专利名称：土工模型试验制样装置的制作方法
技术领域：
本发明属于土工模型试验技术领域，涉及一种土工模型试验制样装置。
背景技术：
土工模型试验在岩土工程研究中有着独特的优势，便于试验参数的采集，易于控制边界条件，给理论分析带来便利。因此，好的土工模型试验往往起到事半功倍的效果，是理论研究中的重要手段。土工模型试验的试样制备是一个十分关键的环节，尤其在需要重复制备大体积试样的试验中，保证各次所制备试样的初始物理力学状态基本相同，并保持每次制得试样自身的均质性，是确保获得准确合理的模型试验结果的首要问题。若直接向模型箱内填土，则试样容易受到不均匀外力的干扰，颗粒排列受到影响，形成土体的物理力学参数发生改变，难以获得均质的试样。传统的分层制样方法通常采用干密度控制，确定每 一分层试样原材料的质量后，分层直接装入模型箱，然后压实至目标体积。该制样方法操作简便、快速，但存在如下一些缺陷1)单层试样原材料填入模型箱的过程中，很难保证其在水平向的均匀性；2)分层填筑过程中，由于底层试样重复受到上层试样压实过程中压实能量的影响，常常导致整个试样呈现出最上部满足制样要求而下部过于密实的现象。
发明内容
本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷而提供一种简易而有效的土工模型试验制样装置，该装置为岩土工程中各种土工模型试验研究制备均质的试样，避免了直接向模型箱填土带来的试样的非均质性，也克服了传统的分层压实法所制得试样常具有的下部过于密实和水平向的均质性欠佳的缺陷。为实现上述目的，本发明的技术方案是一种土工模型试验制样装置，包括制样箱，装样箱和隔板，所述的隔板可套嵌在制样箱的底部，所述的装样箱位于制样箱的上方。所述的制样箱为长方形箱体，其高度为3 5cm。所述的装样箱是底面为正方形的箱体，其高度为3 5cm，装样箱的宽度与制样箱的宽度相同。所述的装样箱两侧的壁板延伸过装样箱的底面形成有卡口，卡口卡设在制样箱壁板的上沿，卡口的高度为I 1.5cm。所述的制样箱、装样箱和隔板的底板上均匀分布有大小均一的若干冲孔，该冲孔呈梅花形布置，孔径为5 10mm，孔间距为2 3倍孔径。所述的制样箱的底部两侧设有卡槽，卡槽呈L行，所述的隔板套嵌在卡槽上。所述的制样箱的两侧分别设有吊索，吊索呈U型，其高度略高于制样箱与装样箱的厚度和。所述的隔板的一端设有把手。所述的隔板的下方焊接有肋板。
所述的隔板的一端的两侧分别设有限位卡，限位卡使隔板仅可单向插入卡槽中，当隔板完全插入卡槽时，隔板的圆孔与制样箱底板的圆孔完全重合。所述的制样箱的长度为其宽度的2 4倍。所述制样箱可使颗粒材料沿其底板的圆孔自由落下，制备试验所需试样，所述装样箱可置于制样箱的顶部，便于向制样箱中填装试样原材料，所述隔板可插入制样箱底部的卡槽，既能封闭制样箱底板圆孔便于填装试样原材料，还可开放圆孔使箱内的颗粒材料自由落下。制样箱的大小根据模型试验箱的大小制成无盖的浅箱，高度依据分层制样的厚度以5 IOcm为宜。制样箱底板冲孔可使试样落下，孔径可取 5 IOmm,等径圆孔按梅花形分布(即相邻两孔距离恒定)，孔间距以2 3倍孔径为宜。长度方向上的两侧板底端留有L型卡槽，便于隔板的插入和固定。卡槽尺寸应当适宜，以不影响颗粒材料沿底板圆孔下落为准，且要保持隔板尽量紧贴底板。较长的两块侧板的外侧各安装一根吊索，便于制样箱的举升或起吊。装样箱的用途在于向制样箱内装填试样原材料，同样可以使试样少受外力干扰，控制填土的均匀性和装入量。装样箱是与制样箱等宽的正方形浅箱，高度3 5cm为宜，底板布孔形式与制样箱一致，其中一对相对的壁板伸出底板约Icm,形成平行的卡口，卡口可以卡在制样箱两壁板上沿滑动。制样时，向装样箱内装土并来回滑动，直至制样箱内填满试样原材料。