[发明专利]一种人工粗颗粒土成型仪及其成型方法

说明书

技术领域

本发明属于土木工程领域，具体涉及一种人工粗颗粒土成型仪，用于制备成型可控制级配及颗粒强度的人工粗颗粒土模拟粗颗粒土。

背景技术

粗颗粒土被广泛应用于水利、港口、交通等岩土工程的建设中，因而国内外学者对粗颗粒土开展了大量的研究，但是天然堆石料自身性质比较复杂，不易定量研究，因而采用理想化的可控制级配及颗粒强度的人工粗颗粒土模拟粗颗粒土显得非常有意义。

常见的人工模拟粗颗粒土的研究中，土颗粒通常采用玻璃球、钢珠或水泥球等，其中，玻璃球和钢珠的弹性模量、泊松比等参数与天然堆石料相差较大，同时并不能结合需要调整颗粒强度，因而不能很好的模拟天然粗颗粒土的相关性质。目前，人工模拟粗颗粒土多采用水泥球或椭球，由水泥净浆或水泥浆适当掺入其他材料制备而成。水泥颗粒之间粘性差，水泥球很难成型，制备比较困难，而且，往往需求量比较大。因此，水泥球制备成为一个难题。如采用人工搓制方法，可以成型，但费时费力，不能满足实验的需求。也有采用上下半球模具分别浇筑，后将上下模具叠合，形成水泥球。但是，这种方法制备的水泥球整体性差、中间接触部分结合不牢、制备速度较慢，而且需要大量模具。

本发明公开了一种制备人工粗颗粒土颗粒成型设备，轻便便于携带，可做不同直径的圆形和椭球形人工粗颗粒土，成功解决人工粗颗粒土速度慢和中间结合的不牢的问题，为粗颗粒土的研究奠定了实验基础。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明要解决的技术问题在于提供一种轻便便于携带，可做不同直径的圆形和椭球形人工粗颗粒土，成功解决人工粗颗粒土速度慢和中间结合的不牢的问题的人工粗颗粒土成型仪。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种人工粗颗粒土成型仪，包括加载装置、成型装置和辅助填料装置，其中，

所述的加载装置用于给所述成型装置提供挤压力；

所述成型装置包括上模具和下模具，所述上模具和下模具相对设置，分别用于成型待制备的人工粗颗粒土的上半部分和下半部分；

所述辅助填料装置用于加料。

所述加载装置包括加载底座、设置于所述加载底座上方的支撑杆、设置于所述支撑杆上可上下滑动的压头和与所述压头相连的手压杆，通过所述手压杆施加压力。

所述上模具包括上模具底座和设置于所述上模具表面的若干上模型杆，每个上模型干上设置有上模型槽，每个上模型槽的大小各自独立地根据所述成型的人工粗颗粒土的大小进行设定；所述下模具包括下模具底座和设置于所述下模具表面的若干下模型杆，每个下模型杆上分别设置有下模型槽，当所述上模具和下模具相对设置时，所述下模型杆的数目和下模型槽的大小分别与所述上模型杆的数目和上模型槽的大小相对应。

所述上模具和下模具的两侧分别设置有上定位杆和下定位杆，当所述上模具和下模具相对设置时，所述上定位杆和下定位杆卡合，用于精确定位所述成型装置的位置。

优选地，上定位杆的顶端设置有定位槽，所述下定位杆的顶端设置有定位突起，所述定位槽与所述定位突起相适配。

进一步优选地，所述定位槽为倒圆锥形，所述定位突起为圆锥形。

所述辅助填料装置包括进料漏斗和加料矩形套筒，所述加料矩形套筒设置于所述下模具的周围，其高度高于所述下成型模具。

本发明进一步提出了上述成型仪的使用方法：将下模具设置于加载装置上，在所述下模具的顶端铺上保鲜膜，然后在所述下模具的周围放置加料桶，所述加料筒的高度高于所述下模具的顶面；用下料斗将调制好预定质量的料加入加料筒中，使料平铺均匀；再用相同大小的保鲜膜铺在料上面；放置上模具，利用定位装置使所述上模具和下模具相对设置。

有益效果：与现有技术相比，本发明提供的人工粗颗粒土成型仪通过更改上模具和下模具的上模型槽和下模型槽的尺寸可做不同直径的球形或椭球形人工粗颗粒土，当所需的粗颗粒土尺寸改变时，只需要替换上模具和下模具即可。利用本发明可以解决制作人工粗颗粒土上下半球中间结合的不牢的问题，同时可以大大提高人工粗颗粒土制作速度。

另外，由于在制备过程中，上模具和下模具所开设的上模型槽和下模型槽的整体尺寸是一样的，唯一不同的是成型装置的上模型槽和下模型槽大小不同而已，如果每次称取相同质量的料，那么基本可以保证成型后每个小球或椭球的质量和密实度相同，从而保证同一批制备的粗颗粒土具有相同的性质。