一种饱和砂土倾斜制样装置

本技术属于室内土工试验，涉及一种饱和砂土倾斜制样装置。

背景技术：

1、土是岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，经过不同的搬运方式，在各种自然环境中生成的沉积物。自然界中，受重力等外部作用的影响，不规则的土体颗粒通常按一定规律进行排列，形成若干沉积面。受地形、水文、地质运动等因素影响，自然界中土体的沉积面往往并非水平，而是沿一定角度发生倾斜。

2、国内外大量试验研究表明：各向异性材料破坏时的峰值应力比或峰值内摩擦角与大主应力方向角(即大主应力作用面与沉积面之间的夹角)δ有关。

3、a.mahmood和j.k.mitchell通过直剪试验发现：当沉积面垂直于剪切面时，粉砂强度比两面平行时要高30％；p.j.guo改进后的直剪仪能使沉积面与剪切面夹角在0°～90°范围内连续变化；p.fu和y.f.dafalias提出，考虑剪切变形的方向性，剪切面与沉积面夹角ψ的定义域应该为0°～180°。通过对细长颗粒进行二维离散元数值模拟，p.fu和y.f.dafalias给出了抗剪强度与ψ关系的大致曲线，并发现强度峰值出现在ψ≈115°而不是ψ≈90°的位置。然而该研究仅限于对一种特定理想颗粒形状的二维离散元模拟，并且试样所处的环境为干燥环境，此关系对于实际砂土材料在海底富水环境下自然沉积的适用性还有待研究。

4、目前，国内外对含水土颗粒的倾斜角度的力学研究较少，而且受限于深海海底现场取芯和原位实验技术的困难和缺陷，因此，有必要需要设计一种可实现饱水条件下砂土体倾斜制样装置。

技术实现思路

1、有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种饱和砂土倾斜制样装置，以实现湿法制样。

2、为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

3、一种饱和砂土倾斜制样装置，包括呈水平设置的平台，平台上设有顶部敞开的外箱，外箱的底部设有外箱角度调节装置以调节外箱相对于平台的倾斜角度，外箱内设有顶部敞开的内箱，内箱的底部设有内箱角度调节装置以调节内箱相对于外箱的倾斜角度，外箱角度调节装置和内箱角度调节装置能够实现角度的连续调节。

4、可选地，外箱角度调节装置包括分别设置在外箱底部两端的铰支座和升降装置，铰支座包括相对设置在外箱两侧且与平台固定连接的支撑座和与外箱宽度方向平行且与支撑座和外箱转动连接的转轴，升降装置包括相对设置在外箱两侧的升降机构，升降机构安装在滑块上，滑块与设置在平台上且与外箱长度方向平行的滑轨滑动连接。

5、可选地，支撑座与转轴之间设有轴承。

6、可选地，升降机构包括千斤顶，千斤顶的顶部具有与外箱宽度方向平行的限位孔，限位孔内设有与外箱转动连接的限位轴。

7、可选地，限位孔与限位轴之间设有轴承。

8、可选地，滑块上设有与其螺纹连接的锁紧螺钉以限制滑块相对于滑轨的位置。

9、可选地，内箱角度调节装置位于内箱的中部，包括相对设置在内箱两侧的安装座，安装座安装在外箱上，安装座上设有旋转电机，旋转电机的输出轴与固定在内箱上且与外箱宽度方向平行的传动轴连接。