隔板的尺寸与制样箱等宽，布孔形式和数量都与制样箱底板完全相同，两端比制样箱长出5 IOcm, —端长出部分略宽形成限位卡,使得隔板完全插入制样箱底部卡槽时，上下圆孔能够恰好重合。当隔板向外拉出二分之一圆孔间距时，可与制样箱底板孔眼错开，此时可向制样箱填料；隔板完全推入后，上下孔位对正，颗粒材料可自由落下形成均匀的单层试样。隔板的尾端加装一把手，便于握持操作，底部可根据需要焊接一系列肋板，防止薄板受压弯曲变形后泄漏试样。本发明是土工模型试验制备试样的装置，在各种需要制备大量试样的试验中均可应用。制样箱的形状及大小可根据模型试验的试验箱确定，以保证制样箱的试样完全落入试验模型箱。该试验装置通常适用于一定尺寸的颗粒材料的试样制备，颗粒材料从一定高度自由落下，形成具有一定初始应力状态的均质试样。制样时，分层逐步进行且无其它干扰因素，所得试样中颗粒分布均匀，对于模拟分层地基土的制样更具优越性，可控制层间接触应力并形成良好的分层面。总的来说，本装置包括制样箱，装样箱和隔板三部分，所述制样箱可使颗粒材料沿其底板的圆孔自由落下，制备试验所需的试样，所述装样箱用于向制样箱中均匀、定量的填装颗粒材料，所述隔板用于封闭和开放制样箱底板圆孔，便于填装颗粒材料和制样箱内颗粒材料的自由下落。由于采用上述技术方案，本发明可用于土工模型试验所需的试样制备，为土工模型试验提供均质性良好的试样。本发明的有益效果为I、本发明装置为土工模型试验的试样制备提供了一种便于操作的装置。2、本发明装置用于制样时，试样在装填和下落的过程中仅受重力作用，形成的试样在竖直向和水平向上都具有良好的均质性。3、本发明装置的制样过程分层逐步进行，在模拟成层土体的试样制备时，具有较好的便利性和制样效果。本发明的制作工艺简单，操作方便易行。
图I为本发明实施例中装置三维轴测视图。图2为本发明实施例中装置中制样箱布孔示意图。图3为本发明实施例中装置中装样箱布孔示意图。
图4为本发明实施例中装置中隔板布孔及肋板示意图。图5为本发明实施例中装置制样箱与装样箱配套示意图。图6为本发明实施例中隔板封闭制样箱底板圆孔示意图。图7为本发明实施例中制样箱圆孔开放示意图。数字标注I制样箱，2装样箱，3隔板， 4卡槽，5吊索， 6把手， 7肋板， 8冲孔，11壁板， 21卡口， 22壁板， 31限位卡。
具体实施例方式以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。请参阅图I 7，本发明实施例，包括制样箱I、装样箱2和隔板3。隔板3套嵌在制样箱I的底部，装样箱2位于制样箱I的上方。制样箱I为长方形箱体，其高度为3 5cm。装样箱2是底面为正方形的箱体，其高度为3 5cm，装样箱2的宽度与制样箱I的宽度相同。装样箱2两侧的壁板22延伸过装样箱的底面形成有卡口 21，卡口 21卡设在制样箱I的壁板11上沿，卡口的高度为I 1.5cm。制样箱I、装样箱2和隔板3的底板上均匀分别有大小均一的若干冲孔8，该冲孔呈梅花形布置，孔径为5 10mm，孔间距为2 3倍孔径。制样箱I的底部两侧设有卡槽4，卡槽4呈L行，隔板3套嵌在卡槽4上。制样箱I的两侧分别设有吊索5，吊索5呈U型，其高度略高于制样箱与装样箱的厚度和。隔板3的一端设有把手6。隔板3的下方焊接有肋板7。隔板3的一端的两侧分别设有限位卡31，限位卡31使隔板3仅可单向插入卡槽4中，当隔板3完全插入卡槽4时，隔板3的圆孔与制样箱I底板的圆孔完全重合。制样箱I为底板均匀布孔的无盖浅箱，可使试样从一定高度处自由落下；装样箱2也是底板均匀布孔的方形浅箱，可搁置在制样箱I上装填试样；隔板3为一块均匀布孔的平板，可插入制样箱I底部的卡槽4以便于试样的装填与落下。
