專利名稱：一種巖土工程相似試驗系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及巖土工程技術領域，特別是涉及一種巖土工程相似試驗系統(tǒng)。
背景技術：
現如今，能源問題世界矚目，但是隨著能源的不斷開采，對自然界無休止的索取，導致我們生活的空間也在悄然發(fā)生著變化。無論是礦業(yè)開采過程中的安全生產，還是開釆后釆區(qū)的沉陷，都是直接關系到人們生活甚至生命的頭等大事。所以必須加大力度對土體內部進行研究，但由于很難觀測到土體內部的真是情況，數值模擬又有一定的誤差，因此相似模擬試驗成了最好的研究方法。相似模擬試驗就是要用和原型力學性質相似的材料，按照一定的幾何比列模擬巖層，可以模擬開挖，降雨，震動等多種條件，在滿足相似的邊界條件下，在相似的時期內造成相似的壓力現象，通過測量和分析得出規(guī)律，滿足對地層的研究。傳統(tǒng)的相似模擬試驗臺都是人工壓實，并且不能對滲透率進行測定，這就使得整個試驗需要耗費大量的人力和物力。除此之外，當模型傾角較大的時候，人工壓實很難達到壓實標準， 一旦模型沒有壓實，對整個相似模擬試驗的精確度影響非常之大。對于一些要求同時測定滲透率的情況，傳統(tǒng)的相似模擬試驗臺達不到這個要求，通常只能進行二次試驗來完成既定的目標，這樣就造成了時間上和資源上的浪費。而且很難反映在應力場和滲流場耦合條件下的真實情況。對于震動通常也需要二次試驗。
實用新型內容
本實用新型的目的是提供一種結構簡單、功能實用、能夠一次自動壓實模型，并且角度可調的巖土工程相似試驗系統(tǒng)。為達到上述目的，本實用新型的技術方案提供一種巖土工程相似
試驗系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括固定承載支架以及安裝在所述固定承載支架上的自動壓實器，其中，自動壓實器包括坡度控制裝置，與所述坡度控制裝置連接的壓實裝置，以及與所述壓實裝置連接的動力裝置；固定承載支架上部設有儀器臺。
其中，所述系統(tǒng)還包括設置在所述固定承載支架底部的震動器。
其中，所述震動器包括電機以及通過傳動桿與所述電機連接的齒輪，所述齒輪與所述固定承載支架底部接觸。
其中，所述齒輪包括縱波齒輪和橫波齒輪。
其中，所述電機連接有變頻器。
其中，所述坡度控制裝置包括一根中軸桿和兩根角度控制桿，中軸桿內設有角規(guī)。
其中，所述壓實裝置包括平滑壓力板、鉸接套管和連接管；其中所述鉸接套管和連接管由內扣連接，所述連接管在鉸接套管內具有繞其中心軸線轉動的自由度，連接管上部與角度控制桿固定連接。
其中，所述動力裝置包括信號發(fā)射裝置、信號接收裝置、推進裝置、自鎖裝置，其中信號發(fā)射裝置由操作人員掌控，信號接收裝置、推進裝置及自鎖裝置均設置在中軸桿內部。
其中，所述推進裝置包括千斤頂。
其中，所述系統(tǒng)還包括安裝在所述儀器臺上的人工降雨器，所述固定承載支架底部設置有孔洞。
上述實用新型技術方案具有如下優(yōu)點該相似模擬試驗系統(tǒng)具有結構簡潔、組裝緊湊、可擴充性強、應用性強、節(jié)省人力物力等特點，具體為
(1) 自動化程度高壓實過程完全通過動力裝置，節(jié)省人力物力，而且壓實度高，壓實面受力均勻；
(2) 實用性強壓實面的角度可調，對于急傾斜、大傾角等結構的壓實效果好；
(3) 自動壓實裝置位置可調，能夠滿足不同位置不同高度的需
要，方便拆卸；
(4) 降雨器方便安裝，用來模擬降雨情況下的流固耦合條件真
實，可靠；
(5) 底部孔洞在降雨條件下用來測定滲出量，完成滲透系數等的測定；
(6) 底部震動器可以在降雨條件下同時工作，這就使得應力場與滲流場耦合情況下又加入了動荷載，使試驗更具備全面性。
圖i是本實用新型實施例的
圖2是本實用新型實施例的-圖3是本實用新型實施例的-
圖4是本實用新型實施例的-圖5是本實用新型實施例的-
具體實施方式
以下結合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式
作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本實用新型的技術方案，而不能以此來限制本實用新型的保護范圍。
相似模擬試驗系統(tǒng)包括自動壓實器1和固定承載支架2，自動壓實器1設有坡度控制裝置3、壓實裝置4和動力裝置5;固定承載支架2上部設有安裝儀器臺，底部設置有孔洞7。
坡度控制裝置3包括一根中軸桿8和兩根角度控制桿9，中軸桿8與安裝在固定承載支架2上面的調節(jié)平板上，角度控制桿9穿過一平板與平滑壓力板13連接，中軸桿8內設有角規(guī)12，用于調節(jié)角度，通過改變三者的長度，來調節(jié)平滑壓力板13的角度。
