专利名称：一种岩土工程相似试验系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及岩土工程技术领域，特别是涉及一种岩土工程相似试验系统。
背景技术：
现如今，能源问题世界瞩目，但是随着能源的不断开采，对自然界无休止的索取，导致我们生活的空间也在悄然发生着变化。无论是矿业开采过程中的安全生产，还是开釆后釆区的沉陷，都是直接关系到人们生活甚至生命的头等大事。所以必须加大力度对土体内部进行研究，但由于很难观测到土体内部的真是情况，数值模拟又有一定的误差，因此相似模拟试验成了最好的研究方法。相似模拟试验就是要用和原型力学性质相似的材料，按照一定的几何比列模拟岩层，可以模拟开挖，降雨，震动等多种条件，在满足相似的边界条件下，在相似的时期内造成相似的压力现象，通过测量和分析得出规律，满足对地层的研究。传统的相似模拟试验台都是人工压实，并且不能对渗透率进行测定，这就使得整个试验需要耗费大量的人力和物力。除此之外，当模型倾角较大的时候，人工压实很难达到压实标准， 一旦模型没有压实，对整个相似模拟试验的精确度影响非常之大。对于一些要求同时测定渗透率的情况，传统的相似模拟试验台达不到这个要求，通常只能进行二次试验来完成既定的目标，这样就造成了时间上和资源上的浪费。而且很难反映在应力场和渗流场耦合条件下的真实情况。对于震动通常也需要二次试验。

实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种结构简单、功能实用、能够一次自动压实模型，并且角度可调的岩土工程相似试验系统。为达到上述目的，本实用新型的技术方案提供一种岩土工程相似
试验系统，所述系统包括固定承载支架以及安装在所述固定承载支架上的自动压实器，其中，自动压实器包括坡度控制装置，与所述坡度控制装置连接的压实装置，以及与所述压实装置连接的动力装置；固定承载支架上部设有仪器台。
其中，所述系统还包括设置在所述固定承载支架底部的震动器。
其中，所述震动器包括电机以及通过传动杆与所述电机连接的齿轮，所述齿轮与所述固定承载支架底部接触。
其中，所述齿轮包括纵波齿轮和横波齿轮。
其中，所述电机连接有变频器。
其中，所述坡度控制装置包括一根中轴杆和两根角度控制杆，中轴杆内设有角规。
其中，所述压实装置包括平滑压力板、铰接套管和连接管；其中所述铰接套管和连接管由内扣连接，所述连接管在铰接套管内具有绕其中心轴线转动的自由度，连接管上部与角度控制杆固定连接。
其中，所述动力装置包括信号发射装置、信号接收装置、推进装置、自锁装置，其中信号发射装置由操作人员掌控，信号接收装置、推进装置及自锁装置均设置在中轴杆内部。
其中，所述推进装置包括千斤顶。
其中，所述系统还包括安装在所述仪器台上的人工降雨器，所述固定承载支架底部设置有孔洞。
上述实用新型技术方案具有如下优点该相似模拟试验系统具有结构简洁、组装紧凑、可扩充性强、应用性强、节省人力物力等特点，具体为
(1) 自动化程度高压实过程完全通过动力装置，节省人力物力，而且压实度高，压实面受力均匀；
(2) 实用性强压实面的角度可调，对于急倾斜、大倾角等结构的压实效果好；
(3) 自动压实装置位置可调，能够满足不同位置不同高度的需
要，方便拆卸；
(4) 降雨器方便安装，用来模拟降雨情况下的流固耦合条件真
实，可靠；
(5) 底部孔洞在降雨条件下用来测定渗出量，完成渗透系数等的测定；
(6) 底部震动器可以在降雨条件下同时工作，这就使得应力场与渗流场耦合情况下又加入了动荷载，使试验更具备全面性。


图i是本实用新型实施例的
图2是本实用新型实施例的-图3是本实用新型实施例的-
图4是本实用新型实施例的-图5是本实用新型实施例的-
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式
作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
相似模拟试验系统包括自动压实器1和固定承载支架2，自动压实器1设有坡度控制装置3、压实装置4和动力装置5;固定承载支架2上部设有安装仪器台，底部设置有孔洞7。
