CN108444783A - 一种滑梯式大型地下试验平台的模型试验填土装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种滑梯式大型地下试验平台的模型试验填土装置和方法，属于模型试验填土领域。该装置包括台秤、小推车、休息平台、滑梯装置、竖向钢板、合页、螺栓、竖向挡板、模型箱、竖向支撑杆、钢板槽和防冲击套筒。其中，滑梯装置由漏斗状滑梯、首部滑梯、中部滑梯、尾部滑梯和可更换曲率出口组成。漏斗状滑梯的主体部分与竖向钢板之间由活动的合页连接，竖向钢板能够自由旋转。竖向挡板支撑在模型箱的一侧箱壁上，竖向挡板起着防止滑梯装置下滑的作用。本发明可以快速组装，试验填土结束后，拆卸简单，填筑速度快，省时省力。根据试验平台和模型箱顶部的实际空间位置关系，可以分段架设直线型滑梯或曲线型滑梯，具有很大的灵活性。
Description
技术领域
本发明属于模型试验填土领域，特别是一种滑梯式大型地下试验平台的模型试验填土装置和方法。
背景技术
近些年，随着地上结构研究的日趋完善，越来越多的科研院所将研究的重心逐渐转移到岩土工程领域。岩土工程问题的研究方法，有理论研究、模型试验和数值模拟等。
模型试验被广泛应用于隧道、基坑等岩土工程领域，究其原因，模型试验比较直观，可定性或定量地反映与地下工程有关的天然岩体受力特性，与其相联系地下工程结构的相互影响，可与数学模型相互验证；物理模拟可以比较全面地、真实地模拟复杂地下工程结构、复杂地层条件等。另外，模型试验可以探索许多目前用数学、力学方法尚不易解决的问题，为建立新的理论和数学模型提供依据。随着地下工程规模越来越大，出现的问题越来越复杂，需要研究的内容越来越多，于是，对地下工程的科研设计水平的要求也越来越高。对复杂地质条件下地下工程开展模型试验进行模拟，是当今岩土工程问题研究的方向，具有实际的工程意义。
模型试验的缺点在于模型装置的尺寸远小于工程结构和地层的尺寸。因此，模型试验不能满足所有的相似比，存在尺寸效应。目前的解决方法，一个是进行离心机试验；另一个是增大模型装置的尺寸。模型试验的尺寸越大，结果越接近实际工程，尺寸效应就越小。为尽可能地降低尺寸效应，尽可能准确的模拟实际工程中的地层条件和结构，许多科研机构采取增大模型箱尺寸的办法。
然而，模型试验需要面对一个最基本的问题是往模型箱内填土。例如，北京工业大学地下综合试验平台，最大能做6m×6m×10m的模型试验。如何能够快速、安全地给如此大的模型箱填土，是一个难题。
鉴于大型地下试验平台的规模大，迫切需要提出一种大型地下试验平台填土的装置和方法。
发明内容
本发明的目的就是在于提出一种操作方便、填土效率高的试验装置，用于大型地下试验平台的填土。
本发明所要解决的技术问题就是提供一种用于大型地下试验平台填土的装置和方法，可以方便地为地下试验平台提供，本装置安装方便，操作简单，为研究地下结构或岩土试验提供可靠的试验平台填土方案。
本发明的技术解决方案是：
一种滑梯式大型地下试验平台的模型试验填土装置，该装置包括台秤(1)、小推车(2)、休息平台(3)、滑梯装置、竖向钢板(12)、合页(13)、螺栓(14)、竖向挡板(15)、模型箱(16)、竖向支撑杆(17)、钢板槽(18)和防冲击套筒(19)。
台秤(1)用于称量每次放入小推车(2)中试验填土的质量。
小推车(2)为手扶式平板车，小推车(2)的手把处设有竖向支撑，竖向支撑放在地上能够保持小推车(2)平衡，试验时将试验用土推往试验平台的休息平台(3)上，然后反复运输试验用土。
