一种冻土爆破模型试验的制样装置的制作方法

本实用新型涉及冻土爆破技术领域，具体地说，涉及一种冻土爆破模型试验的制样装置。

背景技术：

冻土是指零摄氏度以下，并含有冰的各种岩石和土壤。冻土在我国分布相当广泛，多年冻土和季节冻土面积分别占国土面积的21.5％和53.5％。在冻土地区进行建设，就必须对冻土的一系列工程特性进行更深入的研究，以确保冻土工程建筑物的稳定、经济以及施工过程的安全、高效。台阶爆破是一种常用的开挖冻土边坡的有效方法。为了改进爆破工艺，研究冻土边坡爆破特性，最有说服力的方法是根据工程实际情况进行现场试验。但一般来说，爆破现场的状况复杂，通过大量现场爆破试验分析总结后，再进行工程设计是不现实的。而室内模型试验可以模拟现场情况进行多次试验，分析比选不同爆破方案，从而选定最优爆破参数。因此，采用模型试验的方法，通过室内试验研究冻土边坡的爆破性就显得十分重要。

进行冻土爆破的室内模型试验首先要根据相似理论建立相似准则。模型爆破试验的相似参数包括几何参量、炸药性能参量、冻土物理力学性能参量等。根据建立的相似准则，选定模型试验的几何相似常数，模型材料以及相似炸药。利用模型试验研究冻土爆破性影响因素，主要是研究冻土的爆破性与冻土物理力学指标、爆破冲量大小、作用时间和作用形式的关系。冻土物理力学指标主要指：抗拉强度、抗压强度、弹性模量、压缩模量、压缩系数、波速、冻土温度、冻土成分和含冰量，是影响冻土爆破性的内在因素。爆破冲量大小、作用时间和作用形式是影响冻土爆破行的外在因素。爆破参数的确定是冻土爆破模型试验的重要研究内容。选择有代表性的冻土原型，通过室内模型试验寻求合理的冻土爆破装药结构和爆破参数，尤其是装药密集系数，从而优化爆破工艺。

冻土试样的制备通常采用两种方法。第一种是：按照原状冻土的含水率配置干土和水，击实后放入冷冻箱冷冻试样；另一种是：将土与冰屑混合击实，再放入冷冻箱冷冻。两种方法均需要移动试样进行冷冻，冷冻后再取出试样进行试验。一般情况下，当原状土含水率较低时，选择第一种制样方法，含水率较高时选择第二种制样方法。但是显然，无论哪种方法，对于更大尺寸的模型试验，这两种方法均不易实现。另外，取出冻土试样到进行爆破过程中，冻土试样可能发生融化，这样就导致试验不能准确模拟真实状态下的冻土爆破。因此，亟需开发一种冻土爆破室内试验的制样装置。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供了一种冻土爆破模型试验的制样装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用技术方案的基本构思是：

一种冻土爆破模型试验的制样装置，其特殊之处在于：包括防爆制样槽、阶梯形模具和分层制冷系统，所述防爆制样槽呈楔块形状，阶梯形模具可拆卸地固定在楔形防爆制样槽斜面所在位置的内侧，所述阶梯形模具至少能够形成一个台阶面，阶梯形模具的斜面与防爆制样槽的斜面贴合，台阶面与防爆制样槽其余内壁形成冻土试样的制样腔，所述分层制冷系统包括上层制冷器和下层制冷器，上层制冷器上设有温度传感器，安装在制样腔的上部，下层制冷器上也设有温度传感器，安装在制样腔的下部，上层制冷器与下层制冷器结合由浅到深模拟冻土温度变化的现象，防爆制样槽的外壁上设有用于分层制冷系统散热的散热器。

进一步地，所述阶梯形模具包括两个相同的模块，两个相同的模块与防爆制样槽其余内壁形成具有一个台阶面的制样腔。

进一步地，所述阶梯形模具包括三个相同的模块，三个相同的模块与防爆制样槽其余内壁形成具有两个台阶面的制样腔。

进一步地，所述阶梯形模具与防爆制样槽通过销栓连接在一起。

进一步地，防爆制样槽的材质为防爆合金。

同时本实用新型还提出了上述冻土爆破模型试验的制样装置的试验方法：

1)根据上述根据模型试验要求选择冻土边坡模型的模具，用销栓将阶梯形模具固定与防爆制样槽上。

2)确定土料、水、冰屑的用量。根据冻土的含水率不同，分为两种方式配置试样：

2.1)当模拟含水率较低的冻土时，按一定的含水率配置融土试样，搅拌均匀，分4-5次加入防爆制样槽内，并分层击实。

2.2)当模拟含水率较高的冻土时，应先冻出冰块，用机器破碎成冰屑，将试验用土与冰屑搅拌均匀，分4-5次加入模型箱内，并分层击实。

3)击实完成后，开启上层制冷器和下层制冷器，分层控制温度，冷冻48h，使冻土试样达到预期状态。

4)冻土试样达到预期状态后，从冻土试样表面开钻炮孔。此过程需根据试验要求，选定合适的炮孔布置形式，炮孔深度等参数，炮孔可布置为多种形式，如图3所示，可以单排布置，如图4所示，可以双排布置，如图5所示，也可以交错布置。

