[发明专利]一种模型试验中制备低扰动高饱和度砂土试样的装置及方法

权利要求书

1.一种模型试验中制备低扰动高饱和度砂土试样的装置，其特征在于：包括模型箱、砂雨装置、饱和装置、抽气设备；模型箱包括模型箱铝框(47)、透水石(48)、进出水口管接头(49)、乳胶膜(50)；砂雨装置包括盛砂漏斗(1)、筛砂鸭嘴(9)、X向滑块(3)、Y向滑块(5)；饱和装置包括饱和桶、储水桶(21)、真空桶、二氧化碳罐(46)和旋转电机(15)；抽气设备包括真空泵(45)和真空管(44)；

模型箱由方形铝框叠合而成或钢整体浇筑得到，内部四周边界上布设乳胶膜(50)；底部设置透水石(48)，透水石上布置滤纸片(51)，滤纸片上盛放砂土模型(52)；

砂雨装置固定于饱和桶壁(38)外侧，其上面布置有一个盛砂漏斗(1)，盛砂漏斗(1)通过导管(8)和筛砂鸭嘴(9)相连，导管(8)通过锁紧装置(2)固定于X向滑块(3)上，可在X向导轨(4)上自由滑动，同时X向导轨(4)可利用Y向滑块(5)在Y向导轨(6)上自由滑动，因此盛砂漏斗(1)和筛砂鸭嘴(9)可在水平面内两向自由滑动；

饱和装置中，其饱和桶内部放置模型箱，其饱和桶盖上安装有饱和桶真空调压阀(43)，可对桶内气压进行精密调节；饱和桶盖上还安装有真空表(33)，可对内部气压进行实时监测；饱和桶壁(38)侧面安装有进气口(36)和进水口(37)，分别用于调节二氧化碳气体和饱和液体进入模型箱内部的流速；

饱和装置中，其储水桶(21)内部装有饱和砂土模型(52)的液体，旋转电机(15)通过旋转密封装置(17)固定于储水桶盖上，电机旋转轴和桶内旋转叶片(23)相连，用于搅拌桶内的液体；储水桶盖上还安装有进水阀(14)、真空表(18)和真空调压阀(13)，其中真空表(18)和真空调压阀(13)主要用于监测和精确调节储水桶内的气压；储水桶下部设有出水口(24)，出水口(24)与精密流量计和流量阀(22)相连，用于精确控制桶内液体的流速；精密流量计和流量阀(22)通过输水管与饱和桶侧面的进水口(37)相连，用于将储水桶内液体输入到干砂模型中；

饱和装置中，其真空桶主要用于冷凝真空泵从储水桶里抽出的水蒸气，防止液体对真空泵的损害；真空桶盖上布置有3个抽气接口，其中抽气口一(26)通过真空管与饱和桶盖上的饱和桶真空调压阀(43)相连，抽气口二(27)通过真空管与储水桶盖上的真空调压阀(13)相连，抽气口三(32)通过真空管与真空泵相连；真空桶盖上还布置有真空桶上真空表(29)，用于监测桶内气压；

抽气设备中，其真空泵通过真空管与抽气口三(32)相连，用于抽出饱和桶和储水桶内部的空气，形成真空环境；二氧化碳罐(46)通过真空管与饱和桶侧面的进气口(36)相连，并在真空管路上安装有气体流速表(53)和流速控制阀(54)，分别监测和控制二氧化碳的输入速度，目的是防止过快气体流速扰动模型。

2.根据权利要求1所述的模型试验中制备低扰动高饱和度砂土试样的装置，其特征在于：模型箱底部还安装有进出水口管接头(49)，管接头通过真空管与饱和桶侧面的进气口(36)和进水口(37)和相连，作为饱和液体和二氧化碳的进出通道。

3.根据权利要求1所述的模型试验中制备低扰动高饱和度砂土试样的装置，其特征在于：砂雨装置的锁紧装置(2)侧面还安装有操作手柄(7)，用于水平两向自由推动盛砂漏斗(1)以制作干砂模型。

4.根据权利要求1或3所述的模型试验中制备低扰动高饱和度砂土试样的装置，其特征在于：锁紧装置(2)可实现盛砂漏斗(1)的上下自由滑动，可严格控制干砂模型的落距，从而准确控制砂土模型(52)的相对密实度；砂雨装置底部还安装有滑轮(11)，便于移动砂雨装置。

5.根据权利要求1所述的模型试验中制备低扰动高饱和度砂土试样的装置，其特征在于：饱和桶盖上布置有观察孔(34)，用于观察模型箱内部饱和液体的水位高度，初步确认饱和效果；饱和桶盖上还布置有饱和桶吊环(35)，用于起吊桶盖；饱和桶盖和桶体通过一系列饱和桶高强螺栓(40)紧密贴合，从而在桶体内部形成密闭空间。