專利名稱：用于離心設(shè)備的顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及巖土工程中的離心模型試驗裝置，尤其是涉及一種用于離心設(shè)備的顆 粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置以及離心顆粒狀物質(zhì)模擬系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
回填土在實際工程中廣泛存在，例如應(yīng)用在擋土墻、基坑、埋管等工程中?；靥钔?體的受力變形特性及其對附近結(jié)構(gòu)的影響是巖土工程中的重要問題，已經(jīng)進行了較廣泛的 研究。離心模型試驗是巖土工程的重要研究手段之一，在國內(nèi)外被廣泛采用。然而，由于離 心模型試驗中模型箱在離心機中高速運轉(zhuǎn)，土所受的離心加速度高達幾十甚至上百倍的重 力加速度，自由下落土粒在其作用下會高速運動，且相應(yīng)的控制機構(gòu)運動較Ig困難很多， 因此在離心模型試驗中控制土的回填速度、高度以及模擬實際施工順序等方面面臨著較大 挑戰(zhàn)。已有的回填離心模型試驗多是在Ig條件下做好回填土模型，然后再增大離心加 速度模擬實際的回填土工程。這相當于回填土模型在幾何上不斷放大，但無法真實模擬其 實際回填過程。也就是說，這種模擬方法不能模擬實際回填土的應(yīng)力路徑變化，對于應(yīng)力應(yīng) 變關(guān)系顯著依賴于應(yīng)力路徑的土體來說可能會導(dǎo)致與實際工程較大的偏差。因此，有必要 研制能夠在離心機高速轉(zhuǎn)動過程中的動態(tài)回填模擬系統(tǒng)，從而通過離心模型試驗研究回填 土體及其周圍結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變形規(guī)律。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的第一個目 的在于提出一種可實現(xiàn)對砂土供給速率的控制的離心模型試驗中的用于離心設(shè)備的顆粒 狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置，該設(shè)備可以滿足高速旋轉(zhuǎn)的離心設(shè)備的砂土回填要求。根據(jù)本發(fā)明的第一方面實施例的一種用于離心設(shè)備的顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回 填裝置，包括基座，所述基座包括底座與設(shè)在底座上的多個豎直的支架；模擬井，所述模 擬井形成為一面開口的空心半圓柱體，且軸線大致垂直于所述底座表面，且其下端固定在 所述底座上；測力桿，所述測力桿上端固定并連接有載荷傳感器，且下端伸入到所述模擬井 內(nèi)并與重碼相連接以保持豎直；導(dǎo)板，所述導(dǎo)板透明且封閉所述模擬井的開口面以形成上 端開口的半空心柱，所述導(dǎo)板與所述模擬井配合的內(nèi)表面的縱向中心處形成有適于測力桿 上下滑動的導(dǎo)向槽，且所述內(nèi)表面的下部形成有與所述導(dǎo)向槽相通的、適于所述重碼上下 移動的凹部，所述凹部的高度大于所述重碼的高度；以及顆粒狀物質(zhì)供給裝置，所述顆粒狀 物質(zhì)供給裝置固定在所述支架的上端且其顆粒狀物質(zhì)供給口位于所述模擬井上方以向所 述模擬井內(nèi)拋撒顆粒狀物質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置，能夠在離心模型試驗過程中實現(xiàn) 對砂土回填量和回填速率的控制，而且可用于多種砂土及其他顆粒狀物質(zhì)，通用性強。另外，根據(jù)本發(fā)明的顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置還具有如下附加技術(shù)特征
