[发明专利]一种三自由度人工制备地基土的模型试验装置及工作方法

权利要求书

1.一种三自由度人工制备地基土的模型试验装置，其特征在于，包括模型箱（1）、三自由度行走机构、出料装置及喷雾装置；

三自由度行走机构包括可移动支架（4），可移动支架（4）底部设置有行走滑轮（3），模型箱（1）顶部两侧的翻沿上设置有滑道（2），行走滑轮（3）置于滑道内，可移动支架（4）顶部设置有承插式横梁（5），承插式横梁（5）上设置有滑槽，滑槽内设置有滑轮（10），滑轮（10）连接存料桶（7），存料桶（7）的底部开设有出料鸭嘴（8）；

喷雾装置设置在存料桶（7）的一侧；

可移动支架（4）上开设有若干位置对应的插销（6），承插式横梁（5）通过插销（6）固定在两个可移动支架（4）之间；

喷雾装置包括软管（11），软管（11）的一端连接液体入口，另一端设置有莲蓬头（12），软管（11）上设置有流量计（13）；

根据模型试验需要制备地基土的相对密实度，得到出料鸭嘴和莲蓬头喷雾的落距，由初始含水率换算莲蓬头喷雾速率；通过移动支架、可调节横梁、行走滑轮实现制样装置三自由度行走；通过出料鸭嘴和喷雾装置耦合制备不同含水率地基土，通过出料鸭嘴与模型箱耦合，能确保模型箱地基土的空间均匀性，能够模拟一定初始含水率地基土沉积过程。

2.根据权利要求1所述的一种三自由度人工制备地基土的模型试验装置，其特征在于，模型箱（1）包括角钢框架以及钢板（15）、加固槽钢（16）和有机玻璃（17），角钢框架的左右两面通过有机玻璃（17）密封成型，角钢框架的前面和后面焊接钢板（15）成型，加固槽钢（16）设置在角钢框架的中间部位。

3.根据权利要求1所述的一种三自由度人工制备地基土的模型试验装置，其特征在于，存料桶（7）通过钢丝绳（9）固定在滑轮（10）上。

4.根据权利要求1所述的一种三自由度人工制备地基土的模型试验装置，其特征在于，喷雾装置通过固定夹（14）固定在存料桶（7）上。

5.根据权利要求1所述的一种三自由度人工制备地基土的模型试验装置，其特征在于，行走滑轮（3）和滑轮（10）均连接伺服控制系统，伺服控制系统用于控制行走滑轮（3）和滑轮（10）的转动与停止。

6.权利要求1所述的一种三自由度人工制备地基土的模型试验装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，设定行走滑轮（3）沿模型箱长宽方向的移动速度，并调节承插式横梁（5）的竖向高度，控制出料鸭嘴（8）的落距，调节滑轮（10）调整存料桶（7）的位置；

步骤二，利用模型箱（1）中预先布置的标定盒，测试不同落距下标定盒中干砂质量，结合室内试验得到的最大干密度和最小干密度计算对应的相对密实度，从而测得落距-相对密实度曲线；

步骤三，根据模型试验需要制备地基土的相对密实度，查曲线得到出料鸭嘴（8）和喷雾装置的落距，由初始含水率换算莲蓬头喷雾速率；

步骤四，控制行走滑轮（3）使撒砂机构在平面内移动；

步骤五，制备完一个插销（6）移动高度的地基土后，将承插式横梁（5）向上移动一个孔位，重复步骤四，至完成预设厚度模型箱地基土的制备。

7.根据权利要求6所述的一种三自由度人工制备地基土的模型试验装置的工作方法，其特征在于，通过伺服控制系统控制行走滑轮（3）和滑轮（10）移动。