专利名称：沙丘沙休止角快速测试仪装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种教学和科研上使用的工具，具体说是一种沙丘沙休 止角快速测试仪装置。
目前，人们对沙丘沙休止角的测试主要是利用落体成锥的方法(冲击法)。 通常是在测试过程中将待测沙丘沙经均匀下料装置以一定的高度自由落下在
在方格纸上堆积成锥，多次测量底面直径，求得其半径的平均值R，再测得其锥 顶高度H,计算atan(H/R)，经过多次试验，获得同一落体atan(H/R)的平均值，
即为该种沙丘沙的休止角。
而在实际沙丘沙休止角的测量过程中，我们观察到，由于沙粒受到自身 重力而产生的冲力作用会冲击已形成的沙丘顶部，造成沙丘锥顶会产生削峰 的现象，同样，由于沙粒下滑过程的惯性作用会引起沙丘底边的非斜直现象， 所以最终导致形成的沙丘不是理想的圆锥形状，其大致剖面可用图l表示。
如果按照准静态休止角的定义，则对测量均值需要作一定的修正。其关 系式如下 ，
式中，gp表示实际休止角的正切值；/7表示堆积圆锥的表观高度；《表 示堆积圆锥的表观半径；y表示冲击法引起的高度偏差；义表示惯性作用引起 的半径偏差；《p表示实测正切值。
由(1)式可知，在常规测定方法下，由于在沙丘的堆积过程中， 一般y和 A不随〖的变化而变化，所以实际的测定数值不等于定义的休止角数值，而小 于定义的休止角数值。
由此可见，在休止角的试验测试过程中，不但在对底面半径R和高度H测量
背景技术时需要多次测量而显得工作量大，而且沙丘锥底面并不一定形成规则的圆形， 底面半径R测定存在极大的误差。
同时沙丘在成锥过程中，由于沙砾对沙丘锥顶的冲击造成了沙丘顶部的 削峰现象，锥尖会呈现秃顶现象，测试得到的沙丘锥顶高度H小于该锥的实际
锥高度;沙砾下滑过程的惯性作用引起的底边非斜直现象，引起沙丘底面半径 R的测量值偏大。而沙丘沙休止角的测试精度由底面半径R锥顶高度H的测量精 度共同决定，因此，在不同沙丘沙休止角的测试过程中，试验误差差异将在总 差异中占有很大的比重。 发明内容
鉴于上述，本实用新型的目的在于提供一种沙丘沙休止角快速测试仪装 置。利用该装置能够消除底面半径和锥顶高度的测量误差；提高底面半径和 锥顶高度的观测速度，从而实现对沙丘休止角的快速测试。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现
一种沙丘沙休止角快速测试仪装置，是由底座、测试圆盘、含刻度平面 镜、探针、漏孔调节旋钮、漏斗、调平螺丝、水平指示气泡、支撑杆、下水 平杆、上水平杆、螺杆和螺片组成。调平螺丝安装在底座下方，水平指示仪 泡置于底座上方，测试圆盘设置底座中心处，探针垂直固定在测试圆盘底下 端面边缘处；平面镜垂直固定底座的后部边缘处，平面镜垂直固定底座的后 部边缘处，其上的刻度轴线与探针所形成的面平行于底座左右边线；支撑杆 上衔接有下水平杆和上水平杆，下水平杆与漏斗及螺杆相连，相连左端钻孔 可使下水平杆相对于支撑杆上下滑动；右钻孔含螺纹，与含螺纹的螺杆相连; 上水平杆左端固定于支撑杆上，右端钻孔与螺杆相连，螺杆与上水平杆的相 结合部位用螺片固定，漏斗的圆心与测试圆盘的圆心的中心线与底座垂直， 漏孔调节旋钮置于漏斗下方。
上述的测试圆盘上端口直径为R，底面直径为R/2。
上述平面镜上刻度的轴线与探针等高且平行，且其刻度尺的零刻度与测 试圆盘上口等平。
上述漏斗的圆心与测试圆盘的圆心的中心线与底座垂直。
4本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和产生的有益效果是