坡度控制装置3包括一根中轴杆8和两根角度控制杆9，中轴杆8与安装在固定承载支架2上面的调节平板上，角度控制杆9穿过一平板与平滑压力板13连接，中轴杆8内设有角规12，用于调节角度，通过改变三者的长度，来调节平滑压力板13的角度。
一种相似模拟试验系统的结构示意
-种自动压实器的结构示意图；-种自动压实器调整角度的示意图；-种中轴杆内部结构示意图；-种震动器的结构示意图。压实装置4是由多个矩形传力块23叠放在一起的，以便于平滑压力板受力均匀。压实装置4包括平滑压力板13、铰接套管14和连接管15。其中，铰接套管14和连接管15是由内扣连接，连接管15在铰接套管14内部可以自由转动。连接管15上部与角度控制杆9通过连接螺栓17固定在一起。由于铰接，所以在整个面内可以运动(整个面是指中轴杆8和角度控制杆9三根杆所在的平面。
动力装置5包括信号发射装置18、信号接收装置19、推进装置20、自锁装置21。其中信号发射装置18由操作人员掌控，信号接收装置19、推进装置20及自锁装置21均隐藏在中轴杆8内部。信号发射装置18、信号接收装置19可以釆用现有的任何信号发送即接送装置即可。推进装置20包括千斤顶16,千斤顶16受信号接收装置19控制。当信号发射装置18发出的信号被信号接收装置19所接收到时，推进装置20被启动，千斤顶26就自动的前进，受自锁装置21的影响，推进装置20只能前进不能后退，整个自动压实器在推进装置20的推动下缓慢向下移动。当按动自锁开关，自锁装置21自动收回，千斤顶16可以后退到最初的位置。也可以采用自锁式千斤顶来代替推进装置20和自锁装置21。
固定承载支架2是相似模拟试验台的主体结构，其上部设有安装仪器台，包括安装自动压实器1和人工降雨器6的轨道；底部就是承载主体，包含很多的孔洞7，在模型堆砌的过程中，孔洞由螺丝22封堵，当做降雨试验的时候，将螺丝拔出，就可以用来收集渗透出来的水量，以测出渗透系数。人工降雨器6内部结构是有一个无盖箱子，底板用注射针头作为降雨点，里面由浮球控制恒定水位，并与抽水机连接，当水位高于设定水位的时候，浮球上升，触发触点开关连接，使电源工作，抽水机工作，当水位低于设定水位的时候，浮球触点开关断开，抽水机停止工作，此设备为保证水位恒定。
震动器23安装在固定承载支架2的底部，包括电机24通过变频
7器28、传动杆27带动齿轮传动，变频器28用于控制齿轮震动的频率。齿轮敲击固定承载支架2底部，产生震动。 一个电机带动一个齿轮，齿轮包括纵波齿轮25和横波齿轮26，随着电机的转动，齿轮转动敲击模型底部，使整个模型发生震动。由于安装的方向不同，纵波齿轮25和横波齿轮26使整个固定支架2的底部产生横向和纵向的震动。所用螺栓为统一螺栓，装置都有预留孔。
开始工作前，应将自动压实器1安装并固定在固定承载支架2的轨道上，然后按照预先算好的配合比，将砂料放在指定位置，再根据所做模型的需要，调整自动压实器1中角度控制杆9的长度，从而使平滑压力板13达到所需要的角度。然后信号发射装置18发射信号，当信号接收装置19接收到信号后，推进装置20带动整个仪器向下移动，直到接收到了操作人员发出的停止的信号时，压实一起停止推进，通过自锁装置的作用停留在推进处，完成一次压实。 一次压实结東后，通过改变自动压实器l的位置完成下一次压实，直到整个模型完成压实为止。
模型压实后进行后面的操作，可以选择性的进行降雨、震动及降雨与震动同时作用下的实验，当需要进行降雨条件下的实验时，需要将人工降雨器6安装在固定承载支架2的轨道上，打开固定承载支架2底部的螺栓22，由水泵26将水抽到人工降雨器6内，再由其控制降雨强度和降雨量。降雨强度的控制就是由水头位置决定的，高水头压力大，降雨强度就大。开始的时候可以设置不同的触点与浮球接触，这样就能满足控制雨强。通过拧开固定承载支架2底部的螺栓，这样，入渗的水可以通过模型，从底部流出，通过收集流出的水量，和统计降雨量，能够能得渗透系数。
本发明相似模拟试验台自动压实的性能，及降雨与震动同时作用的性能，便于模拟不同层理结构地层的模拟试验，其结构简单，可操作性强，节约了压实过程中的时间和劳动量，适用于相似模拟试验，
