砂雨法制空心圆柱试样的装置及其制样方法与流程

本发明涉及岩土工程试验领域，具体而言，涉及一种砂雨法制空心圆柱试样的装置及其制样方法。

背景技术：

在室内土工实验中，对于使用不同制备方法制备出的试样，即使有着相同的密度和应力状态，其应力应变状态和抗液化能力也是不同的。因此，试样的制备方法对于实验结果有着很大的影响。

最初，室内对自然沉积土的试验都是用原状样。然而对于砂土，很难获得原状样，因为它们很容易被扰动且基本难以恢复。一种有效地获得原状样的方法是冻结取样，但是这种方法耗费很高，且适用范围很小。在实验室中制备试样最常用的方法就是重塑土样，进行土样重塑的最主要目的就是与原状土样有着相同或相似的力学性质和土体结构。为了满足这一要求，实验室常用以下四种方法对砂土进行重塑：振动法、击实法、插捣法以及砂雨法。其中，使用砂雨法制备出的试样，其物理性质更接近于天然砂土层。然而，现有的砂雨法制样存在着很多问题：试样的均匀性难以保证；整个过程需要人工操作等，而且对于空心圆柱试样，还未有一种可靠的砂土制样设备。因此，需要开发新的砂雨法制样设备与制样方法以保证空心圆柱试样的均匀性与可重复性，同时降低制样时间，提高制样效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种砂雨法制空心圆柱试样的装置，其操作简单，制备的试样饱和度高、粒度分布均匀，同时，制备的试样可重复性高，使得砂土的重塑试样和原状土有着相似的力学性质和土体结构。

本发明的另一目的在于提供一种砂雨法制空心圆柱试样的装置的制样方法，其操作简单，制样过程可连续进行。

本发明的实施例是这样实现的：

一种砂雨法制空心圆柱试样的装置，其包括底座以及升降系统、储砂装置、制样模具、旋转系统和喷雾系统；制样模具设置于旋转系统，并由旋转系统带动制样模具旋转，储砂装置与升降系统连接并由升降系统带动相对于制样模具往复运动，储砂装置与制样模具位置对应，储砂装置设置有旋转开关，喷雾系统的喷头朝向储砂装置与制样模具之间并用于对从储砂装置落下的介质喷雾。

一种砂雨法制空心圆柱试样的装置的制样方法，其包括以下步骤：关闭储砂装置的旋转开关，根据所需试样的相对密度计算出所需砂土质量，并倒入储砂装置中。

根据所需试样的相对密度计算出所需砂土质量，并置于储砂装置中。

根据所需试样的相对密度计算出落距，落距为储砂装置靠近制样模具的一端面与制样模具间内的试样堆积面之间的相对间距。

打开升降系统，然后打开储砂装置的旋转开关以及喷雾系统的喷头，开始制样，通过升降系统带动储砂装置运动以保持在制样过程中落距不变，通过旋转系统带动制样模具旋转以保证在制样过程中每层试样堆积面密度均匀。

当试样全部落入制样模具后，完成制样。

本发明提供的砂雨法制空心圆柱试样的装置及其制样方法的有益效果是：通过升降系统带动储砂装置向上移动，随着制样模具中砂土的不断升高，储砂装置也随之升高，保证了砂土的落距一致，使试样更加均匀。储砂装置可一次性装填制一个试样所需的全部砂土，制样过程可连续进行，因此避免了在制样过程中因停止加砂土而导致的试样不均匀，旋转系统带动制样模具旋转以保证在制样过程中每层试样堆积面密度均匀，通过该装置制出的试样为空心圆柱试样。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明第一实施例提供的砂雨法制空心圆柱试样的装置的结构示意图；

