一种用于边坡模型表面成孔的装置的制作方法

本发明属于土工试验附属设备技术领域，尤其是涉及一种用于边坡模型表面成孔的装置。

背景技术：

在土工离心模型试验中，码头模型整体一般都是位于岸坡的斜坡上，码头模型桩竖直插入斜坡中。传统的做法是，在试验开始之前需要根据码头桩基平面布置图的桩间距和坡面坡度进行换算，在坡面上画出各桩的点位，使用铁棒竖直插入土中成孔，然后将整个码头模型的桩对准孔位插入岸坡模型上，但是通过上述方法无法保证成孔的间距是准确的，同时无法保证所成的孔是竖直状态，从而造成模型桩的初始应力过大，不符合实际情况。因此，需要研制一种用于在边坡模型表面成孔的装置。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种用于边坡模型表面成孔的装置，能够精确的确定钻孔位置并且保证钻孔的方向为竖直方向。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于边坡模型表面成孔的装置，包括上水平轨道、下水平轨道以及连接两者的连接杆，连接杆可随边坡倾斜度弯折并调节角度，上水平轨道和下水平轨道上均设置有可在上水平轨道和下水平轨道长度方向移动的z向支架，z向支架之间设置有可调节至水平方向的平衡轨道，平衡轨道上设置有可沿长度方向移动的竖直向下的取土钻。

进一步的，取土钻从上到下包括手柄部和螺旋取土部，手柄部包括水平手持杆和竖直连杆，竖直连杆上沿长度方向设置有长凹槽，竖直连杆上端设有环形凹槽，螺旋取土部包括螺旋钻头、棘轮、棘爪，螺旋钻头的上端插入竖直连杆内并通过轴承与竖直连杆转动连接，棘轮固定在螺旋钻头的钻杆上，棘轮外侧设置有棘爪，棘爪设置在竖直连杆的下端部。

进一步的，取土钻设置在钻土滑块上，钻土滑块包括在平衡轨道上可移动的滑动块和安装取土钻的安装套，安装套竖直方向设置，竖直连杆插入安装套内，安装套内部的上端设有两个限位凸起，限位凸起与长凹槽配合。

进一步的，z向支架的下端可在上水平轨道、下水平轨道上移动，z向支架的一侧设置有平衡轨道支架，平衡轨道支架可沿z向支架上下移动，平衡轨道支架一侧设置实现平衡轨道支架与z向支架固定的锁紧孔，平衡轨道的两端设置在平衡轨道支架上，且平衡轨道在平衡轨道支架上可移动。

z向支架的一侧设置有t型凹槽，平衡轨道支架的一侧设有t型凸出，平衡轨道支架通过t型凸出与t型凹槽的配合在z向支架上下移动，平衡轨道支架一侧设置有锁紧孔，螺栓穿过锁紧孔和t型凹槽实现平衡轨道支架在z向支架上的位置固定。

进一步的，连接杆包括至少三段前后铰接的伸缩节，伸缩节之间通过锁紧旋钮实现角度的调节，伸缩节包括空心的外管和插入外管中的内管，内管和外管之间通过锁紧旋钮实现伸缩节长度的调节，连接杆的两端均为带有水平凹槽的连接块，连接杆通过端部的连接块上的凹槽与上水平轨道、下水平轨道的内侧凸出配合实现连接杆之间的间距可调。

进一步的，上水平轨道、下水平轨道、z向支架的表面均设置有刻度线，且上水平轨道、下水平轨道的横截面均为t型。

进一步的，上水平轨道和下水平轨道的相对一侧均在水平方向设置有凸出，上水平轨道和下水平轨道的相同一端设有贯穿凸出的圆孔，连接块的端部设置有螺纹孔，螺栓穿过圆孔伸入到连接块的螺纹孔，实现连接杆在上水平轨道和下水平轨道的固定，上水平轨道和下水平轨道的另一端设置有若干贯穿凸出的长圆孔，螺栓穿过长圆孔和螺纹孔实现另一连接杆在上水平轨道和下水平轨道的多个不同位置的固定。

进一步的，伸缩节设置有三个，且两端的伸缩节均为水平方向设置。因为伸缩节通过连接块与上水平轨道和下水平轨道连接，且上水平轨道和下水平轨道连接为水平方向设置，因此与他们连接的伸缩节也为水平方向。

