本發(fā)明涉及巖土工程試驗(yàn)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種砂雨法制空心圓柱試樣的裝置及其制樣方法。

背景技術(shù)：

在室內(nèi)土工實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于使用不同制備方法制備出的試樣，即使有著相同的密度和應(yīng)力狀態(tài)，其應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)和抗液化能力也是不同的。因此，試樣的制備方法對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果有著很大的影響。

最初，室內(nèi)對(duì)自然沉積土的試驗(yàn)都是用原狀樣。然而對(duì)于砂土，很難獲得原狀樣，因?yàn)樗鼈兒苋菀妆粩_動(dòng)且基本難以恢復(fù)。一種有效地獲得原狀樣的方法是凍結(jié)取樣，但是這種方法耗費(fèi)很高，且適用范圍很小。在實(shí)驗(yàn)室中制備試樣最常用的方法就是重塑土樣，進(jìn)行土樣重塑的最主要目的就是與原狀土樣有著相同或相似的力學(xué)性質(zhì)和土體結(jié)構(gòu)。為了滿足這一要求，實(shí)驗(yàn)室常用以下四種方法對(duì)砂土進(jìn)行重塑：振動(dòng)法、擊實(shí)法、插搗法以及砂雨法。其中，使用砂雨法制備出的試樣，其物理性質(zhì)更接近于天然砂土層。然而，現(xiàn)有的砂雨法制樣存在著很多問題：試樣的均勻性難以保證；整個(gè)過程需要人工操作等，而且對(duì)于空心圓柱試樣，還未有一種可靠的砂土制樣設(shè)備。因此，需要開發(fā)新的砂雨法制樣設(shè)備與制樣方法以保證空心圓柱試樣的均勻性與可重復(fù)性，同時(shí)降低制樣時(shí)間，提高制樣效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種砂雨法制空心圓柱試樣的裝置，其操作簡(jiǎn)單，制備的試樣飽和度高、粒度分布均勻，同時(shí)，制備的試樣可重復(fù)性高，使得砂土的重塑試樣和原狀土有著相似的力學(xué)性質(zhì)和土體結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種砂雨法制空心圓柱試樣的裝置的制樣方法，其操作簡(jiǎn)單，制樣過程可連續(xù)進(jìn)行。

本發(fā)明的實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種砂雨法制空心圓柱試樣的裝置，其包括底座以及升降系統(tǒng)、儲(chǔ)砂裝置、制樣模具、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)和噴霧系統(tǒng)；制樣模具設(shè)置于旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，并由旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)帶動(dòng)制樣模具旋轉(zhuǎn)，儲(chǔ)砂裝置與升降系統(tǒng)連接并由升降系統(tǒng)帶動(dòng)相對(duì)于制樣模具往復(fù)運(yùn)動(dòng)，儲(chǔ)砂裝置與制樣模具位置對(duì)應(yīng)，儲(chǔ)砂裝置設(shè)置有旋轉(zhuǎn)開關(guān)，噴霧系統(tǒng)的噴頭朝向儲(chǔ)砂裝置與制樣模具之間并用于對(duì)從儲(chǔ)砂裝置落下的介質(zhì)噴霧。

一種砂雨法制空心圓柱試樣的裝置的制樣方法，其包括以下步驟：關(guān)閉儲(chǔ)砂裝置的旋轉(zhuǎn)開關(guān)，根據(jù)所需試樣的相對(duì)密度計(jì)算出所需砂土質(zhì)量，并倒入儲(chǔ)砂裝置中。

根據(jù)所需試樣的相對(duì)密度計(jì)算出所需砂土質(zhì)量，并置于儲(chǔ)砂裝置中。

根據(jù)所需試樣的相對(duì)密度計(jì)算出落距，落距為儲(chǔ)砂裝置靠近制樣模具的一端面與制樣模具間內(nèi)的試樣堆積面之間的相對(duì)間距。

打開升降系統(tǒng)，然后打開儲(chǔ)砂裝置的旋轉(zhuǎn)開關(guān)以及噴霧系統(tǒng)的噴頭，開始制樣，通過升降系統(tǒng)帶動(dòng)儲(chǔ)砂裝置運(yùn)動(dòng)以保持在制樣過程中落距不變，通過旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)帶動(dòng)制樣模具旋轉(zhuǎn)以保證在制樣過程中每層試樣堆積面密度均勻。