图2为本发明第一实施例提供的升降系统的第一视角的结构示意图；

图3为本发明第一实施例提供的升降系统的第二视角的结构示意图；

图4为本发明第一实施例提供的铁块的结构示意图；

图5为本发明第一实施例提供的连接件的结构示意图；

图6为本发明第一实施例提供的储砂装置的结构示意图；

图7为本发明第一实施例提供的喷雾系统的结构示意图；

图8为本发明第一实施例提供的旋转系统的结构示意图；

图9为本发明第一实施例提供的制样模具的第一视角的结构示意图；

图10为本发明第一实施例提供的制样模具的第二视角的结构示意图。

图标：100-砂雨法制空心圆柱试样的装置；110-传动装置；200-底座；300-旋转系统；310-支架；311-圆形托盘；312-圆形杆件；320-制样模具；321-第一空心圆柱体；322-第二空心圆柱体；323-试样；324-空隙；330-第一传动轮；340-第二传动轮；350-调速电机；360-第一齿轮；370-第二齿轮；380-传动轴；390-皮带；400-升降系统；410-支撑架；411-第一支撑架；412-第二支撑架；413-螺栓；420-动力装置；430-第一定滑轮；440-第二定滑轮；450-滑动装置；451-铁块；452-连接件；453-固定件；454-支撑杆；455-滑轮；460-储砂装置；461-旋转开关；462-空心圆柱体；463-出砂口；470-电动卷线器；480-钢丝绳；500-喷雾系统；510-圆柱形水管；520-水管弯头；530-喷头；531-开关。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例

请参照图1，本实施例提供一种砂雨法制空心圆柱试样的装置100，包括底座200以及升降系统400、储砂装置460、制样模具320、旋转系统300和喷雾系统500。储砂装置460与制样模具320位置对应。

结合图1、图2及图3，升降系统400包括支撑架410、滑动装置450以及带动滑动装置450往复运动的动力装置420。支撑架410设置于底座200，滑动装置450设置于支撑架410，滑动装置450与储砂装置460相连接。

优选地，支撑架410包括第一支撑架411、一端带有刻度线的第二支撑架412。

本实施例中，第一支撑架411的一端与第二支撑架412的一端固定连接，优选地，第一支撑架411的一端与第二支撑架412的一端通过螺栓413固定连接。本实施例中，第一支撑架411优选为横截面为正方形的空心支撑架，但不限于此，还可以选择横截面为长方形、菱形、圆形、椭圆形等的空心支撑架。第一支撑架411的另一端与底座200固定连接，优选地，第一支撑架411的另一端与底座200通过卡扣装置(图未示)连接，即可以在底座200上设置卡槽(图未示)，在第一支撑架411上设置与卡槽相配合的卡扣(图未示)，或在底座200上设置卡扣，在第一支撑架411上设置与卡扣相配合的卡槽。

优选地，动力装置420包括第一定滑轮430、第二定滑轮440、电动卷线器470和钢丝绳480。

本实施例中，第二支撑架412的相对两端面为凹形槽，第一定滑轮430设置于第一支撑架411远离第二支撑架412的一端，第二定滑轮440设置于第二支撑架412远离第一支撑架411的一端。

结合图3、图4及图5，滑动装置450设置于第二支撑架412朝向制样模具320的一侧面，本实施例中，滑动装置450优选为一端设置有滑轮455的铁块451，第二支撑架412设置有滑轮455相配合的滑轨(图未示)，铁块451通过滑轮455滑动设置滑轨。本实施例中滑轮455的数量为2个，但不限于此，还可以为1个或2个以上。

铁块451与储砂装置460通过连接件452连接，优选地，连接件452包括固定件453和支撑杆454，支撑杆454的一端与固定件453固定连接，另一端与铁块451固定连接，优选地，固定件453为大小与储砂装置460相配合的圆环，用于固定储砂装置460。

结合图3及图6，储砂装置460上设置有旋转开关461，优选地，本实施例中，储砂装置460包括空心圆柱体462和出砂口463，优选地，空心圆柱体462和出砂口463可拆卸连接，例如通过螺纹连接。因为不同的制样所需的相对密度不同，所需的出砂口463的形状也不相同，这样设置便于更换出砂口463的类型。

钢丝绳480的一端连接铁块451，另一端绕过第一定滑轮430和第二定滑轮440与电动卷线器470连接。电动卷线器470与底座200固定连接，优选地，电动卷线器470与底座200通过卡扣装置(图未示)连接，即可以在底座200上设置卡槽(图未示)，在电动卷线器470上设置与卡槽相配合的卡扣(图未示)，或在底座200上设置卡扣，在电动卷线器470上设置与卡扣相配合的卡槽。

升降系统400的工作原理是通过电动卷线器470带动第一定滑轮430、第二定滑轮440、滑动装置450向上移动，滑动装置450带动储砂装置460向上移动，随着制样模具320中试样323的不断升高，出砂口463也随之升高，保证了试样323的落距一致，使试样323更加均匀。

