一种用于室内模型试验中制备不同密实度砂样的布砂装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于室内模型试验中制备不同密实度砂样的布砂装置，包括落砂箱和小车平台，落砂箱底有均布圆孔的漏砂板，漏砂板下设两块挡砂板，小车平台可沿落砂箱上设的导轨往复移动，小车平台上设开合落砂箱挡砂板的开合机构，开合机构的控制杆自下而上通过弹簧底板、压紧弹簧、紧固件安装在小车平台板上，小车平台板上设控制杆的防转键，控制杆下端设开合落砂箱底挡砂板的档块。落砂箱支架腿外侧分别设挡砂板落下的防回弹挡销。本装置克服了传统砂样制备过程中人工夯实方法的缺点，节省人力和时间，方便快捷。可在岩土工程室内模型试验中方便快捷地制备不同密实度的砂样，从而实现试验砂土土床物理特性的精确控制，为模型试验数据准确可靠奠定了重要基础。
【专利说明】一种用于室内模型试验中制备不同密实度砂样的布砂装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于岩土工程室内模型试验中制备砂样的布砂装置，特别是一种 用于室内模型试验中制备不同密实度砂样的布砂装置。
【背景技术】
[0002] 在进行土木工程模型试验或离心机模型试验时，往往需要将砂土布置在模型土箱 内，不同试验中对模型土箱内所布置的砂样物理特性有不同的要求。成功地开展模型试验 的前提就是模型砂土土样的制备工作。其中砂土的密实度是表征其物理特性的一项重要指 标，直接影响到砂土的工程性质。为便于控制砂样的密实度，模型试验中常常选择再建砂土 土床。此外，为确保试验的可重复性，也要求在试验中必须能实现不同密实度砂样制备的可 复制性。对于粘性土而言，可通过将其初始泥浆状态固结，然后从这个大型土样上栽取若干 来获得试验土样。然而砂土土样的制取并非那么简单，需要单独制备每个土样，如此一来使 得控制土样的一致性变得具有难度。现有技术通常是使用分层夯实法制备砂样，制备砂样 时先分多次将砂土置于模型土箱内，然后使用砝码人工夯实。此方法具有砂样密实度不易 控制、可重复性小、砂土土样分层效应严重和耗费人力与时间等缺点，从而导致试验结果的 可靠性太低。
[0003] 所以如何在模型试验中方便快捷地制备不同密实度的砂样，且能够控制砂土土样 物理特性，从而实现不同物理特性试验土床的可复制性，以研究不同工况下的相关岩土问 题，是模型试验研究中的一个非常重要内容。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种用于室内模型试验中制备不同密实度砂样的布砂装 置，可在岩土工程室内模型试验中方便快捷地制备不同密实度的砂样，从而实现试验砂土 土床物理特性的精确控制，为模型试验得到准确可靠的数据结果奠定了重要基础。
[0005] 为了克服上述现有技术的不足，本发明采用的技术方案是： 该用于室内模型试验中制备不同密实度砂样的布砂装置，包括落砂箱、小车平台、开合 机构和支撑架。所述小车平台可沿所述落砂箱上设置的导轨往复移动，所述小车平台上设 置有所述落砂箱底部挡砂板的开合机构，所述落砂箱下部安装在所述支撑架上。
[0006] 所述落砂箱侧壁为四块侧板组成的矩形落砂箱体，落砂箱底部为均匀分布着一系 列用于漏砂圆孔或圆锥孔的漏砂板，砂土通过漏砂板圆孔或圆锥孔漏出，落砂后底板上不 会残留砂子；在漏砂板下部设置两块挡砂板，挡砂板密合后其中心位置设置有与开合机构 控制杆挡块配合的缺口，挡砂板与落砂箱侧板铰链连接，落砂箱上方相对两侧板上设置导 轨支撑座，导轨支撑座上设有导轨，落砂箱侧板上设置有吊装用的吊环。
[0007] 所述小车平台包括小车平台板，小车平台板下方设置滑块可与所述导轨配合移 动。
[0008] 所述开合机构包括控制杆，所述控制杆自下而上通过开合机构的弹簧底板、压紧 弹簧、压紧弹簧紧固件以及紧固件连接杆安装在所述小车平台板上，所述小车平台板上设 控制开合机构转动并与控制杆键连接的防转键，所述控制杆下部通过所述落砂箱底部的漏 砂板和挡砂板，其下端设有开合两块挡砂板的挡块。开合机构可随小车平台沿导轨移动，方 便快速调整位置，并可根据需要安装多个开合机构，通过开合机构防转键及开合机构压紧 弹簧的配合使用可实现挡砂板的锁紧与快速打开。