所述顆粒狀物質(zhì)供給裝置包括至少一個顆粒狀物質(zhì)容器，所述顆粒狀物質(zhì)容器 的底部設(shè)置有顆粒狀物質(zhì)供給口，被容納于所述顆粒狀物質(zhì)容器中的顆粒狀物質(zhì)通過所述 顆粒狀物質(zhì)供給口被向外供給；與顆粒狀物質(zhì)容器對應(yīng)并與所述顆粒狀物質(zhì)容器固定的至 少一個顆粒狀物質(zhì)供給口開關(guān)單元，每個顆粒狀物質(zhì)供給口開關(guān)單元包括氣缸，所述氣缸 內(nèi)設(shè)置有活塞；以及控制桿，所述控制桿的一端連接至所述活塞，以在氣缸的作用下控制所 述顆粒狀物質(zhì)供給口的開閉；氣源，所述氣源通過離心機滑環(huán)與所述氣缸相連，用于驅(qū)動所 述活塞沿著縱向方向移動。所述顆粒狀物質(zhì)供給裝置進一步包括延長桿，所述延長桿連接在所述控制桿下 端，可隨控制桿的伸縮而上下移動，且其向下移動可封閉所述顆粒狀物質(zhì)供給口。所述顆粒狀物質(zhì)供給口向下具有預(yù)定的錐度，且直徑向下逐漸變小，所述控制桿 的直徑大于所述顆粒狀物質(zhì)供給口處的最小直徑。所述顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置進一步包括用于支撐氣缸的第一支撐板， 所述第一支撐板固定在所述支架上；第二支撐板，所述第二支撐板位于所述第一支撐板下 方，用于支撐顆粒狀物質(zhì)容器的下端防止顆粒狀物質(zhì)容器的擺動而影響離心試驗的效果。所述氣缸設(shè)置有設(shè)置在活塞兩側(cè)的第一進氣口和第二進氣口，所述第一進氣口 和第二進氣口適于與外部氣壓力控制系統(tǒng)分別連通，以讓氣缸推動所述控制桿進行豎向伸 縮運動。所述導(dǎo)向槽的半徑大于所述測力桿的半徑，且所述導(dǎo)向槽與所述測力桿之間的間 隙不大于0. Olmm,以防止導(dǎo)向槽內(nèi)進入顆粒狀物質(zhì)而導(dǎo)致測力桿擺動。所述模擬井的外表面為半圓柱形。所述模擬井與所述導(dǎo)板配合的表面之間設(shè)有密封材料以防止泄漏顆粒狀物質(zhì)。所述顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置還進一步包括固定板，所述固定板與所述導(dǎo) 板在豎直方向上平行且固定在所述模擬井的外表面上，所述固定板與所述導(dǎo)板通過螺栓固 定以使所述導(dǎo)板與所述模擬井之間封閉。固定板用于對模擬井與導(dǎo)板配合的表面之間進行進一步的密封，并且還可以對高 度較高的模擬井進行固定以免模擬井重心不穩(wěn)而擺動。所述顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置還進一步包括第三支撐板，所述第三支撐板 設(shè)置在所述第二支撐板之下，且所述測力桿的上端的傳感器固定在所述第三支撐板的下表 面上。所述測力桿為半圓柱體且與所述導(dǎo)向槽相匹配。根據(jù)本發(fā)明的顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置，具備可擴充性，通過并聯(lián)多個回 填系統(tǒng)，可以實現(xiàn)多種土回填或者分期填筑等復(fù)雜施工順序，系統(tǒng)簡單。此外，根據(jù)本發(fā)明 的顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置，前期準備工作量小，自動化程度高，控制方便，易于操 作，運行可靠且成本低。本發(fā)明的第二個目的在于提出一種可實現(xiàn)對顆粒狀物質(zhì)供給速率的控制的離心 顆粒狀物質(zhì)模擬系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的第二方面的實施例的一種離心顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填模擬系 統(tǒng)，包括離心機；以及上述顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置，所述顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回 填裝置的基座固定在所述離心機上，并可跟隨離心機轉(zhuǎn)動。