當(dāng)試樣全部落入制樣模具后，完成制樣。

本發(fā)明提供的砂雨法制空心圓柱試樣的裝置及其制樣方法的有益效果是：通過升降系統(tǒng)帶動(dòng)儲(chǔ)砂裝置向上移動(dòng)，隨著制樣模具中砂土的不斷升高，儲(chǔ)砂裝置也隨之升高，保證了砂土的落距一致，使試樣更加均勻。儲(chǔ)砂裝置可一次性裝填制一個(gè)試樣所需的全部砂土，制樣過程可連續(xù)進(jìn)行，因此避免了在制樣過程中因停止加砂土而導(dǎo)致的試樣不均勻，旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)帶動(dòng)制樣模具旋轉(zhuǎn)以保證在制樣過程中每層試樣堆積面密度均勻，通過該裝置制出的試樣為空心圓柱試樣。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對(duì)范圍的限定，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的砂雨法制空心圓柱試樣的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的升降系統(tǒng)的第一視角的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的升降系統(tǒng)的第二視角的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的鐵塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的連接件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的儲(chǔ)砂裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的噴霧系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的制樣模具的第一視角的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的制樣模具的第二視角的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖標(biāo)：100-砂雨法制空心圓柱試樣的裝置；110-傳動(dòng)裝置；200-底座；300-旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)；310-支架；311-圓形托盤；312-圓形桿件；320-制樣模具；321-第一空心圓柱體；322-第二空心圓柱體；323-試樣；324-空隙；330-第一傳動(dòng)輪；340-第二傳動(dòng)輪；350-調(diào)速電機(jī)；360-第一齒輪；370-第二齒輪；380-傳動(dòng)軸；390-皮帶；400-升降系統(tǒng)；410-支撐架；411-第一支撐架；412-第二支撐架；413-螺栓；420-動(dòng)力裝置；430-第一定滑輪；440-第二定滑輪；450-滑動(dòng)裝置；451-鐵塊；452-連接件；453-固定件；454-支撐桿；455-滑輪；460-儲(chǔ)砂裝置；461-旋轉(zhuǎn)開關(guān)；462-空心圓柱體；463-出砂口；470-電動(dòng)卷線器；480-鋼絲繩；500-噴霧系統(tǒng)；510-圓柱形水管；520-水管彎頭；530-噴頭；531-開關(guān)。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計(jì)。

因此，以下對(duì)在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，或者是該發(fā)明產(chǎn)品使用時(shí)慣常擺放的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

此外，術(shù)語“水平”、“豎直”、“懸垂”等術(shù)語并不表示要求部件絕對(duì)水平或懸垂，而是可以稍微傾斜。如“水平”僅僅是指其方向相對(duì)“豎直”而言更加水平，并不是表示該結(jié)構(gòu)一定要完全水平，而是可以稍微傾斜。

在本發(fā)明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“設(shè)置”、“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

第一實(shí)施例

請(qǐng)參照?qǐng)D1，本實(shí)施例提供一種砂雨法制空心圓柱試樣的裝置100，包括底座200以及升降系統(tǒng)400、儲(chǔ)砂裝置460、制樣模具320、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)300和噴霧系統(tǒng)500。儲(chǔ)砂裝置460與制樣模具320位置對(duì)應(yīng)。

結(jié)合圖1、圖2及圖3，升降系統(tǒng)400包括支撐架410、滑動(dòng)裝置450以及帶動(dòng)滑動(dòng)裝置450往復(fù)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置420。支撐架410設(shè)置于底座200，滑動(dòng)裝置450設(shè)置于支撐架410，滑動(dòng)裝置450與儲(chǔ)砂裝置460相連接。

優(yōu)選地，支撐架410包括第一支撐架411、一端帶有刻度線的第二支撐架412。

本實(shí)施例中，第一支撐架411的一端與第二支撐架412的一端固定連接，優(yōu)選地，第一支撐架411的一端與第二支撐架412的一端通過螺栓413固定連接。本實(shí)施例中，第一支撐架411優(yōu)選為橫截面為正方形的空心支撐架，但不限于此，還可以選擇橫截面為長(zhǎng)方形、菱形、圓形、橢圓形等的空心支撐架。第一支撐架411的另一端與底座200固定連接，優(yōu)選地，第一支撐架411的另一端與底座200通過卡扣裝置(圖未示)連接，即可以在底座200上設(shè)置卡槽(圖未示)，在第一支撐架411上設(shè)置與卡槽相配合的卡扣(圖未示)，或在底座200上設(shè)置卡扣，在第一支撐架411上設(shè)置與卡扣相配合的卡槽。