[0009] 所述支撑架包括四个支撑所述落砂箱四个侧板的支架腿，所述支架腿外侧分别设 置有防止挡砂板落下时回弹的防回弹挡销。设置挡砂板的限位防回弹挡销，可利用其限位 功能防止挡砂板打开后回弹对落砂过程产生影响。
[0010] 本发明的操作过程，装砂前，通过旋转开合机构控制杆使其底部的控制杆挡块锁 紧挡砂板，布砂时，抽出开合机构控制杆防转键，旋转开合机构控制杆使其底部控制杆挡块 旋转至挡砂板缺口处，挡砂板即刻打开，从而使砂土从漏砂板的孔内落下，漏砂板的孔口处 设置圆锥导孔或整体为圆锥孔，因此落砂后，底板上没有残留砂子；挡砂板打开后，通过布 置在支架腿上的防回弹挡销自动完成挡砂板的锁紧限位，从而防止其不固定摆动对落砂的 影响；布砂时可通过实验室的起吊装置连接落砂箱侧板之上的吊环将本布砂装置吊至需要 的高度。
[0011] 在布砂过程中，可通过将装置升至不同的高度来调整落砂高度，也可通过调换不 同孔径的漏砂板，从而可以控制所制备砂样的密实度。
[0012] 与现有技术相比，本发明的有益效果是： 本装置克服了传统砂样制备过程中人工夯实方法的缺点，节省人力和时间，方便快捷。 可在岩土工程室内模型试验中方便快捷地制备不同密实度的砂样，从而实现试验砂土土床 物理特性的精确控制，为模型试验得到准确可靠的数据结果奠定了重要基础。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1为本发明的结构示意图； 图2为图1的俯视图； 图3为开合装置结构示意图； 图4为图3的俯视图； 图5为控制杆防转键原理示意图； 图6为防回弹挡销结构示意图。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图对本发明的实施例进一步说明： 实施例1 : 如图1、2、3和4所示，本发明包括开合机构的控制杆1、压紧弹簧紧固件2、压紧弹簧3、 紧固件连接杆4、弹簧底板5、控制杆防转键7、控制杆挡块15,和小车平台的小车平台板6、 滑块8,与落砂箱的导轨9、导轨支撑座10、落砂箱侧板11、吊环12、漏砂板13、挡砂板14、低 阻弹簧合页16,以及支撑架的角钢支架腿17、防回弹挡销18。
[0015] 落砂箱是四块矩形落砂箱侧板11和漏砂板13等连接而成，装置整体尺寸： lOOOmmXIOOOmmX 650mm，箱体内部尺寸：970mmX970mmX 150mm，漏砂板13上均匀分布着 一系列用于漏砂的圆孔或圆锥孔，漏砂孔与孔的圆心距离为30mm，圆孔的直径为20mm，也 可在圆孔口处设置圆锥导孔或整体为圆锥孔，落砂时应保证底板上不留残留砂子；落砂箱 在漏砂板13下部设置两块表面粘贴胶皮密封的挡砂板14。两块挡砂板14密合后其中心 位置设置有与开合机构挡块15配合的缺口；两块挡砂板14与落砂箱侧板使用低阻弹簧合 页16铰链连接，可提高挡砂板14的打开速度。落砂箱上方相对两侧板上设置两个导轨支 撑座10,导轨支撑座10上设导轨9,落砂箱侧板上设置用以吊装的吊环12。
[0016] 开合机构包括控制杆1，控制杆1自下而上通过开合机构压紧弹簧底板5、压紧弹 簧3、压紧弹簧紧固件2以及两个紧固件连接杆4安装在小车平台板6上，小车平台板6上 设控制开合机构转动的控制杆防转键7,控制杆1下部通过所述落砂箱底部的漏砂板13和 挡砂板14,其下端设有开合两块挡砂板14的挡块15。开合机构可沿导轨移动，方便快速调 整位置，通过开合机构的控制杆1、弹簧紧固件2、压紧弹簧3、弹簧底板5及开合机构控制杆 防转键7和控制杆档块15的配合使用可实现挡砂板14的锁紧与快速打开。
[0017] 小车平台坐落在落砂箱上方，小车平台的平台板6下部设滑块8可沿落砂箱上方 所设导轨支撑座10上的导轨9往复移动。小车平台及开合机构可视实际需要设置多个。
