一种适用于多工况的土工模型实验压实装置的制作方法

本发明属于土工模型实验技术领域，具体涉及一种适用于多工况的土工模型实验压实装置。

背景技术：

离心模型实验是模拟重力场来模拟实际工程状态的一种实验方法，用来解决工程实际问题与理论研究的一种方法。而土工离心机主要由支座、配重箱、模型箱、吊篮等部分组成。利用土工离心机模拟原型土工结构的受力、变形和破坏，验证设计方案，进行材料参数研究、验证数学模型及数值分析计算结果，在岩土工程领域应用广泛。通过相似原则，将实物的几何形状按比例缩小，用相同物理性状的土体制成模型，使其在离心力场中的应力状态与原型在重力场中一致，以研究工程性状的测试技术。

土的压实是指采用人工或机械的手段对土体施加机械能量，使土颗粒重新排列变密实，使土在短时间内得到新的结构强度，包括增强粗粒土之间的摩擦和咬合，以及增加细粒土之间的分子引力。在离心模型实验中，在模型箱中需要模拟各种实际工况，如桩的沉降模拟实验，需要模拟实际土层。由于模型箱尺寸的限制，一般采用人工击实锤进行土的压实，而一般不采用较大机械进行压实，但在实验工程中，往往需要压实很多层土，极大增加了人的体力支出，同时浪费了大量的时间，但是有时压实效果也不尽理想，比如土层压实不均匀、压土深度不易控制等问题。

技术实现要素：

针对上述现有技术不足与缺陷，本发明的目的在于，提供一种适用于多工况的土工模型实验压实装置，解决现有技术中的装置土层压实不均匀、压土深度不易控制的技术问题。

为了达到上述目的，本申请采用如下技术方案予以实现：一种适用于多工况的土工模型实验压实装置，包括模型箱和与模型箱连接的压实装置，所述的压实装置包括依次连接的液压装置和固定装置，所述的液压装置上连接有液压杆，固定装置为空心结构，所述的液压杆一端与液压装置连接，另一端穿过固定装置并连接有压实钢板；

所述的固定装置上还铰接有支撑装置，所述的支撑装置为抓柄式连接装置或内支撑式连接装置。

本发明还具有如下技术特征：

所述的抓柄式连接装置包括套接的伸缩抓柄和连接滑杆，所述的连接滑杆一端与伸缩抓柄套接，另一端与连接套头连接，所述的连接套头通过第一连接件与固定装置连接；

所述的第一连接件包括和固定装置连接的耳板和耳板上连接的连接环，所述的连接套头与连接环铰接；

所述的耳板在固定装置上间隔120°布置。

所述的伸缩抓柄上设置有加紧螺栓。

所述的内支撑式连接装置包括套接的伸缩杆和连接杆，所述的伸缩杆一端与连接杆套接，另一端与内壁支撑钢板铰接，所述的连接杆一端与伸缩杆连接，另一端与连接套头连接，所述的连接套头通过第二连接件与固定装置铰接；所述的内支撑式连接装置成对使用；

所述的第二连接件在固定装置上间隔120°布置。

所述的连接杆上设置有加紧螺栓。

所述的固定装置上还连接有扶柄，所述的固定装置上还布置有圆水准器。

所述的液压杆上设置有刻度尺，所述的液压杆通过钢板固定栓与压实钢板连接。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

(ⅰ)本发明的压实装置设计简洁，操作起来比较灵活方便，重量较轻，安全可靠，具有两种操作模式，可以进行任意位置土体的压实，同时此装置可拆卸，不占据较大的使用空间；

(ⅱ)本发明通过此装置可以极大的提高压实效果，减少由于压实不均等问题带来的实验误差，同时节省了人力，减少了实验总体时间，提高了试验效率。

(ⅲ)本发明通过液压装置下部有刻度尺，可以有效控制压实深度。

附图说明

图1为抓柄式、内支撑式装置整体示意图

图2为抓柄式装置俯视图

图3为内支撑式装置俯视图

图4为抓柄式装置工作示意图

图5为内支撑式装置工作示意图

图6为液压装置与抓柄式装置连接处示意图

图7为液压装置与内支撑式装置连接处示意图

图8为内壁支撑钢板放大图

图9为液压装置下部刻度尺示意图

图10为整套压实钢板示意图

图11为模型箱示意图

图中各个标号的含义为：1-模型箱，2-压实装置，3-液压装置，4-固定装置，5-液压杆，6-压实钢板，7-支撑装置，8-抓柄式连接装置，9-内支撑式连接装置，10-伸缩抓柄，11-连接滑杆，12-连接套头，13-第一连接件，14-耳板，15-连接环，16-加紧螺栓，17-伸缩杆，18-连接杆，19-内壁支撑钢板，20-第二连接件，21-扶柄，22-圆水准器，23-刻度尺，24-钢板固定栓，25-土体。