休息平台(3)是一个正面无钢板的空心钢板箱，空心钢板箱的底板与地面锚固形成一个整体，用于停放小推车(2)和固定滑梯装置，滑梯装置沿斜向布置。
滑梯装置由漏斗状滑梯(4)、首部滑梯(5)、中部滑梯(6)、尾部滑梯(7)和可更换曲率出口(8)组成。漏斗状滑梯(4)、首部滑梯(5)、中部滑梯(6)、尾部滑梯(7)和可更换曲率出口(8)顺次连接；漏斗状滑梯(4)、首部滑梯(5)、中部滑梯(6)、尾部滑梯(7)和可更换曲率出口(8)的首尾处均设有外伸的肋板(9)，通过肋板(9)相互连接。
首部滑梯(5)、中部滑梯(6)和尾部滑梯(7)的内部均由支撑板(10)和圆形钢环(11)组成，圆形钢环(11)用于土体的运输，圆形钢环(11)的外侧设有支撑板(10)，支撑板(10)用于防止圆形钢环(11)移动变形。滑梯装置与模型箱(16)的位置相对应。
漏斗状滑梯(4)的主体部分与竖向钢板(12)之间由活动的合页(13)连接，竖向钢板(12)能够自由旋转。竖向钢板(12)与休息平台(3)的竖向面板用螺栓(14)相连，保证漏斗状滑梯(4)和休息平台(3)形成一个固定的整体。
尾部滑梯(7)下面设有一竖向挡板(15)，竖向挡板(15)支撑在模型箱(16)的一侧箱壁上，竖向挡板(15)起着防止滑梯装置下滑的作用。
可更换曲率出口(8)起着转换滑梯内试验用土运动方向的作用。根据试验用土需要滑落的箱底位置，选择不同长度和不同曲率的可更换曲率出口(8)，将可更换曲率出口(8)与尾部滑梯(7)连接。
滑梯装置的底部设有竖向支撑杆(17)，竖向支撑杆(17)上端连接有一个钢板槽(18)，竖向支撑杆(17)起着支撑滑梯装置的作用，滑梯装置的倾斜角和钢板槽(18)的倾斜角相同。
防冲击套筒(19)由坚韧的柔性材料制成，防冲击套筒(19)绑扎在可更换曲面出口(8)的最下端，在重力作用下竖直向下，滑梯装置内的试验用土经过防冲击套筒(19)后降低了冲击速度。
滑梯装置内的圆形钢环(11)内表面贴有光滑的卷材，用于减小试验填土与圆形钢环(11)间的摩擦。
利用上述滑梯式大型地下试验平台进行的模型试验填土装置的填土方法，该方法包括下列步骤：
S1根据试验模型箱(16)内填土的控制密度，计算每层预计高度填土的质量。
S2在试验用土堆放区，用台秤(1)分次称量一定量试验用土后装入小推车(2)内，记录小推车(2)内的试验用土的质量。
S3将小推车推至试验平台的休息平台(3)上，用铁锹或人工掀车将试验用土倒入滑道的漏斗状开口中，试验用土通过滑道滑入模型箱(16)中。
S4将小推车(2)推回试验用土堆放区，将称量后的试验用土再次装入小推车(2)中，直到本层的试验用土质量达到计算值。
S5工人经扶梯进入模型箱内，用平砂耙将试验用土扒平，然后根据试验方案人工夯实或用机械夯实。
S6对试验用土进行分层夯实，同一位置夯击一定次数，一夯压半夯，夯夯相连，行行相连。夯完第一遍，重新整平，然后夯实下一遍。
S7重复步骤S1-S6，完成对下一层试验用土的填筑和夯实。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明使用一种制作简单、成本低的试验装置和方案，可以快速组装，应用于大型地下试验平台模型试验填土装置。同时，试验填土结束后，拆卸简单。
(2)本发明利用了填土的重力势能，不用传统的将试验用土提起放入等繁重的工作量，填筑速度快，省时省力。
(3)本发明重在为大型地下试验平台填土提供一个思路，根据试验平台和模型箱顶部的实际空间位置关系，可以分段架设直线型滑梯或曲线型滑梯，具有很大的灵活性。
附图说明