[0018] 落砂箱支撑架包括四个支撑落砂箱四个侧板的角钢支架腿17,角钢支架腿17外 侧分别设置防止挡砂板14落下时回弹的防回弹挡销18。该防回弹挡销18又是挡砂板14 的限位机构，当挡砂板14打开后防回弹挡销18即可利用斜面端对其进行卡牢限位，以避免 回弹对落砂过程产生落砂不均匀的不利影响。
[0019] 在进行布砂试验时，先通过旋转开合机构控制杆1使其底部的开合机构控制杆挡 块15将挡砂板14锁紧固定，然后把试验砂土置于落砂箱中，通过吊车连接吊环12将装置 吊至模型土箱上部一定的高度位置。调整好落砂高度后，移除开合机构防转键7,扭转开合 机构控制杆1使其下端所设开合机构控制杆挡块15对准与档块配合的两块挡砂板14中间 的缺口，从而打开挡砂板14,使砂子通过漏砂板13的一系列均匀小孔落于模型试验的土箱 内。布砂完毕后闭合挡砂板14,移除开合机构防转键7,扭转开合机构控制杆1使其端部开 合机构控制杆挡块15锁紧挡砂板14,插上开合机构防转键7,然后在落砂箱内装砂，进行下 一次布砂。开合机构控制杆挡块15锁紧挡砂板14前，开合机构连同小车平台可以在落砂 箱上沿导轨移动。
[0020] 实施例2 : 本装置的结构同实施例1。
[0021] 试验中通过调换具有不同底板孔直径、孔间距类型的漏砂板、调整落砂高度、砂的 粒径来控制所制备的砂样密实度。可以使用圆孔直径为20mm、10mm、5mm或带锥度导孔的 圆孔的漏砂板来制备不同密实度的砂样。通过以上三种不同直径的变化，进行落砂试验，以 达到控制砂土不同密实度的结果。
【权利要求】
1. 一种用于室内模型试验中制备不同密实度砂样的布砂装置，其特征在于：它包括落 砂箱、小车平台、开合机构和支撑架，所述小车平台可沿所述落砂箱上设置的导轨往复移 动，所述小车平台上设置有开合所述落砂箱挡砂板的所述开合机构，所述落砂箱安装在所 述支撑架上。
2. 根据权利要求1所述的用于室内模型试验中制备不同密实度砂样的布砂装置，其特 征在于：所述落砂箱侧壁为四块侧板组成的矩形落砂箱体，落砂箱底部为均匀分布着一系 列用于漏砂圆孔或圆锥孔的漏砂板，在漏砂板下部设置两块挡砂板，挡砂板密合后其中心 位置设置有与开合机构控制杆挡块配合的缺口，挡砂板与落砂箱侧板铰链连接，落砂箱上 方相对两侧板上设置导轨支撑座，导轨支撑座上设有导轨，落砂箱侧板上设置有吊装用的 吊环。
3. 根据权利要求2所述的用于室内模型试验中制备不同密实度砂样的布砂装置，其特 征在于：所述挡砂板表面粘贴有密封胶皮。
4. 根据权利要求3所述的用于室内模型试验中制备不同密实度砂样的布砂装置，其特 征在于：所述挡砂板采用低阻弹簧合页与落砂箱侧板连接。
5. 根据权利要求1至4中任一所述的用于室内模型试验中制备不同密实度砂样的布砂 装置，其特征在于：所述小车平台包括小车平台板，小车平台板下方设置滑块可与所述导轨 配合移动。
6. 根据权利要求5所述的用于室内模型试验中制备不同密实度砂样的布砂装置，其特 征在于：所述开合机构包括控制杆，所述控制杆自下而上通过开合机构的弹簧底板、压紧弹 簧、压紧弹簧紧固件以及紧固件连接杆安装在所述小车平台板上，所述小车平台板上设控 制开合机构转动并与控制杆键连接的防转键，所述控制杆下部通过所述落砂箱底部的漏砂 板和挡砂板，其下端设有开合两块挡砂板的挡块。
7. 根据权利要求6所述的用于室内模型试验中制备不同密实度砂样的布砂装置，其特 征在于：所述支撑架包括四个支撑所述落砂箱四个侧板的支架腿，所述支架腿外侧分别设 置有防止挡砂板落下时回弹的防回弹挡销。
【文档编号】G01N1/28GK104111188SQ201410372349
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月31日 优先权日:2014年7月31日
【发明者】肖昭然, 朱亮亮, 郑华茂, 刘轶, 王晓明 申请人:河南工业大学
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