本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于離心設(shè)備的顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置 的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中A-A向的剖視圖；圖3是圖1中所示的顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置的導(dǎo)板的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置中的顆粒狀物質(zhì)供給裝置 在離心模型試驗中的示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的顆粒狀物質(zhì)供給裝置在離心模型試驗中的第一個實施例的 剖面示意圖；以及圖6是根據(jù)本發(fā)明的顆粒狀物質(zhì)供給裝置在離心模型試驗中的第二個實施例的 剖面示意圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“內(nèi)”、“外”、“上”、“下”、“頂”、“底”等指示的方位或位置 關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明而不是要求本發(fā)明必須 以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。下面參考圖1-圖6描述根據(jù)本發(fā)明的第一方面的實施例的用于離心設(shè)備的顆粒 狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置，在本發(fā)明的描述中，顆粒狀物質(zhì)以砂土為例來進行說明。此外，需要說明的是，本發(fā)明的顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置可以用于各種離 心設(shè)備，用于進行顆粒狀物質(zhì)的動態(tài)回填模擬，例如土木模擬實驗中所使用的土工離心試 驗機。如圖1-圖6所示，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于離心設(shè)備的顆粒狀物質(zhì)拋撒和 動態(tài)回填裝置，包括基座1、模擬井2、測力桿3、導(dǎo)板4以及顆粒狀物質(zhì)供給裝置(以下稱為 砂供給裝置)5。如圖1-圖2所示，基座1包括底座11與設(shè)置在底座11上的多個豎直的支架12。 在本發(fā)明的一個示例中，底座11是長方形板?？蛇x地，該底座11可為正方形板。豎直的支 架12為四個，分別均勻設(shè)置在該長方形底座11的四個拐角處。當然，在本發(fā)明的另一個示 例中，底座11也可以為三角形板例如為等邊三角形，豎直的支架12為三個，分別設(shè)置在該 三角形底座11的三個拐角處呈三腳支撐的穩(wěn)定狀態(tài)。如圖1和圖2所示，模擬井2形成為一面開口的空心半圓柱體，且軸線大致垂直于 底座11的上表面，且其下端固定在底座11上。在本發(fā)明的一個示例中，模擬井2的外表面為半圓柱形。當然，模擬井2的外表面也可以為半棱柱形或其他任意類似的形狀。測力桿3上端固定并連接有載荷傳感器32，且下端伸入到模擬井2內(nèi)并與重碼31 相連接以保持豎直防止抖動。可選地，測力桿3可為半圓柱體。導(dǎo)板4設(shè)在底座11的上表面上且設(shè)置在模擬井2的開口面處以封閉該開口面，因 此，模擬井2被導(dǎo)板4和底座11限定出了一個上端開口的半空心柱，用于容納砂土。如圖 3所示，在導(dǎo)板4的與模擬井2配合的內(nèi)表面上形成導(dǎo)向槽41和與導(dǎo)向槽41相通的凹部。 其中，該導(dǎo)向槽41形成在該內(nèi)表面的縱向中心處，且適于測力桿3上下滑動。凹部42形成 在該內(nèi)表面的下部，且適于重碼31上下移動的凹部42，可選地，凹部42的高度大于重碼31 的高度，這樣，可保證在測力桿3上下小幅度移動時重碼31在凹部42內(nèi)上下移動，從而可 根據(jù)測力桿3的移動距離測出模擬井2內(nèi)砂土對測力桿3的作用力。另外，在本發(fā)明的一 個示例中，導(dǎo)板4為透明材料制成，以方便觀察模擬井內(nèi)的砂土堆積情況以及測力桿3的移 動情況。在本發(fā)明的一個示例中，模擬井2與導(dǎo)板4配合的表面之間通過密封材料來進行 密封以防止漏砂。而在本發(fā)明的另一個示例中，還進一步包括固定板6以對模擬井2與導(dǎo) 板4配合的表面之間進行進一步的密封，并且還可以對高度較高的模擬井2進行固定以免 模擬井2重心不穩(wěn)而擺動。