[发明专利]一种电磁加载式的固结排水演示装置及其演示方法

权利要求书

1.一种电磁加载式的固结排水演示装置，其特征在于：包括盛水容器(1)、分层土体模拟机构(2)、电磁加载机构(3)、排水机构(4)和测量机构(5)，

所述分层土体模拟机构(2)安装在所述盛水容器(1)内，用于模拟分层土体，所述电磁加载机构(3)安装于所述分层土体模拟机构(2)的上方，用于对分层土体模拟机构(2)施加瞬时荷载，所述排水机构(4)均匀分布于所述分层土体模拟机构(2)上，所述测量机构(5)安装在所述盛水容器(1)的侧壁上，用于测量分层土体的超静孔隙水压力。

2.根据权利要求1所述的电磁加载式的固结排水演示装置，其特征在于：所述分层土体模拟机构(2)包括若干层活塞板(201)、多个弹簧(202)和限位杆(203)，若干层所述活塞板(201)在盛水容器(1)内自底部向容器口均匀分布，所述活塞板(201)上均开设有限位孔(204)，所述限位杆(203)的一端穿过所述限位孔(204)与所述盛水容器(1)的底壁固定连接，所述弹簧(202)套设于所述限位杆(203)上。

3.根据权利要求2所述的电磁加载式的固结排水演示装置，其特征在于：所述排水机构(4)为排水孔(401)，所述排水孔(401)有多个，多个所述排水孔(401)均匀排布在所述活塞板(201)上且位于所述限位孔(204)的外缘。

4.根据权利要求1所述的电磁加载式的固结排水演示装置，其特征在于：所述电磁加载机构(3)包括磁吸部(301)、托架(302)和供电器(303)，所述盛水容器(1)的顶部安装有横板(101)，所述磁吸部(301)固设于所述横板(101)的底部，所述托架(302)上具有与所述磁吸部(301)配合的磁吸配合部(6)，所述磁吸部(301)通过导线(304)与所述供电器(303)电联，所述磁吸部(301)与所述供电器(303)之间还设有电路开关(305)，所述托架(302)上布置有砝码(306)。

5.根据权利要求4所述的电磁加载式的固结排水演示装置，其特征在于：所述托架(302)还包括连接杆(7)和承托部(8)，所述连接杆(7)的一端与所述磁吸配合部(6)连接，所述连接杆(7)的另一端与所述承托部(8)连接，所述砝码(306)为C型开槽砝码(306)，所述C型开槽砝码(306)承托于所述承托部(8)上。

6.根据权利要求4所述的电磁加载式的固结排水演示装置，其特征在于：所述磁吸部(301)为电磁铁。

7.根据权利要求1所述的电磁加载式的固结排水演示装置，其特征在于：所述测量机构(5)有多组，每组测量机构(5)均包括测压管(501)，每组测压管(501)均固定安装在所述盛水容器(1)的外壁，所述测压管(501)的测量点设置在所述各层活塞板(201)之间。

8.根据权利要求1所述的电磁加载式的固结排水演示装置，其特征在于：所述盛水容器(1)的底部安装有排水管(102)，所述排水管(102)上设有截止阀(103)。

9.根据权利要求1所述的电磁加载式的固结排水演示装置，其特征在于：所述盛水容器(1)的顶部边壁开设有等腰梯形槽口。

10.一种电磁加载式的固结排水演示装置的演示方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的装置进行演示，包括以下步骤：

S1、注水：关闭截止阀(103)，向盛水容器(1)内注水，使水位与顶层的活塞板(201)齐平，托架(302)与最上层活塞板(201)处于微接触状态，闭合电路开关(305)；

S2、施加瞬间载荷：断开电路开关(305)，电磁铁和托盘的磁吸配合部(6)之间瞬间失去吸力，托盘承托着砝码(306)跌落在活塞板(201)上给活塞板(201)施加瞬间载荷，施压瞬间，活塞板(201)不下降，测压管(501)水位上升，测压管(501)的读数代表超静孔隙水压力；

S3、固结过程：托盘对活塞板(201)继续施加载荷，排水孔(401)吸收容纳挤压水，活塞板(201)下降，测压管(501)中水位降低，弹簧(202)受力，弹簧(202)与水共同承担荷载，观察排水孔(401)排水、弹簧(202)压缩和各测压管(501)水位的变化，直到弹簧(202)和测压管(501)无变化；

S4、固结稳定：观察到测压管(501)水位降至初始位置，则超静孔隙水压力为零，荷载完全由弹簧(202)来承担，表明固结达到稳定，演示结束打开截止阀(103)通过排水管(102)排尽盛水容器(1)内的水。