一種相似模擬試驗系統(tǒng)的結構示意
-種自動壓實器的結構示意圖；-種自動壓實器調整角度的示意圖；-種中軸桿內部結構示意圖；-種震動器的結構示意圖。壓實裝置4是由多個矩形傳力塊23疊放在一起的，以便于平滑壓力板受力均勻。壓實裝置4包括平滑壓力板13、鉸接套管14和連接管15。其中，鉸接套管14和連接管15是由內扣連接，連接管15在鉸接套管14內部可以自由轉動。連接管15上部與角度控制桿9通過連接螺栓17固定在一起。由于鉸接，所以在整個面內可以運動(整個面是指中軸桿8和角度控制桿9三根桿所在的平面。
動力裝置5包括信號發(fā)射裝置18、信號接收裝置19、推進裝置20、自鎖裝置21。其中信號發(fā)射裝置18由操作人員掌控，信號接收裝置19、推進裝置20及自鎖裝置21均隱藏在中軸桿8內部。信號發(fā)射裝置18、信號接收裝置19可以釆用現有的任何信號發(fā)送即接送裝置即可。推進裝置20包括千斤頂16,千斤頂16受信號接收裝置19控制。當信號發(fā)射裝置18發(fā)出的信號被信號接收裝置19所接收到時，推進裝置20被啟動，千斤頂26就自動的前進，受自鎖裝置21的影響，推進裝置20只能前進不能后退，整個自動壓實器在推進裝置20的推動下緩慢向下移動。當按動自鎖開關，自鎖裝置21自動收回，千斤頂16可以后退到最初的位置。也可以采用自鎖式千斤頂來代替推進裝置20和自鎖裝置21。
固定承載支架2是相似模擬試驗臺的主體結構，其上部設有安裝儀器臺，包括安裝自動壓實器1和人工降雨器6的軌道；底部就是承載主體，包含很多的孔洞7，在模型堆砌的過程中，孔洞由螺絲22封堵，當做降雨試驗的時候，將螺絲拔出，就可以用來收集滲透出來的水量，以測出滲透系數。人工降雨器6內部結構是有一個無蓋箱子，底板用注射針頭作為降雨點，里面由浮球控制恒定水位，并與抽水機連接，當水位高于設定水位的時候，浮球上升，觸發(fā)觸點開關連接，使電源工作，抽水機工作，當水位低于設定水位的時候，浮球觸點開關斷開，抽水機停止工作，此設備為保證水位恒定。
震動器23安裝在固定承載支架2的底部，包括電機24通過變頻
7器28、傳動桿27帶動齒輪傳動，變頻器28用于控制齒輪震動的頻率。齒輪敲擊固定承載支架2底部，產生震動。 一個電機帶動一個齒輪，齒輪包括縱波齒輪25和橫波齒輪26，隨著電機的轉動，齒輪轉動敲擊模型底部，使整個模型發(fā)生震動。由于安裝的方向不同，縱波齒輪25和橫波齒輪26使整個固定支架2的底部產生橫向和縱向的震動。所用螺栓為統(tǒng)一螺栓，裝置都有預留孔。
開始工作前，應將自動壓實器1安裝并固定在固定承載支架2的軌道上，然后按照預先算好的配合比，將砂料放在指定位置，再根據所做模型的需要，調整自動壓實器1中角度控制桿9的長度，從而使平滑壓力板13達到所需要的角度。然后信號發(fā)射裝置18發(fā)射信號，當信號接收裝置19接收到信號后，推進裝置20帶動整個儀器向下移動，直到接收到了操作人員發(fā)出的停止的信號時，壓實一起停止推進，通過自鎖裝置的作用停留在推進處，完成一次壓實。 一次壓實結東后，通過改變自動壓實器l的位置完成下一次壓實，直到整個模型完成壓實為止。
模型壓實后進行后面的操作，可以選擇性的進行降雨、震動及降雨與震動同時作用下的實驗，當需要進行降雨條件下的實驗時，需要將人工降雨器6安裝在固定承載支架2的軌道上，打開固定承載支架2底部的螺栓22，由水泵26將水抽到人工降雨器6內，再由其控制降雨強度和降雨量。降雨強度的控制就是由水頭位置決定的，高水頭壓力大，降雨強度就大。開始的時候可以設置不同的觸點與浮球接觸，這樣就能滿足控制雨強。通過擰開固定承載支架2底部的螺栓，這樣，入滲的水可以通過模型，從底部流出，通過收集流出的水量，和統(tǒng)計降雨量，能夠能得滲透系數。
本發(fā)明相似模擬試驗臺自動壓實的性能，及降雨與震動同時作用的性能，便于模擬不同層理結構地層的模擬試驗，其結構簡單，可操作性強，節(jié)約了壓實過程中的時間和勞動量，適用于相似模擬試驗，
8具有較大的應用價值。
由以上實施例可以看出，本實用新型實施例通過坡面控制裝置的 調節(jié)，可以改變壓實裝置的角度，從而模擬出不同角度的層理。壓實 裝置在坡面控制裝置的調節(jié)下，在動力裝置的推動下，對不同坡度的 土層進行壓實，是自動壓實裝置的主要部分。這種相似模擬試驗臺能 夠避免人工壓實存在的一系列問題，釆用機械壓實，不僅能夠保證壓 實度的要求，還能實現大角度的壓實要求。在需要模擬降雨、滲流等 特定條件時，可以通過直接安裝的方式，把降雨裝置與試驗臺進行連 接，并能夠完成滲流的測定。使整個相似模型能夠同時滿足應力場和 滲流場耦合作用的條件下，更真實的反映出實際情況?？梢酝ㄟ^底部 的震動模擬器使整個模型進行有規(guī)律的橫波和縱波震動，這樣能夠保 證在各種因素同時作用下的最不利情況進行試驗。