如圖1-圖3所示，固定板6與導(dǎo)板4在豎直方向上平行且固定 在模擬井2的外表面上，可選地，在固定板6和導(dǎo)板4的兩邊邊緣上均形成有互相對應(yīng)的螺 孔，因此，在固定板6與導(dǎo)板4之間可通過螺栓固定以使導(dǎo)板4與模擬井2之間封閉。如圖1所示，砂供給裝置5固定在支架12的上端且其出砂口 511位于模擬井2上 方以向模擬井2內(nèi)供砂。如圖4所示，砂供給裝置5包括至少一個砂容器51和至少一個砂端口開關(guān)單元2， 其中砂端口開關(guān)單元52與砂容器51相對應(yīng)與砂容器51固定。砂容器51的底部設(shè)置有出砂口 511，被容納于砂容器51中的砂通過出砂口 511被 向外供給到模擬井2中。可選地，砂容器51的下端呈漏斗形，出砂口 511形成在該漏斗形 砂容器的最下端。在本發(fā)明的一個示例中，砂容器51可由透明材質(zhì)制成。這樣，可便于在 離心模型試驗中進行對砂土速度、流量等性狀的觀察。砂端口開關(guān)單元52包括氣缸521和控制桿522。其中，在氣缸521內(nèi)設(shè)置有活塞 5211，而在氣缸521外部通過離心機滑環(huán)6與氣壓力控制系統(tǒng)7相連接，從而通過氣壓力控 制系統(tǒng)7來控制氣缸521的活塞運動?？刂茥U522的一端連接至活塞5211，以控制出砂口 511的開閉。具體地，在控制桿522下端連接有延長桿523，延長桿523可隨控制桿522的 伸縮而上下移動，且其向下移動可封閉出砂口 511。延長桿523的直徑不小于出砂口 511的 直徑。在本發(fā)明的另一個示例中，出砂口 511向下具有預(yù)定的錐度，且直徑向下逐漸變 小，控制桿522的直徑大于出砂口處的最小直徑。在本發(fā)明的再一個示例中，該砂供給裝置5還進一步包括延長套53，延長套53的 上端固定在出砂口 511處，其下端伸入到模擬井2中?？蛇x地，延長套53由彈性材料制成， 可便于砂土從出砂口 511向外排出并直接供給到模擬井2中，避免漏砂。下面將通過兩個實施例來介紹砂供給裝置5在進行離心模型試驗時的控制過程。如圖5所示，根據(jù)本發(fā)明的第一個實施例的砂供給裝置5，砂端口開關(guān)單元52中的氣缸521上形成有第一進氣口 512和第二進氣口 513，其中第一進氣口 512和第二進氣 口 513分別形成在活塞5211的上下兩側(cè)，且適于與外部第一氣壓力控制系統(tǒng)54和第二氣 壓力控制系統(tǒng)55分別進行連通，以讓氣缸521推動控制桿522進行豎向伸縮運動。第一個示例，當砂容器51的數(shù)目為1個時，則與其對應(yīng)的砂端口開關(guān)單元52的數(shù) 目也為1個。在本示例中，根據(jù)本發(fā)明的砂供給裝置5在離心模型試驗時，首先調(diào)整氣缸521及 其控制桿522，以推動延長桿523向下移動封閉出砂口。再在砂容器51中裝上所需量的砂 土，并將氣缸521通過離心機滑環(huán)10與氣壓力控制系統(tǒng)相連通，其中，第一進氣口 512與第 一氣壓力控制系統(tǒng)54連通，而第二進氣口 513與第二氣壓力控制系統(tǒng)55連通。然后啟動 離心機(圖未示)，開始增加離心加速度至設(shè)定值。之后，再啟動第一、第二氣壓力控制系 統(tǒng)，使得通過位于活塞5211上部的第一進氣口 512進入的氣壓低于位于活塞5211下部的 第二進氣口 513進入的氣壓，從而使得活塞5211向上移動，帶動了控制桿522向上移動，而 后使得延長桿523開始上移，逐漸脫離出砂口 511，這樣，砂土便能從出砂口 511中供給到模 擬井2中。需要在砂容器51中繼續(xù)裝砂土?xí)r，可啟動第一、第二氣壓力控制系統(tǒng)，使得通過 位于活塞5211上部的第一進氣口 512進入的氣壓高于位于活塞5211下部的第二進氣口 513進入的氣壓，從而使得活塞5211向下移動，帶動了控制桿522向下移動，而后使得延長 桿523開始下移，逐漸封閉出砂口 511，封閉出砂口 511后即可裝砂。需要說明的是，砂容器51的數(shù)目為多個例如為兩個，則與其對應(yīng)的砂端口開關(guān)單 元52的數(shù)目也為兩個(圖未示)。這樣，兩個砂端口開關(guān)單元52的第一進氣口 512分別連接至第一氣壓力控制系統(tǒng) 54，兩個砂端口開關(guān)單元52的第二進氣口 513分別連接至第二氣壓力控制系統(tǒng)55，以對兩 個砂容器51的出砂口 511進行同步地打開和關(guān)閉。