[發明專利]一種模型試驗中制備低擾動高飽和度砂土試樣的裝置及方法

有效

• 申請號: 202110649262.0
• 申請日: 2021-06-08
• 公開（公告）號: CN113702119B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 顧曉強;左康樂;吳德順;梁發云;王琛
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N1/36
• 代理公司: 上海科律專利代理事務所(特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 葉鳳

1.一種模型試驗中制備低擾動高飽和度砂土試樣的裝置，其特征在于：包括模型箱、砂雨裝置、飽和裝置、抽氣設備；模型箱包括模型箱鋁框(47)、透水石(48)、進出水口管接頭(49)、乳膠膜(50)；砂雨裝置包括盛砂漏斗(1)、篩砂鴨嘴(9)、X向滑塊(3)、Y向滑塊(5)；飽和裝置包括飽和桶、儲水桶(21)、真空桶、二氧化碳罐(46)和旋轉電機(15)；抽氣設備包括真空泵(45)和真空管(44)；

模型箱由方形鋁框疊合而成或鋼整體澆筑得到，內部四周邊界上布設乳膠膜(50)；底部設置透水石(48)，透水石上布置濾紙片(51)，濾紙片上盛放砂土模型(52)；

砂雨裝置固定于飽和桶壁(38)外側，其上面布置有一個盛砂漏斗(1)，盛砂漏斗(1)通過導管(8)和篩砂鴨嘴(9)相連，導管(8)通過鎖緊裝置(2)固定于X向滑塊(3)上，可在X向導軌(4)上自由滑動，同時X向導軌(4)可利用Y向滑塊(5)在Y向導軌(6)上自由滑動，因此盛砂漏斗(1)和篩砂鴨嘴(9)可在水平面內兩向自由滑動；

飽和裝置中，其飽和桶內部放置模型箱，其飽和桶蓋上安裝有飽和桶真空調壓閥(43)，可對桶內氣壓進行精密調節；飽和桶蓋上還安裝有真空表(33)，可對內部氣壓進行實時監測；飽和桶壁(38)側面安裝有進氣口(36)和進水口(37)，分別用于調節二氧化碳氣體和飽和液體進入模型箱內部的流速；

飽和裝置中，其儲水桶(21)內部裝有飽和砂土模型(52)的液體，旋轉電機(15)通過旋轉密封裝置(17)固定于儲水桶蓋上，電機旋轉軸和桶內旋轉葉片(23)相連，用于攪拌桶內的液體；儲水桶蓋上還安裝有進水閥(14)、真空表(18)和真空調壓閥(13)，其中真空表(18)和真空調壓閥(13)主要用于監測和精確調節儲水桶內的氣壓；儲水桶下部設有出水口(24)，出水口(24)與精密流量計和流量閥(22)相連，用于精確控制桶內液體的流速；精密流量計和流量閥(22)通過輸水管與飽和桶側面的進水口(37)相連，用于將儲水桶內液體輸入到干砂模型中；

飽和裝置中，其真空桶主要用于冷凝真空泵從儲水桶里抽出的水蒸氣，防止液體對真空泵的損害；真空桶蓋上布置有3個抽氣接口，其中抽氣口一(26)通過真空管與飽和桶蓋上的飽和桶真空調壓閥(43)相連，抽氣口二(27)通過真空管與儲水桶蓋上的真空調壓閥(13)相連，抽氣口三(32)通過真空管與真空泵相連；真空桶蓋上還布置有真空桶上真空表(29)，用于監測桶內氣壓；

抽氣設備中，其真空泵通過真空管與抽氣口三(32)相連，用于抽出飽和桶和儲水桶內部的空氣，形成真空環境；二氧化碳罐(46)通過真空管與飽和桶側面的進氣口(36)相連，并在真空管路上安裝有氣體流速表(53)和流速控制閥(54)，分別監測和控制二氧化碳的輸入速度，目的是防止過快氣體流速擾動模型。

2.根據權利要求1所述的模型試驗中制備低擾動高飽和度砂土試樣的裝置，其特征在于：模型箱底部還安裝有進出水口管接頭(49)，管接頭通過真空管與飽和桶側面的進氣口(36)和進水口(37)和相連，作為飽和液體和二氧化碳的進出通道。

3.根據權利要求1所述的模型試驗中制備低擾動高飽和度砂土試樣的裝置，其特征在于：砂雨裝置的鎖緊裝置(2)側面還安裝有操作手柄(7)，用于水平兩向自由推動盛砂漏斗(1)以制作干砂模型。

4.根據權利要求1或3所述的模型試驗中制備低擾動高飽和度砂土試樣的裝置，其特征在于：鎖緊裝置(2)可實現盛砂漏斗(1)的上下自由滑動，可嚴格控制干砂模型的落距，從而準確控制砂土模型(52)的相對密實度；砂雨裝置底部還安裝有滑輪(11)，便于移動砂雨裝置。

5.根據權利要求1所述的模型試驗中制備低擾動高飽和度砂土試樣的裝置，其特征在于：飽和桶蓋上布置有觀察孔(34)，用于觀察模型箱內部飽和液體的水位高度，初步確認飽和效果；飽和桶蓋上還布置有飽和桶吊環(35)，用于起吊桶蓋；飽和桶蓋和桶體通過一系列飽和桶高強螺栓(40)緊密貼合，從而在桶體內部形成密閉空間。