本發(fā)明專利涉及一種用于霍普金森試驗(yàn)中凍土碎塊收集和篩分的裝置。

背景技術(shù)：

凍土，是一種由土顆粒、冰、液態(tài)水和氣體四種基本成分所組成的非均質(zhì)材料，由于凍土內(nèi)部冰的存在，導(dǎo)致凍土表現(xiàn)出強(qiáng)烈的溫度敏感性。凍土的動(dòng)力學(xué)性能是凍土力學(xué)的重要組成部分，主要研究動(dòng)荷載作用下凍土的變形和強(qiáng)度特征及土體的穩(wěn)定性。霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)技術(shù)是研究材料在中高應(yīng)變率條件下動(dòng)力學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)方法，具有操作方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及加載波形容易控制等優(yōu)點(diǎn)，很多國(guó)內(nèi)外學(xué)者已將其應(yīng)用到凍土材料方面的研究。凍土試樣在受到?jīng)_擊荷載作用后，通常會(huì)呈粉碎狀破壞，此時(shí)不同粒徑的凍土碎塊將以很大的速度向四周飛濺，將會(huì)造成碎塊收集不易、碎塊碰撞導(dǎo)致二次破碎以及土體內(nèi)的冰融化等一系列問(wèn)題，必將導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性降低。在中國(guó)實(shí)用新型專利說(shuō)明書(shū)CN205317567U中公開(kāi)了一種用于霍普金斯壓桿的碎塊收集和安全防護(hù)的裝置，這種裝置通過(guò)在防護(hù)箱上設(shè)置桿孔，在防護(hù)箱下方安置收集箱，能夠回收沖擊后的碎塊。在中國(guó)實(shí)用新型專利說(shuō)明書(shū)CN204536107U中公開(kāi)了一種用于霍普金斯壓桿的碎塊收集和防護(hù)的裝置，包括半圓形防護(hù)蓋、收料盒和底座，半圓形防護(hù)蓋用于碎塊的反彈，底座起到固定作用，收料盒用于收集碎塊。

在上述兩種碎塊收集和防護(hù)裝置中，由于其考慮的對(duì)象僅僅是強(qiáng)度較高的脆性材料，如巖石、混凝土等，而并未針對(duì)凍土材料在受到?jīng)_擊荷載作用后的破壞特征進(jìn)行處理，如凍土碎塊飛濺時(shí)與防護(hù)蓋碰撞，會(huì)導(dǎo)致凍土二次破碎；凍土在收到?jīng)_擊作用后由于瞬時(shí)高溫作用導(dǎo)致凍土軟化，與防護(hù)蓋碰撞時(shí)土樣會(huì)粘結(jié)在防護(hù)蓋上；碎塊收集過(guò)程中由于環(huán)境溫度變化導(dǎo)致碎塊變形等問(wèn)題。且其僅僅對(duì)沖擊后的碎塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的收集，而在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)分析時(shí)，通常需要將收集的碎塊進(jìn)行粒徑篩分處理，若不能在第一時(shí)間對(duì)凍土碎塊進(jìn)行篩分，后續(xù)的篩分步驟必將由于人為原因引起數(shù)據(jù)誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明專利提供了一種用于霍普金森試驗(yàn)中凍土碎塊收集和篩分的裝置。這種裝置針對(duì)凍土材料的溫度敏感性和沖擊后的軟化特性，能夠高效收集沖擊后的凍土碎塊，并能實(shí)現(xiàn)收集后自動(dòng)篩分碎塊粒徑的目的。

