[发明专利]一种离心模型试验中标准贯入试验模拟设备

说明书

本发明公开的一种离心模型试验中标准贯入试验模拟设备，包括位于离心机内的驱动机构、穿心锤、导引机构、贯入机构、系统机架和容纳有实验土层的模型箱，以及位于离心机外的远程控制电路；驱动机构包括转动架、两端通过滚珠轴承安装于转动架内的转子、缠绕于转子上的钢丝绳、通过转轴与转子一端连接的电机以及与电机连接的交流电源，钢丝绳的自由端与穿心锤连接；通过电机控制转子转动，从而控制穿心锤的上拉和自由落体过程；引导机架用于其下方的贯入机构在高离心加速度条件下始终保持直立；远程控制电路用于控制交流电源的启停和电机的正反转动。本发明可靠性强、成本低、适用性广，且利用简单装置实现高离心加速度条件下的标准贯入试验模拟。

技术领域

本发明主要应用于土工离心模型试验，在高离心加速度的条件下模拟标准贯入试验。

背景技术

离心模型试验通过增大惯性离心力，在与原型几何相似的前提下，达到与原型变形相似、应力相等的目的，这对以重力为主要荷载的岩土工程问题非常适用。但由于缺乏在高离心加速度条件下测定土体工程性质的有效手段，阻碍了离心模型试验的进一步应用。标准贯入试验是一种在现场测定砂土或黏性土地基承载力的有效方法，已被列入中国国家《工业与民用建筑地基基础设计规范中》。该方法利用一定的锤击功能，将一定规格的贯入器打入钻孔孔底的土中，根据打入土中的贯入阻抗，判别土层的变化和土的工程性质^[1-2]。但标准贯入试验设备尺寸较大，且现场试验时需要人为保障贯入器的直立，并手动控制穿心锤的释放，难以在离心机中实现。因此，针对离心模型试验小尺寸、超重力场的特殊条件，实现高离心加速度条件下标准贯入试验的模拟，完成土体工程性质的有效测定，是本发明的主要研究内容。

参考文献：

[1]段新胜,顾湘.用标贯试验锤击数据确定粘性土地基承载力方法探讨[J].地质与勘探,1999,35(4):59-61.

[2]袁钟,李思源,申伯熙.标准贯入试验的应用及贯入击数的影响因素[J].港工技术,2002,000(004):50-52.

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出一种离心模型试验中标准贯入试验模拟设备，可以实现离心模型试验中标准贯入试验的模拟，在高离心加速度的条件下可靠完成对土体工程性质的有效测定。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提出的一种离心模型试验中标准贯入试验模拟设备，其特征在于，包括位于离心机内的驱动机构、穿心锤、导引机构、贯入机构、系统机架和容纳有实验土层的模型箱，以及位于离心机外的远程控制电路；

所述系统机架，固定于所述模型箱顶部，为一框架结构；

所述驱动机构，安装于所述系统机架顶部的安装板上，包括转动架、两端通过滚珠轴承安装于所述转动架内的转子、缠绕于所述转子上的钢丝绳、通过转轴与所述转子一端连接的电机以及与所述电机连接的交流电源，所述钢丝绳的自由端与所述穿心锤连接；通过所述电机控制所述转子转动，从而控制所述穿心锤的上拉和自由落体过程；

所述导引机构，位于所述系统机架内部且固定于所述安装板下部，包括穿心导向触探杆、刚性支架和滑轨；所述刚性支架呈“凹”字型，该刚性支架顶部与所述安装板底部固定，所述滑轨贯穿设置于所述刚性支架底部中心；所述穿心锤套设于所述穿心导向触探杆上部且可沿该穿心导向触探杆轴向自由移动；所述穿心导向触探杆下部穿过所述滑轨后与所述贯入机构上部连接；

所述贯入机构，包括贯入器身和贯入器靴；所述贯入器身一端与所述穿心导向触探杆下部连接，所述贯入器身另一端与贯入器靴固定；

所述远程控制电路，包括熔断器、接触器和四个开关；所述熔断器、第一开关、接触器、第二开关、交流电源与电机依次串联形成供电主回路，用于控制所述交流电源的启停；第三开关和第四开关同时与接触器并联，分别用于控制所述电机的正转和反转