10、可选地，安装座为具有升降功能的升降支架或为高度固定的立柱。

11、可选地，外箱对应于长度方向的一对侧板透明，内箱对应于外箱长度方向的一对侧板透明。

12、可选地，外箱设有透明的箱盖，箱盖扣合在外箱的顶部。

13、可选地，外箱的底部设有注排水孔和与注排水孔相连的注排水系统，内箱的底部设有排水孔，排水孔处设有排水阀。

14、上述制样装置，可用于干法制样和湿法制样：

15、干法制样包括以下步骤：

16、s1将取下盒盖的剪切盒置于内箱中；

17、s2将内箱调整到目标角度；

18、s3在内箱的正上方一定距离，采用“砂雨法”使砂土颗粒自由下落至剪切盒内，直至填满剪切盒，然后静置一定时间；

19、s4盖上剪切盒的盒盖，将剪切盒以外的砂土清理出去；

20、s3内箱调整至水平，取出剪切盒；

21、湿法制样包括以下步骤：

22、s1将取下盒盖的剪切盒置于内箱中；

23、s2向内箱、外箱注水，直至淹没内箱；

24、s3将内箱调整到目标角度；

25、s4在内箱的正上方一定距离，采用“砂雨法”使砂土颗粒自由下落至内箱，在水体的作用下，砂土颗粒进入剪切盒内部，直至填满剪切盒；

26、s5排空内箱、外箱内的水，然后静置一定时间；

27、s6盖上剪切盒的盒盖，将剪切盒以外的砂土清理出去；

28、s7调整至水平，取出剪切盒。

29、本实用新型的有益效果在于：

30、1.可实现多重的倾斜制样方案，在倾斜角度上具有很大的组合能力，并且可以模拟干燥环境(无水)或者含水情况下(饱水)的工况，实现无水/饱水状态下多倾角的控制，进而可根据工况需要，制得所需的试样状态。

31、2.制样装置的倾斜角度容易控制，且通过外箱、内箱的倾斜角度叠加，使得制样装置的角度调节范围更大，且结构简单紧凑，可操作性强。

32、本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.一种饱和砂土倾斜制样装置，其特征在于：包括呈水平设置的平台，平台上设有顶部敞开的外箱，外箱的底部设有外箱角度调节装置以调节外箱相对于平台的倾斜角度，外箱内设有顶部敞开的内箱，内箱的底部设有内箱角度调节装置以调节内箱相对于外箱的倾斜角度，外箱角度调节装置和内箱角度调节装置能够实现角度的连续调节。

2.根据权利要求1所述的一种饱和砂土倾斜制样装置，其特征在于：外箱角度调节装置包括分别设置在外箱底部两端的铰支座和升降装置，铰支座包括相对设置在外箱两侧且与平台固定连接的支撑座和与外箱宽度方向平行且与支撑座和外箱转动连接的转轴，升降装置包括相对设置在外箱两侧的升降机构，升降机构安装在滑块上，滑块与设置在平台上且与外箱长度方向平行的滑轨滑动连接，滑块上设有与其螺纹连接的锁紧螺钉以限制滑块相对于滑轨的位置。

3.根据权利要求2所述的一种饱和砂土倾斜制样装置，其特征在于：支撑座与转轴之间设有轴承。

4.根据权利要求2所述的一种饱和砂土倾斜制样装置，其特征在于：升降机构包括千斤顶，千斤顶的顶部具有与外箱宽度方向平行的限位孔，限位孔内设有与外箱转动连接的限位轴。

5.根据权利要求4所述的一种饱和砂土倾斜制样装置，其特征在于：限位孔与限位轴之间设有轴承。

6.根据权利要求1所述的一种饱和砂土倾斜制样装置，其特征在于：内箱角度调节装置位于内箱的中部，包括相对设置在内箱两侧的安装座，安装座安装在外箱上，安装座上设有旋转电机，旋转电机的输出轴与固定在内箱上且与外箱宽度方向平行的传动轴连接。

7.根据权利要求6所述的一种饱和砂土倾斜制样装置，其特征在于：安装座为具有升降功能的升降支架或为高度固定的立柱。

8.根据权利要求1所述的一种饱和砂土倾斜制样装置，其特征在于：外箱对应于长度方向的一对侧板透明，内箱对应于外箱长度方向的一对侧板透明。

9.根据权利要求1所述的一种饱和砂土倾斜制样装置，其特征在于：外箱设有透明的箱盖，箱盖扣合在外箱的顶部。

10.根据权利要求1所述的一种饱和砂土倾斜制样装置，其特征在于：外箱的底部设有注排水孔和与注排水孔相连的注排水系统，内箱的底部设有排水孔，排水孔处设有排水阀。

技术总结
本技术涉及一种饱和砂土倾斜制样装置，属于室内土工试验技术领域。制样装置包括呈水平设置的平台，平台上设有顶部敞开的外箱，外箱的底部设有外箱角度调节装置以调节外箱相对于平台的倾斜角度，外箱内设有顶部敞开的内箱，内箱的底部设有内箱角度调节装置以调节内箱相对于外箱的倾斜角度，内箱的底部设有内箱角度调节装置以调节内箱相对于外箱的倾斜角度，外箱角度调节装置和内箱角度调节装置能够实现角度的连续调节。本技术的制样装置能够实现剪切面与沉积面的夹角在指定区间内任意变化，且可实现无水和饱水条件下砂土制样，可用于研究各向异性颗粒材料任意剪切面的抗剪强度特性。

技术研发人员：王玉豪,董彤,张天宇,陈晓,杨辉,董宏晓
受保护的技术使用者：中国人民解放军军事科学院国防工程研究院
技术研发日：20230329
技术公布日：2024/1/13