图1一种滑梯式大型地下试验平台的模型试验填土装置的示意图。
图2一种滑梯式大型地下试验平台的模型试验填土装置局部示意图a。
图3一种滑梯式大型地下试验平台的模型试验填土装置局部示意图b。
图4一种滑梯式大型地下试验平台的模型试验填土装置局部示意图c。
图5滑梯装置平面图。
图6滑梯装置横断面图。
图中：1.台秤，2.小推车，3.休息平台，4.漏斗状滑梯，5.首部滑梯，6.中部滑梯，7.尾部滑梯，8.可更换曲率出口，9.肋板，10.支撑板，11.圆形钢环，12.竖向钢板，13.合页，14.螺栓，15.竖向挡板，16.模型箱，17.竖向支撑杆，18.钢板槽，19.防冲击套筒。
具体实施方式
下面结合附图及实施方式对本发明进行进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
先参考图1-6，本发明滑梯式大型地下试验平台的模型试验填土装置，其构成包括：台秤(1)，小推车(2)，休息平台(3)和滑梯装置，可更换曲率出口(8)，竖向支撑杆(17)，防冲击套筒(19)。
台秤(1)，用于称量每次放入小推车中试验填土的质量。小推车(2)，试验时将试验用土推往试验平台的休息平台上，然后反复运输试验用土。休息平台(3)，是一个正面无钢板的空心钢板箱，底板与地面锚固，形成一个整体，用于停放小推车(2)和固定下部的整个滑梯装置。
滑梯装置是本发明的核心部件，由漏斗状滑梯(4)、首部滑梯(5)、中部滑梯(6)、尾部滑梯(7)组成和可更换曲率出口(8)组成。各组成组成部分的首尾处均有外伸的肋板(9)，各部分通过肋板(9)之间的螺栓相互连接。其中，首部滑梯(5)、中部滑梯(6)和尾部滑梯(7)，其内部均由支撑板(10)和圆形钢环(11)组成，圆形钢环(11)用于土体的运输，支撑板(10)用于防止圆形钢环(11)的移动的变形。所述的漏斗状滑梯(4)，其主体部分与竖向钢板(12)与之间由活动的合页(13)连接，竖向钢板(12)可以自由旋转。竖向钢板(12)与休息平台(3)的竖向面板用螺栓(14)相连，保证漏斗状滑梯(4)和休息平台(3)形成一个固定的整体。所述的尾部滑梯(7)，下面有一竖向挡板(15)，支撑在模型箱(16)的一侧箱壁上，起着防止滑梯装置下滑的作用。所述的可更换曲率出口(8)，起着转换滑梯内试验用土运动方向的作用。根据试验用土需要滑落的箱底位置，可以选择不同长度和不同曲率的可更换曲率出口(8)，将其与尾部滑梯(7)连接即可。
竖向支撑杆(17)，其上端连接一个钢板槽(18)，起着支撑滑道的作用，滑道的倾斜角和钢板槽(18)的倾斜角相同。防冲击套筒(19)，坚韧的柔性材料，绑扎在可更换曲面出口(8)的最下端，在重力作用下竖直向下，滑梯内试验用土经防冲击套筒(19)后，速度降低。
上述的滑梯装置内的圆形钢环(11)的内表面贴有光滑的卷材，用于减小试验填土与钢环间的摩擦。
下面以模型试验材料为砂土的实施例的操作步骤如下：
(1)根据模型箱(16)内填土的控制密度，计算每层预计高度填土的质量。在砂土堆土区旁，用台秤(1)分次称量砂土质量，然后装入小推车(2)内，计算并记录本次小推车的试验用土的总质量。
(2)将小推车推至试验平台的休息平台(3)上，用铁锹或人工掀车将试验用土倒入滑道的漏斗状开口中，试验用土通过滑道滑入模型箱(16)中。
(3)将小推车(2)推回试验用土堆放区，将称量后的试验用土再次装入小推车(2)中，直到本层的试验用土质量达到计算值。
