[发明专利]岩土工程模型试验用砂雨装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种岩土工程室内模型试验设备，属于土木工程地下工程施工模型试验领域，具体地，涉及一种岩土工程模型试验用砂雨装置。

背景技术

岩土工程是土木工程的一个重要分支，主要涉及地下工程施工，具有施工环境封闭、施工对象不确定性强，一旦发生事故引发损失极大等特点。在研究岩土工程的特点和施工对周围环境的影响时，仅仅进行数值模拟试验不足以反映其复杂性和解决工程中碰到的关键技术问题。所以，必须辅以模型试验来完成针对岩土工程的研究。

模型试验中，所装填的模型土层参数会直接影响土层的力学性质，进而影响模型土层对于实际工程中遇到的土层的模拟真实程度，并最终影响模拟结果的准确性。具体到采用砂土土层的模型试验，模型土层的密度参数需要具有均匀性和统一性，且可以根据被模拟土层的性质调节取得指定的密度。由于砂土流动性较强，在模型装填过程中若想达到上述要求，不可能分块装填，必须在模型装置上方全宽度、形成类似于降雨的砂雨（sand rain）进行均匀且连续的装填方可实现。

目前，国内外岩土工程模型试验用的砂土装填（砂雨）装置在以下文献和专利中有记载：

[1]土の圧密定体積一面せん断試験方法[S].JGS0560:2000

[2]Chungsik Yoo,Hyun-Kang Shin.Deformation behavior of tunnel face reinforced with longitudinal pipes-laboratory and numerical investigation[J].Tunnelling and Underground Space Technology,2003(18):303-319

[3]刘钟,赵琰飞,李志毅等.螺旋挤土桩模拟成桩试验技术研究[C]土工测试新技术-第25届全国土工测试学术研讨会论文集

[4]解国爱,刘正,贾东等.构造变形过程中生长地层的实验材料添加装置[P]中国:200520139813,2005-12-15

[5]高福平,吴应湘,杨兵.模拟地基用大型砂样制作装置[P]中国:200420048475,2004-04-14

目前，国内外岩土工程模型试验用的砂土装填（砂雨）装置存在以下几方面的不足：

（1）多数装填装置只能一维运动，即仅能做水平或者垂直移动，无法同时调节砂土下落高度和砂土装填长度；

（2）装填装置要么依靠固定的打孔板控制落砂量，要么只有简单的可开合底板，均无法精确调节落砂量；

（3）装填装置多数与模型装置固定在一起，只能用于某个尺寸的模型装置的砂土装填，适用模型范围窄，对设备本身是一种浪费；

（4）装填装置普遍没有设置筛网，装填砂土时容易混入粗颗粒和其它杂质，影响砂土的质量；

（5）多数装填装置包含过多的机电部件和转动部件，构造复杂，制作成本高，在强度较高的模型砂土装填作业中容易损坏。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种岩土工程模型试验用砂雨装置，该装置构造简单、不易损坏、制作成本低、适用模型范围广、操作简便、可二维调节，能为岩土工程模型试验研究提供准确、高效的砂土装填作业。

本发明提供一种岩土工程模型试验用砂雨装置，包括料斗、控制板、起吊与平移装置和筛网，所述料斗内设置所述筛网，在所述筛网上填装岩土工程模型试验所需的砂土，所述料斗底部设置用以控制所述料斗内砂土是否下落和下落的速度的所述控制板，所述料斗的顶部连接在所述起吊与平移装置上。

优选地，所述料斗四角分别设置四根相互平行的主体支撑柱，相邻所述主体支撑柱的顶部之间设置顶横梁，相邻所述主体支撑柱的中部之间设置中横梁，所述料斗下端收缩处均设置斜梁，所述料斗底部均设置底横梁。

优选地，所述料斗的每两根相邻的所述主体支撑柱之间和与之相连的所述顶横梁、所述中横梁以内设置料斗上围板，所述料斗侧面两根相邻的所述斜梁和所述中横梁之间设置料斗下围板，所述料斗正面两根相邻的所述斜梁和所述中横梁、所述底横梁之间设置料斗斜围板。

优选地，所述控制板设置插槽与所述料斗下围板相连，所述控制板设置用以调节开合大小的螺杆，所述螺杆设置固定螺帽与设置于所述料斗正面的两根所述主体支撑柱之间的连接梁相连，所述螺杆一端为旋转把手，另一端为锁止螺帽。