本示例中的砂供給裝置5的工作過程與上一個示例中一致，不同之處僅在于，第 一氣壓力控制系統(tǒng)54與第二氣壓力控制系統(tǒng)55分別連通并同時控制兩個氣缸同步運動。如圖6所示，根據(jù)本發(fā)明的第二個實施例的砂供給裝置5，氣缸521上只形成有第 一進氣口 512，該第一進氣口 512設(shè)在活塞的上側(cè)，與第一氣壓力控制系統(tǒng)54相連通。這 樣，第一氣壓力控制系統(tǒng)54可通過控制氣缸521，使得活塞5211上下運動使得控制桿522 帶動延長桿523伸縮運動。根據(jù)本發(fā)明的砂供給裝置5在離心模型試驗工作時，首先調(diào)整氣缸521及其控制 桿522，以推動延長桿523向下移動封閉出砂口。再在砂容器51中裝上所需量的砂土，將氣 缸521通過離心機滑環(huán)與第一氣壓力控制系統(tǒng)相連通。然后啟動離心機，開始增加離心加 速度至設(shè)定值。之后，再啟動氣壓力控制系統(tǒng)逐漸增大氣壓力，控制氣缸521的活塞5211 帶動控制桿522向上移動，從而使得延長桿523開始上移，逐漸脫離出砂口 511，這樣，砂土 便能從出砂口 511中供給到模擬井2中。同樣地，根據(jù)本發(fā)明的砂供給裝置5的砂容器51和與其對應(yīng)的砂端口開關(guān)單元52 的數(shù)目為多個例如為兩個時(圖未示)，其工作過程與砂容器51和砂端口開關(guān)單元52的數(shù) 目為1個時的工作過程一致，不同之處僅在于第一氣壓力控制系統(tǒng)連通并同時控制兩個氣 缸進行同步運動。
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在本發(fā)明的其中一個示例中，砂供給裝置5的出砂口 511下端的直徑是可以調(diào)整 變化的，可以根據(jù)砂土的顆粒形狀、粒徑級配等特性以及離心加速度條件，調(diào)試合適的出砂 口尺寸，可用于調(diào)整合適的出砂速率，同時，延長桿523的直徑也隨之變化。另外，出砂量可 通過砂容器51的裝砂量來控制。在本發(fā)明的一些示例中，該顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置進一步包括固定在支 架上的第一支撐板7和第二支撐板8，如圖1所示。其中，第一支撐板7用于支撐氣缸521。 而第二支撐板8位于第一支撐板7下方，用于支撐砂容器51的下端防止砂容器51的擺動 而影響離心試驗的效果。在本發(fā)明的另一些示例中，顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置還進 一步包括固定在支架上的第三支撐板9，第三支撐板9設(shè)置在第二支撐板8之下且在模擬井 2之上，且測力桿3的上端的傳感器固定在第三支撐板9的下表面上。可選地，第一、第二、 第三支撐板均為透明材料制成，便于觀察試驗過程。下面根據(jù)圖1-圖6介紹根據(jù)本發(fā)明的顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置的在離心 試驗時的工作過程，在以下描述中，以顆粒狀物質(zhì)供給裝置中只有一個砂容器為例來進行 描述。此外，本發(fā)明并不限于此，顆粒狀物質(zhì)供給裝置中有兩個或多個砂容器的顆粒狀物質(zhì) 拋撒和動態(tài)回填裝置與上述例子過程類似。在離心模型試驗之前，首先調(diào)整氣缸及延長桿523恰好把出砂口 511封閉，再在砂 容器51中裝上所需量的砂土，將氣缸通過離心機滑環(huán)與氣壓力控制系統(tǒng)相連通。然后啟動離心機(圖未示)，開始增加離心加速度至設(shè)定值。之后，啟動顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置，第一氣壓力控制系統(tǒng)54逐漸增大氣 壓力，延長桿522開始上移，逐漸脫離出砂口 511，砂土能夠從出砂口 511流入模擬井，從而 實現(xiàn)了砂土的回填，并且通過測力桿3實時測量模擬井2中的力。根據(jù)本發(fā)明的顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置，首先，能夠在離心模型試驗過程 中實現(xiàn)對砂土回填量和回填速率的控制，而且可用于多種砂土，通用性強。