5)炮孔布置完成后，拧下销栓，卸下阶梯形模具，冻土试样制备完成。

采用上述技术方案后，本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果。

1、本实用新型该装置可用于大尺寸的冻土爆破模型试验。按照原状土配置试样后，无需移动试样，可利用该装置自身的分层制冷系统对土体进行冻结，冻结的土体可以很好的模拟冻土温度随深度变化的特征。冻土试样冻结完成后，也无需取出冻土试样，可直接在该装置中进行爆破试验，该装置的制冷系统同时也能防止试验过程中土体融化的问题。

2、选择不同几何参数阶梯形模具模拟不同临空面，从而可以完成不同几何参数冻土试样的爆破试验。

3、由防爆合金制成防爆制样槽，保证在爆破试验中不会发生破坏。

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本申请的一部分，用来提供对本实用新型的进一步的理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但不构成对本实用新型的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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附图。在附图中：

图1为本实用新型实施例冻土爆破模型试验的制样装置的立体结构示意图；

图2为本实用新型实施例中包含两个相同模块的阶梯形模具结构立体示意图；

图3为本实用新型实施例中包含两个相同模块的阶梯形模具结构立体示意图；

图4为本实用新型实施例中冻土试样上炮孔单排布置的分布示意图；

图5为本实用新型实施例中冻土试样上炮孔双排布置的分布示意图；

图6为本实用新型实施例中冻土试样上炮孔交错布置的分布示意图。

图中：1-防爆制样槽；2-上层制冷器；3-下层制冷器；4-阶梯形模具；5-销栓；6-冻土试样；7-炮孔；8-散热器。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本实用新型的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本实用新型的概念。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，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。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实用新型中的具体含义。

实施例

如图1所示，一种冻土爆破模型试验的制样装置，包括防爆制样槽1、阶梯形模具4和分层制冷系统，所述防爆制样槽1呈楔块形状，防爆制样槽1的材质为防爆合金。阶梯形模具4通过销栓5可拆卸地固定在楔形防爆制样槽1斜面所在位置的内侧，阶梯形模具4的斜面与防爆制样槽1的斜面贴合，台阶面与防爆制样槽1其余内壁形成冻土试样6的制样腔。所述分层制冷系统包括上层制冷器2和下层制冷器3，上层制冷器2上设有温度传感器，安装在制样腔的上部，下层制冷器3上也设有温度传感器，安装在制样腔的下部，上层制冷器 2与下层制冷器3结合由浅到深模拟冻土温度变化的现象，防爆制样槽1的外壁上设有用于分层制冷系统散热的散热器8。如图2所示，阶梯形模具4包括两个相同的模块，两个相同的模块与防爆制样槽1其余内壁形成具有一个台阶面的制样腔。如图3所示，阶梯形模具4 包括三个相同的模块，三个相同的模块与防爆制样槽1其余内壁形成具有两个台阶面的制样腔。选择不同几何参数的阶梯形模具4模拟不同临空面，从而可以完成不同几何参数冻土试样的爆破试验。该制样装置可用于大尺寸的冻土爆破模型试验。按照原状土配置试样后，无需移动试样，可利用该装置自身的分层制冷系统对土体进行冻结，冻结的土体可以很好的模拟冻土温度随深度变化的特征。冻土试样6冻结完成后，也无需取出冻土试样6，可直接在该装置中进行爆破试验，该装置的制冷系统同时也能防止试验过程中土体融化的问题。

同时本实用新型还提出了上述冻土爆破模型试验的制样装置的试验方法：

1)根据上述根据模型试验要求选择冻土边坡模型的模具，用销栓5将阶梯形模具4固定与防爆制样槽1上；

2)确定土料、水、冰屑的用量，根据冻土的含水率不同，分为以下两种方式配置试样；

2.1)当模拟含水率较低的冻土时，按一定的含水率配置融土试样，搅拌均匀，分4-5次加入防爆制样槽内，并分层击实；

2.2)当模拟含水率较高的冻土时，应先冻出冰块，用机器破碎成冰屑，将试验用土与冰屑搅拌均匀，分4-5次加入模型箱内，并分层击实；

3)击实完成后，开启上层制冷器2和下层制冷器3，分层控制温度，冷冻48h，使冻土试样达到预期状态；

4)冻土试样达到预期状态后，从冻土试样6表面开钻炮孔7。此过程需根据试验要求，选定合适的炮孔7布置形式和炮孔深度等参数，炮孔7可布置为多种形式，如图4所示，可以单排布置，如图5所示，可以双排布置，如图6所示，也可以交错布置；

5)炮孔7布置完成后，拧下销栓5，卸下阶梯形模具4，冻土试样6制备完成。

根据爆破实验要求，在炮孔7装填试验用相似炸药进行爆破试验即可。

以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型方案的范围内。