定環，所述固定環設于各所述支撐桿的中間且所述固定環通過多根連接桿與各所述支撐桿連接。

進一步，所述保護倉包括具有內腔的保護桶以及蓋設于所述保護桶上的保護蓋，所述轉盤設于所述保護桶的內腔中。

進一步，所述保護蓋包括固定保護蓋以及與所述固定保護蓋鉸接的活動保護蓋，所述保護桶的外緣上設有塔扣扣眼，所述活動保護蓋上具有可與所述塔扣扣眼配合鎖定的塔扣扣頁。

進一步，所述活動保護蓋和所述固定保護蓋的連接處設有限位器。

進一步，所述試樣盒包括用于盛放試驗土樣的試樣筒以及可蓋設于所述試樣筒上的壓力蓋。

進一步，所述試樣筒上設有用于檢測所述壓力蓋和所述試樣筒接觸的壓力傳感器。