1、 如图1-2所示，沙丘在成锥过程中，由于沙砾对沙丘锥顶的冲击造成 了沙丘顶部的削峰现象，锥尖会呈现秃顶现象，如测试仪探针位于圆盘中央， 探针埋进沙丘的高度h小于该锥的实际锥高H，因此沙丘休止角的计算值 偏小。而在本装置中，为消除这一误差，将探针置于偏离测试圆盘中心径向
距圆周边缘R/2处(图3)，由于探针直径(d 二lmm )非常小，探针对沙层流 动无滞留作用，根据三角形相似原理，该锥体与底面所构成的内角(休止角) 可用公式^= arctan (2H /R)计算，因此，成功消除了这种误差的存在，其 中H。为径向距圆周边缘R/2处沙丘的高度。
2、 同样如图1-2所示，沙砾下滑过程的惯性作用会引起的底边非斜直现 象，导致沙丘底面半径R的测量值偏大，而本测试装置底部用来承接沙样的 标准直径测试圆盘避免了因惯性作用而产生的沙丘底边非斜直现象，同时也 避免了沙丘锥底半径的手工测量造成的不必要误差，克服了传统方法的第二 个测量缺陷。当测试圆盘直径过小，盘上沙量少，沙的粒径、表面特性等因 素的不均匀与偶然性对整体造成的影响较大，所测休止角的标准差与变异系 数也就大，测量精确度低；圆盘直径过大，多余沙的流动量大，在锥表面造 成较大的带动层，则会导致测试结果出现较大变异，因此，通过试验，本实用 新型测试圆盘的上下端面直径大小固定，以选择测试圆盘上端面直径15cm为 宜。 '
其次支撑杆右侧的调高螺杆在与上水平杆的相结合部位用螺片固定，保 持其在垂直方向上的位置固定不变，但不失其自由旋转的能力；与漏斗右侧 相连接的下水平杆含有两个钻孔，左边钻孔可随支撑杆t下移动，右边钻孔 内含螺纹，随着螺杆的转动下水平杆会带动漏斗上下移动，以改变漏斗的高 度.
3、 按休止角的定义，在实际操作过程中所测休止角应该为准静态堆积形 成的休止角，因此，沙粒的冲击高度和流速都会对所测沙丘沙休止角大小造 成影响，本装置的漏斗孔径调节旋钮专门用来控制沙粒的流速，漏斗高度调 高螺杆专门用来控制漏斗的高度来控制沙粒的冲击高度，因此，本装置可以
5完全避免因漏斗的高度和沙粒的流速而造成的误差。


图l沙丘剖面示意图。
图2沙丘锥高示意图。
图3探针合理位置示意图。
图4为本实用新型的结构示意图。
图中，l是底座，2是测试圆盘，3是含刻度平面镜，4是探针，5是漏 孔调节旋钮，6是漏斗，7是调平螺丝，8是水平指示气泡，9是支撑杆，' IO是下水平杆，ll是上水平杆，12是螺杆，13是螺片。
具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。
如图4所示， 一种沙丘沙休止角快速测试装置，是由底座1、测试圆盘2、 含刻度平面镜3、探针4、漏孔调节旋纟丑5、漏斗6、调平螺丝7、水平指示 气泡8、支撑杆9、下水平杆IO、上水平杆ll、螺杆12和螺片13组成。四 个调平螺丝7安装在底座1下方，水平指示仪泡8置于底座1上方，测试圆 盘2设置底座1中心处。测试圆盘2上端口直径为15cm，下端面直径为7.5cm， 探针4置于测试圆盘底下端面边缘处；平面镜3垂直固定在底座的上端面边 缘处，平面镜3上刻度的轴线与探针4等高度且两者所形成的面平行于所述 底座右边缘线，刻度范围一般为7-12cm;支撑杆9上衔接有下水平杆10和 上水平杆ll，下水平杆10与漏斗6和螺杆12相连，相连左端钻孔可使下水 平杆10相对于支撑杆9上下滑动；右钻孔含螺纹，与含螺纹的螺杆12相连-， 上水平杆11左端固定于支撑杆9上，右端以钻孔与螺杆12相连，螺杆12可 相对于上水平杆11转动，螺杆12与上水平杆11的相结合部位用螺片13固 定。漏斗6的圆心与测试圆盘2的圆心的中心线与底座1垂直，漏孔调节旋 钮5置于漏斗6下方，通过调节漏斗孔径来达到调节漏斗沙粒的流量。