8具有较大的应用价值。
由以上实施例可以看出，本实用新型实施例通过坡面控制装置的 调节，可以改变压实装置的角度，从而模拟出不同角度的层理。压实 装置在坡面控制装置的调节下，在动力装置的推动下，对不同坡度的 土层进行压实，是自动压实装置的主要部分。这种相似模拟试验台能 够避免人工压实存在的一系列问题，釆用机械压实，不仅能够保证压 实度的要求，还能实现大角度的压实要求。在需要模拟降雨、渗流等 特定条件时，可以通过直接安装的方式，把降雨装置与试验台进行连 接，并能够完成渗流的测定。使整个相似模型能够同时满足应力场和 渗流场耦合作用的条件下，更真实的反映出实际情况。可以通过底部 的震动模拟器使整个模型进行有规律的横波和纵波震动，这样能够保 证在各种因素同时作用下的最不利情况进行试验。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技 术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提 下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新 型的保护范围。
权利要求1、一种岩土工程相似试验系统，其特征在于，所述系统包括固定承载支架(2)以及安装在所述固定承载支架(2)上的自动压实器(1)，其中，所述自动压实器(1)包括坡度控制装置(3)，与所述坡度控制装置(3)连接的压实装置(4)，以及与所述压实装置(4)连接的动力装置(5)；所述固定承载支架(2)上部设有仪器台。
2、 如权利要求1所述的岩土工程相似试验系统，其特征在于，所述系统还包括设置在所述固定承载支架(2)底部的震动器(23)。
3、 如权利要求2所述的岩土工程相似试验系统，其特征在于，所述震动器(23)包括电机(24)以及通过传动杆(27)与所述电机(24)连接的齿轮(25)，所述齿轮与所述固定承载支架(2)底部接触。
4、 如权利要求3所述的岩土工程相似试验系统，其特征在于，所述齿轮包括纵波齿轮(25)和横波齿轮(26)。
5、 如权利要求3所述的岩土工程相似试验系统，其特征在于，所述电机(24)连接有变频器(28)。
6、 如权利要求1所述的岩土工程相似试验系统，其特征在于，所述坡度控制装置(3)包括一根中轴杆(8)和两根角度控制杆(9),中轴杆(8)内设有角规(12)。
7、 如权利要求6所述的岩土工程相似试验系统，其特征在于，所述压实装置(4)包括平滑压力板(13)、铰接套管(14)和连接管(15);其中所述铰接套管(14)和连接管(15)由内扣连接，所述连接管(15)在铰接套管(14)内具有绕其中心轴线转动的自由度，连接管(15)上部与角度控制杆(9)固定连接。
8、 如权利要求6所述的岩土工程相似试验系统，其特征在于，所述动力装置(5)包括信号发射装置(18)、信号接收装置(19)、推进装置(20)、自锁装置(21),其中信号发射装置(18)由操作人员掌控，信号接收装置(19)、推进装置(20)及自锁装置(21)均设置在中轴杆(8)内部。
9、 如权利要求8所述的岩土工程相似试验系统，其特征在于，所述推进装置(20 )包括千斤顶(16 )。
10、 如权利要求l所述的岩土工程相似试验系统，其特征在于，所述系统还包括安装在所述仪器台上的人工降雨器(6)，所述固定承载支架(2)底部设置有孔洞(7)。
专利摘要本实用新型公开了一种岩土工程相似试验系统，所述系统包括固定承载支架以及安装在所述固定承载支架上的自动压实器，其中，自动压实器包括坡度控制装置，与所述坡度控制装置连接的压实装置，以及与所述压实装置连接的动力装置；固定承载支架上部设有仪器台。本实用新型该相似模拟试验系统具有结构简洁、组装紧凑、可扩充性强、应用性强、节省人力物力等特点。
文档编号G01N3/08GK201434865SQ200920108060
公开日2010年3月31日 申请日期2009年5月22日 优先权日2009年5月22日
发明者睿 宋, 宋志飞 申请人:宋志飞;金佳旭;郭 影;易 富;宋 睿;王晓婷