另外，具備可擴 充性，通過并聯(lián)多個回填系統(tǒng)，可以實現(xiàn)多種土回填或者分期填筑等復(fù)雜施工順序，系統(tǒng)簡 單。此外，根據(jù)本發(fā)明的顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置，前期準備工作量小，自動化程度 高，控制方便，易于操作，運行可靠且成本低。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當可以理解，本發(fā)明并不限于此。根據(jù)本發(fā)明的顆粒狀物質(zhì) 拋撒和動態(tài)回填裝置并不僅限于各種砂土，還可以用于其他與砂土具有類似性能的顆粒狀 物質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的第二方面的一種離心顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填模擬系統(tǒng)，包括離 心機以及顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置，其中，顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置可為上 述實施例中的顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置，且其基座固定在離心機上，并可跟隨離心 機轉(zhuǎn)動。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解在不 脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本 發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
一種用于離心設(shè)備的顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置，其特征在于，包括基座，所述基座包括底座與設(shè)在底座上的多個豎直的支架；模擬井，所述模擬井形成為一面開口的空心半圓柱體，且軸線大致垂直于所述底座表面，且其下端固定在所述底座上；測力桿，所述測力桿上端固定并連接有載荷傳感器，且下端伸入到所述模擬井內(nèi)并與重碼相連接以保持豎直；導(dǎo)板，所述導(dǎo)板透明且封閉所述模擬井的開口面以形成上端開口的半空心柱，所述導(dǎo)板與所述模擬井配合的內(nèi)表面的縱向中心處形成有適于測力桿上下滑動的導(dǎo)向槽，且所述內(nèi)表面的下部形成有與所述導(dǎo)向槽相通的、適于所述重碼上下移動的凹部，所述凹部的高度大于所述重碼的高度；以及顆粒狀物質(zhì)供給裝置，所述顆粒狀物質(zhì)供給裝置固定在所述支架的上端且其顆粒狀物質(zhì)供給口位于所述模擬井上方以向所述模擬井內(nèi)拋撒顆粒狀物質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置，其特征在于，所述顆粒狀 物質(zhì)供給裝置包括至少一個顆粒狀物質(zhì)容器，所述顆粒狀物質(zhì)容器的底部設(shè)置有顆粒狀物質(zhì)供給口，被 容納于所述顆粒狀物質(zhì)容器中的顆粒狀物質(zhì)通過所述顆粒狀物質(zhì)供給口被向外供給；與顆粒狀物質(zhì)容器對應(yīng)并與所述顆粒狀物質(zhì)容器固定的至少一個顆粒狀物質(zhì)供給口 開關(guān)單元，每個顆粒狀物質(zhì)供給口開關(guān)單元包括 氣缸，所述氣缸內(nèi)設(shè)置有活塞；以及控制桿，所述控制桿的一端連接至所述活塞，以在氣缸的作用下控制所述顆粒狀物質(zhì) 供給口的開閉；氣源，所述氣源通過離心機滑環(huán)與所述氣缸相連，用于驅(qū)動所述活塞沿著縱向方向移動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置，其特征在于，所述顆粒狀 物質(zhì)供給裝置進一步包括延長桿，所述延長桿連接在所述控制桿下端，可隨控制桿的伸縮 而上下移動，且其向下移動可封閉所述顆粒狀物質(zhì)供給口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置，其特征在于，所述顆粒狀 物質(zhì)供給口向下具有預(yù)定的錐度，且直徑向下逐漸變小，所述控制桿的直徑大于所述顆粒 狀物質(zhì)供給口處的最小直徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置，其特征在于，進一步包括 用于支撐氣缸的第一支撐板，所述第一支撐板固定在所述支架上；第二支撐板，所述第二支撐板位于所述第一支撐板下方，用于支撐顆粒狀物質(zhì)容器。