进一步的，平衡轨道支架上端沿平衡轨道长度方向设置有燕尾槽，平衡轨道下面设置有与燕尾槽配合的燕尾凸出。

进一步的，竖直连杆上设置有刻度线。

进一步的，平衡轨道上设置有若干贯穿上下的长圆孔。螺栓穿过长圆孔将平衡轨道固定在平衡轨道支架上。

进一步的，竖直连杆的下端部设有圆形空腔供棘轮、棘爪放置，棘轮在棘爪的作用下只能沿一个方向转动，当取土钻往下移动时，螺旋钻头会转动，直到水平手持杆碰到安装套的上端，此时限位凸起位于环形凹槽内，转动水平手持杆，由于取土钻下端为螺旋状，因此孔内的土与孔的周壁分离，停止转动，使得限位凸起进入长凹槽，上提水平手持杆，孔内的土随着水平手持杆的上升也随之取出，即得到一个竖直的钻孔。

工作过程：

(1)当需要在斜坡上开孔时，按照从坡顶到坡底的整体顺序进行开孔操作；

(2)将上水平轨道、连接杆以及下水平轨道分别放在坡顶、坡中和坡底表面上，调节连接杆伸缩节的长度和弯折角度，使上水平轨道、下水平轨道和连接杆完全贴合在边坡模型的表面；

(3)首先将平衡轨道支架移动到z向支架的顶部，进而使平衡轨道移动到下水平轨道的z向支架的最上方，再将取土钻竖直向上提拉到最上方；

(4)根据设计图纸，确定桩的平面位置，沿上、下水平轨道长度方向移动z向支架，沿平衡轨道长度方向移动滑动块，使取土钻竖直对准桩位点；

(5)根据设计图纸，确定此点位模型桩的入土深度h，假设入土深度h<螺旋钻头长度l。保证取土钻和平衡轨道的相对位置不变，将平衡轨道和取土钻一起向下移动，使钻头尖端至距取土点高度l-h处，此时锁紧平衡轨道支架和z向支架之间的螺栓，保证平衡轨道高度恒定；

(6)竖直向下按压取土钻，当取土钻螺旋钻头与土面接触后，继续向下按压，此时螺旋钻头旋转进入土中，当手柄部按压至最下部时，安装套内的两个限位凸起位于竖直连杆上端的环形凹槽内，此时扭转手柄部的水平手持杆，将螺旋钻头范围内的土体剪坏；

(7)旋转水平手持杆，使竖安装套内的两个限位凸起对准竖直连杆上的长凹槽，竖直向上提拉取土钻将土带出，成孔过程完成；

(8)重复以上步骤，通过各轨道上的刻度，确定平面位置，完成其他孔的成制。

相对于现有技术，本发明所述的用于边坡模型表面成孔的装置具有以下优势：

1通过带有刻度的上水平轨道、下水平轨道和z向支架，可以根据实际需要调整取土钻的位置以及钻土的深度；

2连接杆由多个伸缩节铰接而成，伸缩节可以调整长度，能适应多种坡度的边坡模型；

3取土钻设置在能够保持水平方向设置的平衡轨道上，因此可以确保钻孔的方向为竖直，且位置和深度精准；

4结构简单、操作方便，节省时间，提高了工作效率。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的用于边坡模型表面成孔的装置的立体结构示意图；

图2为与图1不同角度的用于边坡模型表面成孔的装置的立体结构示意图；

图3为本发明实施例所述的z向支架的立体结构示意图；

图4为本发明实施例所述的取土钻的立体结构示意图；

图5为取土钻与图4不同角度的立体结构示意图；

图6为本发明实施例所述的取土钻的主视图；

图7为本发明实施例所述的钻土滑块的立体结构示意图；

图8为本发明实施例所述的平衡轨道支架立体结构示意图。

附图标记说明：

1-上水平轨道；2-下水平轨道；3-z向支架；4-平衡轨道；5-取土钻；501-水平手持杆；502-竖直连杆；503-长凹槽；504-环形凹槽；505-螺旋钻头；506-棘轮；507-棘爪；6-滑动块；7-安装套；701-限位凸起；8-平衡轨道支架；801-锁紧孔；9-伸缩节；901-外管；902-内管；903-连接块。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，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”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种用于边坡模型表面成孔的装置，包括上水平轨道1、下水平轨道2以及连接两者的连接杆，连接杆可随边坡倾斜度弯折并调节角度，上水平轨道1和下水平轨道2上均设置有可在上水平轨道1和下水平轨道2长度方向移动的z向支架3，z向支架3之间设置有可调节至水平方向的平衡轨道4，平衡轨道4上设置有可沿长度方向移动的竖直向下的取土钻5。

上述，取土钻5从上到下包括手柄部和螺旋取土部，手柄部包括水平手持杆501和竖直连杆502，竖直连杆502上沿长度方向设置有长凹槽503，竖直连杆502上端设有环形凹槽504，螺旋取土部包括螺旋钻头505、棘轮506、棘爪507，螺旋钻头505的上端插入竖直连杆502内并通过轴承与竖直连杆502转动连接，棘轮506固定在螺旋钻头505的钻杆上，棘轮506外侧设置有棘爪507，棘爪507设置在竖直连杆502的下端部。