测试时，首先将选好的沙样放入锥形漏斗6中，此时漏孔调节旋钮5呈关 闭状态，保持漏斗6下尖端离圆盘lcm左右；然后慢慢调节漏斗6下端的调节旋钮5使沙粒刚好能流出，立即停止调节旋钮5，以使流出沙粒流速一致; 随着沙丘锥顶的增高，用手慢慢旋转螺杆12，调节漏斗6的高度，使漏斗6
下端始终保持离沙丘锥顶高度lcm左右，以使沙粒对沙丘锥顶的冲击高度保 持一致；如此，让漏斗6流出的沙粒注入到某一有限固定直径的测试圆盘2 中心上，直到沙粒堆积层斜边的沙粒沿测试圆盘2上端面边缘自动流出为止， 停止沙粒注入，然后利用探针4与沙丘表面的交点以及其在平面镜3里的像 和平面镜3上的标尺三点重合校准法获取探针4埋进测试圆盘2上端面以上 沙丘的高度Ho，最后根据三角形相似原理和休止角的定义计算休止角
'p atan(2a/15) (2) 式中，^为沙丘休止角；H为探针读数，cm;R为底面半径，cm。
权利要求1、一种沙丘沙休止角快速测试仪装置，是由底座(1)、测试圆盘(2)、含刻度平面镜(3)、探针(4)、漏孔调节旋钮(5)、漏斗(6)、调平螺丝(7)、水平指示气泡(8)、支撑杆(9)、下水平杆(10)、上水平杆(11)、螺杆(12)和螺片(13)组成，其特征是调平螺丝(7)安装在底座(1)下方，水平指示仪泡(8)置于底座(1)上方，测试圆盘(2)设置底座(1)中心处，探针(4)垂直固定在测试圆盘底下端面边缘处；平面镜(3)垂直固定底座(1)的后部边缘处，其上的刻度轴线与探针(4)所形成的面平行于底座左右边线，支撑杆(9)上衔接有下水平杆(10)和上水平杆(11)，下水平杆(10)与漏斗(6)及螺杆(12)相连，相连左端钻孔可使下水平杆(10)相对于支撑杆(9)上下滑动；右钻孔含螺纹，与含螺纹的螺杆(12)相连；上水平杆(11)左端固定于支撑杆(9)上，右端钻孔与螺杆(12)相连，螺杆(12)与上水平杆(11)的相结合部位用螺片(13)固定；漏斗(6)的圆心与测试圆盘(2)的圆心的中心线与底座垂直，漏孔调节旋钮(5)置于漏斗(6)下方。
2、 根据权利要求l所述的一种沙丘沙休止角快速测试仪装置，其特征在 于上述的测试圆盘(2)上端口直径为R，底面直径为R/2。
3、 根据权利要求l所述的一种沙丘沙休止角快速测试仪装置，其特征在 于上述平面镜(3)上刻度的轴线与探针(4)等高且平行，且其刻度尺的 零刻度与测试圆盘(2)上口等平。 '
专利摘要本实用新型公开一种沙丘沙休止角快速测试仪装置，其结构特征是在底座下安装四个底座调平螺丝，水平指示仪、含探针的测试圆盘和含刻度的平面镜、支撑杆左侧的漏斗和漏斗下的孔径调节旋钮以及支撑杆右侧的漏斗高度调节螺杆置于底座上。高度调节螺杆可连续调节漏斗的高度，孔径调节旋钮可调节漏斗孔径大小，测试圆盘的上下端面直径大小固定，探针位于测试圆盘底面圆的右边缘，利用探针与沙丘表面的交点以及其在平面镜里的像和平面镜上的标尺三点重合校准法获取探针埋进圆盘上端面以上沙丘的高度，然后利用三角形相似原理计算出沙丘的休止角大小。本实用新型改进了传统沙丘沙休止角测试方法，减小试验误差，降低测试工作量，提高测试精度与观测速度。
文档编号G01B5/24GK201413114SQ20092015880
公开日2010年2月24日 申请日期2009年5月27日 优先权日2009年5月27日
发明者俞凯峰, 刘建宝, 善孝玺, 娜 王, 王乃昂, 程弘毅 申请人:刘建宝