實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)解決方案如下：

一種用于霍普金森試驗(yàn)中凍土碎塊收集和篩分的裝置，由外層半圓形防護(hù)蓋、內(nèi)層半圓形防護(hù)蓋、內(nèi)層滑板、支撐架、支撐底座、刮土轉(zhuǎn)輪、電動(dòng)振動(dòng)篩、定位銷、活頁(yè)鉸鏈、通風(fēng)孔、低溫溫度計(jì)、導(dǎo)線孔、桿孔、轉(zhuǎn)輪孔、卡槽、螺桿、支撐桿、可控溫試驗(yàn)箱、控制電源、溫度控制系統(tǒng)和導(dǎo)線組成。外層半圓形防護(hù)蓋和內(nèi)層半圓形防護(hù)蓋通過(guò)耐低溫強(qiáng)力膠粘合組成防護(hù)蓋；內(nèi)層滑板與防護(hù)蓋通過(guò)耐低溫強(qiáng)力膠粘合；防護(hù)蓋通過(guò)活頁(yè)鉸鏈和定位銷與支撐架連接；支撐架一側(cè)設(shè)有定位銷和活頁(yè)鉸鏈，支撐架下部設(shè)有通風(fēng)孔，支撐架上設(shè)有桿孔和卡槽，支撐架下方設(shè)置有支撐底座，支撐架內(nèi)部設(shè)有低溫溫度計(jì)；支撐桿通過(guò)耐低溫強(qiáng)力膠粘結(jié)在電動(dòng)振動(dòng)篩左右兩側(cè)；控溫試驗(yàn)箱設(shè)有桿孔和轉(zhuǎn)輪孔；防護(hù)蓋上設(shè)有轉(zhuǎn)輪孔；支撐架和可控溫試驗(yàn)箱上均設(shè)有導(dǎo)線孔；電動(dòng)振動(dòng)篩通過(guò)導(dǎo)線與控制電源相連；控制電源可置于可控溫試驗(yàn)箱外；可控溫試驗(yàn)箱通過(guò)導(dǎo)線與溫度控制系統(tǒng)相連。

上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于，由于內(nèi)層防護(hù)蓋使用耐低溫軟橡膠制作，可有效的防止沖擊后凍土碎塊撞擊防護(hù)蓋導(dǎo)致的二次破碎，提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度。沖擊后凍土碎塊粘在防護(hù)蓋上的粘性顆?？捎晒瓮赁D(zhuǎn)輪刮下，盡可能的收集到更多的凍土碎塊。內(nèi)層滑板有助于凍土碎塊向電動(dòng)振動(dòng)篩移動(dòng)。電動(dòng)振動(dòng)篩可在試驗(yàn)后第一時(shí)間對(duì)凍土碎塊進(jìn)行篩分處理，保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。整個(gè)破碎和篩分過(guò)程保持在可控溫試驗(yàn)箱內(nèi)，可降低由于凍土溫度敏感性造成的凍土碎塊狀態(tài)變化。

附圖說(shuō)明

圖1是沿霍普金斯壓桿徑向的裝置剖面示意圖。

圖2是沿霍普金斯壓桿環(huán)向的裝置剖面示意圖。

圖3是電動(dòng)振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是刮土轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是可控溫試驗(yàn)箱結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是內(nèi)層滑板、防護(hù)蓋和支撐架結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明：1-外層半圓形防護(hù)蓋，2-內(nèi)層半圓形防護(hù)蓋，3-內(nèi)層滑板，4-支撐架，5-支撐底座，6-刮土轉(zhuǎn)輪，7-電動(dòng)振動(dòng)篩，8-定位銷，9-活頁(yè)鉸鏈，10-通風(fēng)孔，11-低溫溫度計(jì)，12-導(dǎo)線孔，13-桿孔，14-轉(zhuǎn)輪孔，15-卡槽，16-螺桿，17-支撐桿，18-可控溫試驗(yàn)箱，19-控制電源，20-溫度控制系統(tǒng)，21-導(dǎo)線，22-凍土試樣，23-霍普金斯壓桿，24-轉(zhuǎn)動(dòng)把手，25-轉(zhuǎn)動(dòng)桿，26-刮土葉，27-篩網(wǎng)。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明專利做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：

如圖1～圖6所示的一種用于霍普金森試驗(yàn)中凍土碎塊收集和篩分的裝置，包括外層半圓形防護(hù)蓋1、內(nèi)層半圓形防護(hù)蓋2、內(nèi)層滑板3、支撐架4、支撐底座5、刮土轉(zhuǎn)輪6、電動(dòng)振動(dòng)篩7、定位銷8、活頁(yè)鉸鏈9、通風(fēng)孔10、低溫溫度計(jì)11、導(dǎo)線孔12、桿孔13、轉(zhuǎn)輪孔14、卡槽15、螺桿16、支撐桿17、可控溫試驗(yàn)箱18、控制電源19、溫度控制系統(tǒng)20、導(dǎo)線21、凍土試樣22、霍普金斯壓桿23、轉(zhuǎn)動(dòng)把手24、轉(zhuǎn)動(dòng)桿25、刮土葉26和篩網(wǎng)27。上述各部分中，外層半圓形防護(hù)蓋1、支撐架4、支撐底座5、刮土轉(zhuǎn)輪6、電動(dòng)振動(dòng)篩7、定位銷8、活頁(yè)鉸鏈9、低溫溫度計(jì)11、螺桿16和支撐桿17全部由導(dǎo)熱性不強(qiáng)且強(qiáng)度高的材料(如有機(jī)玻璃)制作組成；內(nèi)層半圓形防護(hù)蓋2和內(nèi)層滑板3由耐低溫軟橡膠制作組成。