(4)工人经扶梯进入模型箱内，用平砂耙将试验用土扒平，然后根据试验方案人工夯实或用机械夯实。对试验用土进行分层夯实，同一位置夯击一定次数，一夯压半夯，夯夯相连，行行相连。夯完第一遍，重新整平，然后夯实下一遍。
(5)重复步骤(1)-(4)，完成对下一层砂土的填筑和夯实。
以上对发明的组成部分和实施方式进行了说明，但本发明并不以此为限，还可以在不超出本发明的要点的范围内进行适当变更。
Claims (3)
1.一种滑梯式大型地下试验平台的模型试验填土装置，其特征在于：该装置包括台秤(1)、小推车(2)、休息平台(3)、滑梯装置、竖向钢板(12)、合页(13)、螺栓(14)、竖向挡板(15)、模型箱(16)、竖向支撑杆(17)、钢板槽(18)和防冲击套筒(19)：
台秤(1)用于称量每次放入小推车(2)中试验填土的质量；
小推车(2)为手扶式平板车，小推车(2)的手把处设有竖向支撑，竖向支撑放在地上能够保持小推车(2)平衡，试验时将试验用土推往试验平台的休息平台(3)上，然后反复运输试验用土；
休息平台(3)是一个正面无钢板的空心钢板箱，空心钢板箱的底板与地面锚固形成一个整体，用于停放小推车(2)和固定滑梯装置，滑梯装置沿斜向布置；
滑梯装置由漏斗状滑梯(4)、首部滑梯(5)、中部滑梯(6)、尾部滑梯(7)和可更换曲率出口(8)组成；漏斗状滑梯(4)、首部滑梯(5)、中部滑梯(6)、尾部滑梯(7)和可更换曲率出口(8)顺次连接；漏斗状滑梯(4)、首部滑梯(5)、中部滑梯(6)、尾部滑梯(7)和可更换曲率出口(8)的首尾处均设有外伸的肋板(9)，通过肋板(9)相互连接；
首部滑梯(5)、中部滑梯(6)和尾部滑梯(7)的内部均由支撑板(10)和圆形钢环(11)组成，圆形钢环(11)用于土体的运输，圆形钢环(11)的外侧设有支撑板(10)，支撑板(10)用于防止圆形钢环(11)移动变形；滑梯装置与模型箱(16)的位置相对应；
漏斗状滑梯(4)的主体部分与竖向钢板(12)之间由活动的合页(13)连接，竖向钢板(12)能够自由旋转；竖向钢板(12)与休息平台(3)的竖向面板用螺栓(14)相连，保证漏斗状滑梯(4)和休息平台(3)形成一个固定的整体；
尾部滑梯(7)下面设有一竖向挡板(15)，竖向挡板(15)支撑在模型箱(16)的一侧箱壁上，竖向挡板(15)起着防止滑梯装置下滑的作用；
可更换曲率出口(8)起着转换滑梯内试验用土运动方向的作用；根据试验用土需要滑落的箱底位置，选择不同长度和不同曲率的可更换曲率出口(8)，将可更换曲率出口(8)与尾部滑梯(7)连接；
滑梯装置的底部设有竖向支撑杆(17)，竖向支撑杆(17)上端连接有一个钢板槽(18)，竖向支撑杆(17)起着支撑滑梯装置的作用，滑梯装置的倾斜角和钢板槽(18)的倾斜角相同；
防冲击套筒(19)由坚韧的柔性材料制成，防冲击套筒(19)绑扎在可更换曲面出口(8)的最下端，在重力作用下竖直向下，滑梯装置内的试验用土经过防冲击套筒(19)后降低了冲击速度。
2.根据权利要求1所述的一种滑梯式大型地下试验平台的模型试验填土装置，其特征在于：滑梯装置内的圆形钢环(11)内表面贴有光滑的卷材，用于减小试验填土与圆形钢环(11)间的摩擦。
3.利用权利要求1所述填土装置进行的模型试验填土装置的填土方法，其特征在于：该方法包括下列步骤，
S1根据试验模型箱(16)内填土的控制密度，计算每层预计高度填土的质量；
S2在试验用土堆放区，用台秤(1)分次称量一定量试验用土后装入小推车(2)内，记录小推车(2)的试验用土的总质量；
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