结合图1及图7，本实施例中，喷雾系统500包括圆柱形水管510、水管弯头520以及喷头530，优选地，喷头530为喷雾式喷头，朝向储砂装置460与制样模具320之间并用于对从储砂装置460落下的介质喷雾。圆柱形水管510和喷头530通过水管弯头520连接，。底座200设置有通水水管(图未示)，圆柱形水管510与通水水管连通。优选地，喷头530设置有开关531，用于控制喷头530的开合。

结合图1及图8，旋转系统300包括支架310和传动装置110，支架310设置于底座200，制样模具320设置于支架310，支架310与传动装置110相连，并由传动装置110带动支架310旋转。

本实施例中，传动装置110包括第一传动轮330、第二传动轮340、调速电机350、第一齿轮360以及与第一齿轮360相互咬合的第二齿轮370。支架310设置于第一传动轮330，第一齿轮360设置于第二传动轮340，第一传动轮330和第二传动轮340通过皮带390连接，第二齿轮370与调速电机350相连接。

优选地，支架310包括圆形托盘311和圆形杆件312，圆形杆件312的一端与圆形托盘311固定连接，圆形杆件312的另一端与第一传动轮330固定连接。制样模具320设置于圆形托盘311上。

结合图9和图10，本实施例中制样模具320包括第一空心圆柱体321和第二空心圆柱体322，第一空心圆柱体321套设于第二空心圆柱体322，并在两者之间形成装试样323的空隙324，即第一空心圆柱体321的内壁与第二空心圆柱体322的外壁之间形成有装试样323的空隙324，优选地，第一空心圆柱体321的内壁和第二空心圆柱体322外壁均设置有橡皮膜，在起到隔离作用的同时，也便于将制好的试样323移动到试验仪器上进行研究；更优选的，第二空心圆柱体322靠近储砂装置460的一端开口处采用橡皮膜进行封闭，这样避免在制样的过程中试样323落入第二空心圆柱体322内，这样确保制出的为空心圆柱试样。制样模具320的圆心与圆形托盘311的圆心重合，避免在旋转的过程中将制样模具320甩出圆形托盘311，同时使储砂装置460的出砂口463的位置与制样模具320的空隙324相对应，保证了从出砂口463落下的砂土能够全部落入制样模具320的空隙324中。第一齿轮360与第二传动轮340固定连接，第二齿轮370通过传动轴380与调速电机350相连接，使第一齿轮360与第二齿轮370能在垂直方向上进行咬合。其中，第一传动轮330与第二传动轮340通过皮带390连接并转动设置于底座200。

旋转系统300的工作原理是通过调速电机350带动第二齿轮370转动，通过第二齿轮370带动第一齿轮360、第二传动轮340转动，第二传动轮340通过皮带390带动第一传动轮330转动，第一传动轮330带动支架310与制样模具320转动。

第二实施例

砂雨法制空心圆柱试样的装置100的制样方法，首先根据试验的方案来确定所需试样323的相对密度，本实施例中试样323采用砂土试样，然后关闭储砂装置460的旋转开关461，根据所需试样323的相对密度计算出所需砂土质量，并置于储砂装置460中。

然后根据所需试样323的相对密度计算出落距，落距为储砂装置460靠近制样模具320的一端面即出砂口463与制样模具320间内的试样堆积面之间的相对间距，通过滑动装置450调节储砂装置460的高度，通过第二支撑架412的刻度线来确定落距。

根据落距及出砂口463的出砂量来设定电动卷线器470以及调速电机350的转速以保持在制样过程中落距不变，同时保证在制样过程中每层试样323堆积面密度均匀。

打开调速电机350，然后打开储砂装置460的旋转开关461、电动卷线器470以及喷头530，开始制样。

当砂土全部落入制样模具320，关闭电动卷线器470、调速电机350以及喷头530，完成制样。

综上所述，本发明通过升降系统400带动储砂装置460向上移动，随着制样模具320中砂土的不断升高，出砂口463也随之升高，保证了砂土的落距一致，使砂土更加均匀。储砂装置460可一次性装填制一个样品所需的全部砂土，制样过程可连续进行，因此避免了在制样过程中因停止加砂土而导致的试样323不均匀，旋转系统300带动制样模具320旋转以保证在制样过程中每层试样323堆积面密度均匀。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。