上述，取土钻5设置在钻土滑块上，钻土滑块包括在平衡轨道4上可移动的滑动块6和安装取土钻5的安装套7，安装套7竖直方向设置，竖直连杆502插入安装套7内，安装套7内部的上端设有两个限位凸起701，限位凸起701与长凹槽503配合。

上述，z向支架3的下端可在上水平轨道1、下水平轨道2上移动，z向支架3的一侧设置有平衡轨道支架8，平衡轨道支架8可沿z向支架3上下移动，平衡轨道支架8一侧设置实现平衡轨道支架8与z向支架3固定的锁紧孔801，平衡轨道4的两端设置在平衡轨道支架8上，且平衡轨道4在平衡轨道支架8上可移动。

z向支架3的一侧设置有t型凹槽，平衡轨道支架8的一侧设有t型凸出，平衡轨道支架8通过t型凸出与t型凹槽的配合在z向支架3上下移动，平衡轨道支架8一侧设置有锁紧孔801，螺栓穿过锁紧孔801和t型凹槽实现平衡轨道支架8在z向支架3上的位置固定。

上述，连接杆包括至少三段前后铰接的伸缩节9，伸缩节9之间通过锁紧旋钮实现角度的调节，伸缩节9包括空心的外管901和插入外管901中的内管902，内管902和外管901之间通过锁紧旋钮实现伸缩节9长度的调节，连接杆的两端均为带有水平凹槽的连接块903，连接杆通过端部的连接块903上的凹槽与上水平轨道1、下水平轨道2的内侧凸出配合实现连接杆之间的间距可调。

上述，上水平轨道1、下水平轨道2、z向支架3的表面均设置有刻度线，且上水平轨道1、下水平轨道2的横截面均为t型。

上述，上水平轨道1和下水平轨道2的相对一侧均在水平方向设置有凸出，上水平轨道1和下水平轨道2的相同一端设有贯穿凸出的圆孔，连接块903的端部设置有螺纹孔，螺栓穿过圆孔伸入到连接块903的螺纹孔，实现连接杆在上水平轨道1和下水平轨道2的固定，上水平轨道1和下水平轨道2的另一端设置有若干贯穿凸出的长圆孔，螺栓穿过长圆孔和螺纹孔实现另一连接杆在上水平轨道1和下水平轨道2的多个不同位置的固定。

上述，伸缩节9设置有三个，且两端的伸缩节9均为水平方向设置。

上述，平衡轨道支架8上端沿平衡轨道4长度方向设置有燕尾槽，平衡轨道4下面设置有与燕尾槽配合的燕尾凸出。

上述，竖直连杆502上设置有刻度线。

上述，平衡轨道4上设置有若干贯穿上下的长圆孔。螺栓穿过长圆孔将平衡轨道4固定在平衡轨道支架8上。

上述，竖直连杆502的下端部设有圆形空腔供棘轮506、棘爪507放置。

工作过程：

(1)当需要在斜坡上开孔时，按照从坡顶到坡底的整体顺序进行开孔操作；

(2)将上水平轨道1、连接杆以及下水平轨道2分别放在坡顶、坡中和坡底表面上，调节连接杆伸缩节9的长度和弯折角度，使上水平轨道1、下水平轨道2和连接杆完全贴合在边坡模型的表面；

(3)首先将平衡轨道支架8移动到z向支架3的顶部，进而使平衡轨道4移动到下水平轨道2的z向支架3的最上方，再将取土钻5竖直向上提拉到最上方；

(4)根据设计图纸，确定桩的平面位置，沿上水平轨道1、下水平轨道2长度方向移动z向支架3，沿平衡轨道4长度方向移动滑动块6，使取土钻5竖直对准桩位点；

(5)根据设计图纸，确定此点位模型桩的入土深度h，假设入土深度h<螺旋钻头505长度l。保证取土钻5和平衡轨道4的相对位置不变，将平衡轨道4和取土钻5一起向下移动，使钻头尖端至距取土点高度l-h处，此时锁紧平衡轨道支架8和z向支架3之间的螺栓，保证平衡轨道4高度恒定；

(6)竖直向下按压取土钻5，当取土钻5螺旋钻头505与土面接触后，继续向下按压，此时螺旋钻头505旋转进入土中，当手柄部按压至最下部时，安装套7内的两个限位凸起701位于竖直连杆502上端的环形凹槽504内，此时扭转手柄部的水平手持杆501，将螺旋钻头505范围内的土体剪坏；

(7)旋转水平手持杆501，使竖安装套7内的两个限位凸起701对准竖直连杆502上的长凹槽503，竖直向上提拉取土钻5将土带出，成孔过程完成；

(8)重复以上步骤，通过各轨道上的刻度，确定平面位置，完成其他孔的成制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。