優(yōu)選地，動(dòng)力裝置420包括第一定滑輪430、第二定滑輪440、電動(dòng)卷線器470和鋼絲繩480。

本實(shí)施例中，第二支撐架412的相對(duì)兩端面為凹形槽，第一定滑輪430設(shè)置于第一支撐架411遠(yuǎn)離第二支撐架412的一端，第二定滑輪440設(shè)置于第二支撐架412遠(yuǎn)離第一支撐架411的一端。

結(jié)合圖3、圖4及圖5，滑動(dòng)裝置450設(shè)置于第二支撐架412朝向制樣模具320的一側(cè)面，本實(shí)施例中，滑動(dòng)裝置450優(yōu)選為一端設(shè)置有滑輪455的鐵塊451，第二支撐架412設(shè)置有滑輪455相配合的滑軌(圖未示)，鐵塊451通過滑輪455滑動(dòng)設(shè)置滑軌。本實(shí)施例中滑輪455的數(shù)量為2個(gè)，但不限于此，還可以為1個(gè)或2個(gè)以上。

鐵塊451與儲(chǔ)砂裝置460通過連接件452連接，優(yōu)選地，連接件452包括固定件453和支撐桿454，支撐桿454的一端與固定件453固定連接，另一端與鐵塊451固定連接，優(yōu)選地，固定件453為大小與儲(chǔ)砂裝置460相配合的圓環(huán)，用于固定儲(chǔ)砂裝置460。

結(jié)合圖3及圖6，儲(chǔ)砂裝置460上設(shè)置有旋轉(zhuǎn)開關(guān)461，優(yōu)選地，本實(shí)施例中，儲(chǔ)砂裝置460包括空心圓柱體462和出砂口463，優(yōu)選地，空心圓柱體462和出砂口463可拆卸連接，例如通過螺紋連接。因?yàn)椴煌闹茦铀璧南鄬?duì)密度不同，所需的出砂口463的形狀也不相同，這樣設(shè)置便于更換出砂口463的類型。

鋼絲繩480的一端連接鐵塊451，另一端繞過第一定滑輪430和第二定滑輪440與電動(dòng)卷線器470連接。電動(dòng)卷線器470與底座200固定連接，優(yōu)選地，電動(dòng)卷線器470與底座200通過卡扣裝置(圖未示)連接，即可以在底座200上設(shè)置卡槽(圖未示)，在電動(dòng)卷線器470上設(shè)置與卡槽相配合的卡扣(圖未示)，或在底座200上設(shè)置卡扣，在電動(dòng)卷線器470上設(shè)置與卡扣相配合的卡槽。

升降系統(tǒng)400的工作原理是通過電動(dòng)卷線器470帶動(dòng)第一定滑輪430、第二定滑輪440、滑動(dòng)裝置450向上移動(dòng)，滑動(dòng)裝置450帶動(dòng)儲(chǔ)砂裝置460向上移動(dòng)，隨著制樣模具320中試樣323的不斷升高，出砂口463也隨之升高，保證了試樣323的落距一致，使試樣323更加均勻。

結(jié)合圖1及圖7，本實(shí)施例中，噴霧系統(tǒng)500包括圓柱形水管510、水管彎頭520以及噴頭530，優(yōu)選地，噴頭530為噴霧式噴頭，朝向儲(chǔ)砂裝置460與制樣模具320之間并用于對(duì)從儲(chǔ)砂裝置460落下的介質(zhì)噴霧。圓柱形水管510和噴頭530通過水管彎頭520連接，。底座200設(shè)置有通水水管(圖未示)，圓柱形水管510與通水水管連通。優(yōu)選地，噴頭530設(shè)置有開關(guān)531，用于控制噴頭530的開合。

結(jié)合圖1及圖8，旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)300包括支架310和傳動(dòng)裝置110，支架310設(shè)置于底座200，制樣模具320設(shè)置于支架310，支架310與傳動(dòng)裝置110相連，并由傳動(dòng)裝置110帶動(dòng)支架310旋轉(zhuǎn)。

本實(shí)施例中，傳動(dòng)裝置110包括第一傳動(dòng)輪330、第二傳動(dòng)輪340、調(diào)速電機(jī)350、第一齒輪360以及與第一齒輪360相互咬合的第二齒輪370。支架310設(shè)置于第一傳動(dòng)輪330，第一齒輪360設(shè)置于第二傳動(dòng)輪340，第一傳動(dòng)輪330和第二傳動(dòng)輪340通過皮帶390連接，第二齒輪370與調(diào)速電機(jī)350相連接。

優(yōu)選地，支架310包括圓形托盤311和圓形桿件312，圓形桿件312的一端與圓形托盤311固定連接，圓形桿件312的另一端與第一傳動(dòng)輪330固定連接。制樣模具320設(shè)置于圓形托盤311上。