具體操作步驟如下：

(a)嚴(yán)格按照《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中凍土試樣22制備的說(shuō)明，制備凍土試樣22；

(b)將刮土轉(zhuǎn)輪6和霍普金斯壓桿23依次穿過(guò)防護(hù)蓋和可控溫試驗(yàn)箱18上的桿孔13和轉(zhuǎn)輪孔14，打開(kāi)溫度控制系統(tǒng)20，通過(guò)低溫溫度計(jì)11進(jìn)行讀數(shù)，待可控溫試驗(yàn)箱18內(nèi)的溫度接近所需試驗(yàn)溫度時(shí)，打開(kāi)可控溫試驗(yàn)箱18上的定位銷8，使可控溫試驗(yàn)箱18的一側(cè)敞開(kāi)，然后，打開(kāi)支撐架4上的定位銷8，使支撐架4的一側(cè)敞開(kāi)，將電動(dòng)振動(dòng)篩7上的支撐桿17卡在卡槽15上，然后，擰緊螺桿16，使電動(dòng)振動(dòng)篩7固定在支撐架4上；打開(kāi)用于連接防護(hù)蓋和支撐架4的定位銷8，使防護(hù)蓋打開(kāi)，將凍土試樣22夾在霍普金斯壓桿23中間；之后，依次將支撐架4、可控溫試驗(yàn)箱18和用于連接防護(hù)蓋和支撐架4的三處定位銷8擰緊，等待試驗(yàn)；

(c)上述操作會(huì)引起可控溫試驗(yàn)箱18內(nèi)的溫度變化，為保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，待低溫溫度計(jì)11上的讀數(shù)重新顯示為實(shí)驗(yàn)所需溫度時(shí)，使用霍普金斯壓桿23裝置進(jìn)行凍土試樣22的動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)；

(d)沖擊試驗(yàn)完成后，凍土試樣22破碎，此時(shí)，凍土碎塊會(huì)沿內(nèi)層滑板3滾動(dòng)到電動(dòng)振動(dòng)篩7的頂層上方，同時(shí)由于凍土在沖擊時(shí)的瞬時(shí)高溫作用，會(huì)有部分碎塊粘結(jié)在內(nèi)層半圓形防護(hù)蓋2上，此時(shí)，手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)刮土轉(zhuǎn)輪6上的轉(zhuǎn)動(dòng)把手24，使轉(zhuǎn)動(dòng)桿25和刮土葉26轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將粘結(jié)在半圓形防護(hù)蓋2上的凍土碎塊刮下，此時(shí)，凍土碎塊都將位于電動(dòng)振動(dòng)篩7的頂層上方；

(e)打開(kāi)電動(dòng)振動(dòng)篩7的控制電源19，使電動(dòng)振動(dòng)篩7振動(dòng)，會(huì)將沖擊后凍土碎塊按粒徑的不同進(jìn)行篩分，篩分后不同粒徑的凍土碎塊將位于不同的篩網(wǎng)(27)上方；

(f)待篩分完畢后，按照步驟(b)中打開(kāi)定位銷8的方法打開(kāi)可控溫試驗(yàn)箱18和支撐架4，松開(kāi)螺桿16，取出電動(dòng)振動(dòng)篩7，在設(shè)定溫度下對(duì)篩分后各粒徑凍土碎塊進(jìn)行稱重，以便用于后續(xù)數(shù)據(jù)處理。

(g)上述步驟完成后，重復(fù)步驟(b)～(f)，進(jìn)行下一次沖擊實(shí)驗(yàn)。