以下结合附图和实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

本发明中的多种工况指的是需要压实的土体较多的工况和需要压实的土体较少的工况。

实施例1：

遵从上述技术方案，如图1～图11所示，本实施例给出一种适用于多工况的土工模型实验压实装置，包括模型箱1和与模型箱1连接的压实装置2，其特征在于，所述的压实装置2包括依次连接的液压装置3和固定装置4，所述的液压装置3上连接有液压杆5，固定装置4为空心结构，所述的液压杆5穿过固定装置4，所述的液压杆5一端与液压装置3连接，另一端穿过固定装置4并连接有压实钢板6；

通过液压装置3带动压实钢板6对模型箱1中的土体进行压实。液压装置3可以为自动液压装置或手动液压装置。

所述的固定装置4上还铰接有支撑装置7，所述的支撑装置7为抓柄式连接装置8或内支撑式连接装置9。抓柄式连接装置8和内支撑式连接装置9是为了连接模型箱1连接和压实装置2。

作为本实施例的一种优选，所述的抓柄式连接装置8包括套接的伸缩抓柄10和连接滑杆11，所述的连接滑杆11一端与伸缩抓柄10套接，另一端与连接套头12连接，所述的连接套头12通过第一连接件13与固定装置4连接；伸缩抓柄10一端为弯钩状结构，便于与模型箱1连接，伸缩抓柄10和连接滑杆11套接，伸缩抓柄10可以转动以找到合适的位置。

所述的第一连接件13包括和固定装置14连接的耳板15和耳板15上连接的连接环16，所述的连接套头12与连接环16铰接；连接环16的布置可以使得连接套头12可以在连接环16上滑动，可以使伸缩抓柄10找到与模型箱最合适的连接位置；

所述的耳板15在固定装置4上间隔120°布置。

作为本实施例的一种优选，其特征在于，所述的伸缩抓柄10上设置有加紧螺栓17。伸缩抓柄10找到与模型箱最合适的连接位置后，通过加紧螺栓17固定伸缩抓柄10，使其不能再转动。

作为本实施例的一种优选，所述的内支撑式连接装置9包括套接的伸缩杆18和连接杆19，所述的伸缩杆18一端与连接杆19套接，另一端与内壁支撑钢板20铰接，所述的连接杆19一端与伸缩杆18连接，另一端与连接套头12连接，所述的连接套头12通过第二连接件21与固定装置4铰接；伸缩杆18和连接杆19套接，伸缩杆18可以转动，帮助内壁支撑钢板20与模型箱1内壁的紧密接触，便于进行压实作业。

使用时，内支撑式连接装置9成对出现，形成三角形支撑，更稳固。

所述的第二连接件21在固定装置4上间隔120°布置。

作为本实施例的一种优选，所述的连接杆19上设置有加紧螺栓17。

作为本实施例的一种优选，所述的固定装置4上还连接有扶柄22，所述的固定装置4上还布置有圆水准器23。扶柄22起到了方便提携压实装置2的作用，圆水准器23可以使装置处于水平面上，使土层压实的更平整，减小实验的误差。

作为本实施例的一种优选，所述的液压杆5上设置有刻度尺24，所述的液压杆5通过钢板固定栓15与压实钢板6连接。根据刻度尺24可以准确地控制压实深度，减小试验偏差。

本实施例的使用方式为：

当模型箱中需要压实的土体较多时，采用抓柄式连接装置8，

抓柄式：固定装置4通过连接套头12和连接滑杆11连接，连接滑杆11可以从连接套头12上卸下来，连接滑杆11和伸缩抓柄10连接，伸缩抓柄10共有三个，可自由拆卸，同时伸缩抓柄10可水平左右120度绕着固定装置4转动，同时伸缩抓柄10可以360度旋转，由伸缩抓柄10固定在模型箱1的外壁上，以便调整不同的角度，适应模型箱1顶端边沿不同的位置，伸缩抓柄10由加紧螺栓17控制其伸缩长度。在液压装置3的下部设置有刻度尺24，可以准确地控制压实深度，同时下部由钢板固定栓25固定压实钢板6，压实钢板6拥有一整套类型的钢板，根据不同的试验要求可以更换不同的型号。

当模型箱中需要压实的土体较少时，采用内支撑式连接装置9，

内支撑式：固定装置4通过连接套头12和连接杆19连接，连接套头12通过第二连接件21与固定装置4铰接，连接杆19可自由取下，连接杆19和伸缩杆18连接，伸缩杆18由连接杆19上部的加紧螺栓17控制伸缩杆18的长度，伸缩杆18可以360度旋转，同时伸缩杆18连接内壁支撑钢板20，由内壁支撑钢板20支撑在模型箱1内壁上，其内壁支撑钢板20可以上下120度旋转，调整角度支撑在模型箱1内壁上，然后进行试验土体的压实，此内支撑式连接装置共有六个，每两个为一组，每组之间的夹角为120度，每个支撑式连接装置可以上下90度转动，每组的两个支撑式连接装置和模型箱1之间组成一个三角形，用来稳固整个装置不至于倾斜。在液压装置3的下部设置有详细的刻度尺24，可以根据刻度尺24准确地控制压实的深度，其下部由25钢板固定栓固定压实钢板6在液压装置上，压实钢板6拥有一整套类型的钢板，具有规则型和不规则型，根据工况要求进行选择。