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置，其特征在于，所述氣缸設(shè) 置有設(shè)置在活塞兩側(cè)的第一進氣口和第二進氣口，所述第一進氣口和第二進氣口適于與外 部氣壓力控制系統(tǒng)分別連通，以讓氣缸推動所述控制桿進行豎向伸縮運動。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置，其特征在于，所述導(dǎo)向槽 的半徑大于所述測力桿的半徑，且所述導(dǎo)向槽與所述測力桿之間的間隙不大于0. Olmm,以 防止導(dǎo)向槽內(nèi)進入顆粒狀物質(zhì)而導(dǎo)致測力桿擺動。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置，其特征在于，所述模擬井 的外表面為半圓柱形。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置，其特征在于，所述模擬井 與所述導(dǎo)板配合的表面之間設(shè)有密封材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置，其特征在于，還進一步包 括固定板，所述固定板與所述導(dǎo)板在豎直方向上平行且固定在所述模擬井的外表面上，所 述固定板與所述導(dǎo)板通過螺栓固定以使所述導(dǎo)板與所述模擬井之間封閉。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置，其特征在于，還進一步包 括第三支撐板，所述第三支撐板設(shè)置在所述第二支撐板之下，且所述測力桿的上端的傳感 器固定在所述第三支撐板的下表面上。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置，其特征在于，所述測力桿 為半圓柱體且與所述導(dǎo)向槽相匹配。
13.—種離心顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填模擬系統(tǒng)，包括離心機；以及如權(quán)利要求1所述的顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置，所述顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回 填裝置的基座固定在所述離心機上，并可跟隨離心機轉(zhuǎn)動。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于離心設(shè)備的顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置，包括基座；下端固定在所述底座上的模擬井；測力桿；導(dǎo)板，所述導(dǎo)板上形成有適于測力桿滑動的導(dǎo)向槽和與所述導(dǎo)向槽相通的、適于所述重碼上下移動的凹部，所述凹部的高度大于所述重碼的高度；以及顆粒狀物質(zhì)供給裝置，所述顆粒狀物質(zhì)供給裝置固定在所述支架的上端且其出砂口位于所述模擬井上方以向所述模擬井內(nèi)拋撒顆粒狀物質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置，能夠在離心模型試驗過程中實現(xiàn)對砂土回填量和回填速率的控制，而且可用于多種砂土及其他顆粒狀物質(zhì)，通用性強。本發(fā)明還公開了一種具有所述顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填裝置的顆粒狀物質(zhì)拋撒和動態(tài)回填模擬系統(tǒng)。
文檔編號E02D17/18GK101912827SQ20101022567
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月5日
發(fā)明者張嘎, 張建民, 王麗萍, 王睿, 鄭瑞華 申請人:清華大學(xué)