以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技 術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型技術原理的前提 下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新 型的保護范圍。
權利要求1、一種巖土工程相似試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括固定承載支架(2)以及安裝在所述固定承載支架(2)上的自動壓實器(1)，其中，所述自動壓實器(1)包括坡度控制裝置(3)，與所述坡度控制裝置(3)連接的壓實裝置(4)，以及與所述壓實裝置(4)連接的動力裝置(5)；所述固定承載支架(2)上部設有儀器臺。
2、 如權利要求1所述的巖土工程相似試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括設置在所述固定承載支架(2)底部的震動器(23)。
3、 如權利要求2所述的巖土工程相似試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述震動器(23)包括電機(24)以及通過傳動桿(27)與所述電機(24)連接的齒輪(25)，所述齒輪與所述固定承載支架(2)底部接觸。
4、 如權利要求3所述的巖土工程相似試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述齒輪包括縱波齒輪(25)和橫波齒輪(26)。
5、 如權利要求3所述的巖土工程相似試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述電機(24)連接有變頻器(28)。
6、 如權利要求1所述的巖土工程相似試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述坡度控制裝置(3)包括一根中軸桿(8)和兩根角度控制桿(9),中軸桿(8)內設有角規(guī)(12)。
7、 如權利要求6所述的巖土工程相似試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述壓實裝置(4)包括平滑壓力板(13)、鉸接套管(14)和連接管(15);其中所述鉸接套管(14)和連接管(15)由內扣連接，所述連接管(15)在鉸接套管(14)內具有繞其中心軸線轉動的自由度，連接管(15)上部與角度控制桿(9)固定連接。
8、 如權利要求6所述的巖土工程相似試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述動力裝置(5)包括信號發(fā)射裝置(18)、信號接收裝置(19)、推進裝置(20)、自鎖裝置(21),其中信號發(fā)射裝置(18)由操作人員掌控，信號接收裝置(19)、推進裝置(20)及自鎖裝置(21)均設置在中軸桿(8)內部。
9、 如權利要求8所述的巖土工程相似試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述推進裝置(20 )包括千斤頂(16 )。
10、 如權利要求l所述的巖土工程相似試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括安裝在所述儀器臺上的人工降雨器(6)，所述固定承載支架(2)底部設置有孔洞(7)。
專利摘要本實用新型公開了一種巖土工程相似試驗系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括固定承載支架以及安裝在所述固定承載支架上的自動壓實器，其中，自動壓實器包括坡度控制裝置，與所述坡度控制裝置連接的壓實裝置，以及與所述壓實裝置連接的動力裝置；固定承載支架上部設有儀器臺。本實用新型該相似模擬試驗系統(tǒng)具有結構簡潔、組裝緊湊、可擴充性強、應用性強、節(jié)省人力物力等特點。
文檔編號G01N3/08GK201434865SQ200920108060
公開日2010年3月31日 申請日期2009年5月22日 優(yōu)先權日2009年5月22日
發(fā)明者睿 宋, 宋志飛 申請人:宋志飛;金佳旭;郭 影;易 富;宋 睿;王曉婷