制样箱I由刚性板制成无盖箱体，底板冲孔，沿长边两侧底端分别有一个卡槽4，便于隔板3插入，制样箱I较长的两侧板外侧分别安装一根吊索5,便于制样箱I的举升和起吊。如图5所示，装样箱2为刚性板制成的无盖浅箱，其中两壁板伸出底板约Icm形成卡口 21，便于卡住制样箱I的上边沿并能够滑动，底板与制样箱I等宽且与制样箱I底板的布孔方式一致。隔板3与装样箱I等宽，长度略大的平板，布孔形式与布孔范围与装样箱I底板完全一致，隔板3两端留出一定长度的无孔区域，一端的超出部分略宽形成限位卡31，使之仅可单向插入，当隔板3完全插入制样箱I卡槽时，隔板3的圆孔应正好与制样箱I底板圆孔完全重合，隔板尾端加装把手6，便于握持操作，在本发明一个优选的实施例中，隔板3的底面装有肋板7，防止受压后弯曲变形。试验制样时，按照下列步骤方法进行，I、先将完全插入卡槽的隔板向外拉出约底板孔径的一半距离，使隔板与制样箱底板的孔眼错开位置；2、将装样箱卡住制样箱两侧板上沿，向装样箱缓慢倒入试样，使之均匀填入制样箱，滑动装样箱位置并倒入试样，直到制样箱内完全填满土料；3、利用举升设备将制样箱提升到预定高度，使制样箱置于模型试验箱正上方，保持制样箱稳定后，迅速推入隔板，试样即可落入到模型箱内。上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在 本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种土工模型试验制样装置，其特征在于包括制样箱(1)，装样箱(2)和隔板(3)，所述的隔板(3)套嵌在制样箱(I)的底部，所述的装样箱(2)位于制样箱(I)的上方。
2.根据权利要求I所述的土工模型试验制样装置，其特征在于所述的制样箱(I)为长方形箱体，其高度为3 5cm。
3.根据权利要求I所述的土工模型试验制样装置，其特征在于所述的装样箱(2)是底面为正方形的箱体，其高度为3 5cm，装样箱(2)的宽度与制样箱(I)的宽度相同；所述的装样箱(2)两侧的壁板(22)延伸过装样箱(2)的底面形成有卡口(21)，卡口(21)卡设在制样箱(I)的壁板(11)上沿，卡口(21)的高度为I 1.5cm。
4.根据权利要求I所述的土工模型试验制样装置，其特征在于所述的制样箱(I)、装样箱(2)和隔板(3)的底板上均匀分布有大小均一的若干冲孔(8)，该冲孔呈梅花形布置，孔径为5 10mm，孔间距为2 3倍孔径。
5.根据权利要求I所述的土工模型试验制样装置，其特征在于所述的制样箱(I)的底部两侧设有卡槽(4)，卡槽(4)呈L行，所述的隔板(3)套嵌在卡槽(4)上。
6.根据权利要求I所述的土工模型试验制样装置，其特征在于所述的制样箱(I)的两侧分别设有吊索(5)，吊索(5)呈U型，其高度略高于制样箱与装样箱的厚度和。
7.根据权利要求I所述的土工模型试验制样装置，其特征在于所述的隔板(3)的一端设有把手(6 )。
8.根据权利要求I所述的土工模型试验制样装置，其特征在于所述的隔板(3)的下方焊接有肋板(7)。
9.根据权利要求I所述的土工模型试验制样装置，其特征在于所述的隔板(3)—端的两侧分别设有限位卡(31)，当隔板(3)完全插入卡槽(4)时，隔板(3)的冲孔与制样箱(I)底板的冲孔完全重合。
10.根据权利要求I所述的土工模型试验制样装置，其特征在于所述的制样箱(I)的长度为其宽度的2 4倍。
全文摘要
本发明属于土工模型试验技术领域，涉及一种土工模型试验制样装置。该土工模型试验制样装置，包括制样箱(1)，装样箱(2)和隔板(3)，所述的隔板(3)套嵌在制样箱(1)的底部，所述的装样箱(2)位于制样箱(1)的上方。本发明装置可使试验颗粒材料按某一相同的落距分层落入指定模型箱中，较大程度地保证每次所制得试样在水平向和竖直向上的均质性，并且操作简便。
文档编号G01N1/28GK102680292SQ201210132430
公开日2012年9月19日 申请日期2012年4月28日 优先权日2012年4月28日
发明者叶观宝, 强海飞, 徐超, 胡荣, 陈忠清, 雷颜鲖 申请人:同济大学