結(jié)合圖9和圖10，本實(shí)施例中制樣模具320包括第一空心圓柱體321和第二空心圓柱體322，第一空心圓柱體321套設(shè)于第二空心圓柱體322，并在兩者之間形成裝試樣323的空隙324，即第一空心圓柱體321的內(nèi)壁與第二空心圓柱體322的外壁之間形成有裝試樣323的空隙324，優(yōu)選地，第一空心圓柱體321的內(nèi)壁和第二空心圓柱體322外壁均設(shè)置有橡皮膜，在起到隔離作用的同時(shí)，也便于將制好的試樣323移動(dòng)到試驗(yàn)儀器上進(jìn)行研究；更優(yōu)選的，第二空心圓柱體322靠近儲(chǔ)砂裝置460的一端開口處采用橡皮膜進(jìn)行封閉，這樣避免在制樣的過程中試樣323落入第二空心圓柱體322內(nèi)，這樣確保制出的為空心圓柱試樣。制樣模具320的圓心與圓形托盤311的圓心重合，避免在旋轉(zhuǎn)的過程中將制樣模具320甩出圓形托盤311，同時(shí)使儲(chǔ)砂裝置460的出砂口463的位置與制樣模具320的空隙324相對(duì)應(yīng)，保證了從出砂口463落下的砂土能夠全部落入制樣模具320的空隙324中。第一齒輪360與第二傳動(dòng)輪340固定連接，第二齒輪370通過傳動(dòng)軸380與調(diào)速電機(jī)350相連接，使第一齒輪360與第二齒輪370能在垂直方向上進(jìn)行咬合。其中，第一傳動(dòng)輪330與第二傳動(dòng)輪340通過皮帶390連接并轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置于底座200。

旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)300的工作原理是通過調(diào)速電機(jī)350帶動(dòng)第二齒輪370轉(zhuǎn)動(dòng)，通過第二齒輪370帶動(dòng)第一齒輪360、第二傳動(dòng)輪340轉(zhuǎn)動(dòng)，第二傳動(dòng)輪340通過皮帶390帶動(dòng)第一傳動(dòng)輪330轉(zhuǎn)動(dòng)，第一傳動(dòng)輪330帶動(dòng)支架310與制樣模具320轉(zhuǎn)動(dòng)。

第二實(shí)施例

砂雨法制空心圓柱試樣的裝置100的制樣方法，首先根據(jù)試驗(yàn)的方案來確定所需試樣323的相對(duì)密度，本實(shí)施例中試樣323采用砂土試樣，然后關(guān)閉儲(chǔ)砂裝置460的旋轉(zhuǎn)開關(guān)461，根據(jù)所需試樣323的相對(duì)密度計(jì)算出所需砂土質(zhì)量，并置于儲(chǔ)砂裝置460中。

然后根據(jù)所需試樣323的相對(duì)密度計(jì)算出落距，落距為儲(chǔ)砂裝置460靠近制樣模具320的一端面即出砂口463與制樣模具320間內(nèi)的試樣堆積面之間的相對(duì)間距，通過滑動(dòng)裝置450調(diào)節(jié)儲(chǔ)砂裝置460的高度，通過第二支撐架412的刻度線來確定落距。

根據(jù)落距及出砂口463的出砂量來設(shè)定電動(dòng)卷線器470以及調(diào)速電機(jī)350的轉(zhuǎn)速以保持在制樣過程中落距不變，同時(shí)保證在制樣過程中每層試樣323堆積面密度均勻。

打開調(diào)速電機(jī)350，然后打開儲(chǔ)砂裝置460的旋轉(zhuǎn)開關(guān)461、電動(dòng)卷線器470以及噴頭530，開始制樣。

當(dāng)砂土全部落入制樣模具320，關(guān)閉電動(dòng)卷線器470、調(diào)速電機(jī)350以及噴頭530，完成制樣。

綜上所述，本發(fā)明通過升降系統(tǒng)400帶動(dòng)儲(chǔ)砂裝置460向上移動(dòng)，隨著制樣模具320中砂土的不斷升高，出砂口463也隨之升高，保證了砂土的落距一致，使砂土更加均勻。儲(chǔ)砂裝置460可一次性裝填制一個(gè)樣品所需的全部砂土，制樣過程可連續(xù)進(jìn)行，因此避免了在制樣過程中因停止加砂土而導(dǎo)致的試樣323不均勻，旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)300帶動(dòng)制樣模具320旋轉(zhuǎn)以保證在制樣過程中每層試樣323堆積面密度均勻。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。