一种全自动砂土震动密实装置及系统

1.本发明涉及岩土工程室内试验的技术领域，尤其是指一种全自动的砂土震动密实的装置及系统。


背景技术：

2.随着我国岩土行业的发展，无论是对科研的要求还是对施工安全的要求，都在不断地提高，室内实验的模拟变得尤其的重要，而实验室中对土层的模拟以及填充更是必不可少的一部分。现有的模型箱砂土密实方法大多为分层压实法，其中存在几点不足：1、人工称砂。计算出砂的质量后，还需手动使用电子称称砂，得到所需质量砂土后才能把砂土倒入模型箱中，容易导致操作失误引起误差。2、人工压实。分层平整压实，而且手动压实时间比较久，效率低下；然后目测整平完成后，才能继续填上层砂，容易由于视线误差导致实验误差。3、在填砂的中途很可能需要添加模型桩等其他模型，手动装砂容易触碰模型导致位置发生改变，从而影响实验结果。因此，提高模型土层填充的效率就格外关键。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于针对上述问题，提供一种可全自动震动密实的、工作效率高、易于操作，同时精度较高的装置及系统。
4.本发明的目的可采用以下技术方案来达到：
5.一种全自动砂土震动密实装置及系统，其特征在于，包括置于底座上的模型箱装置、搭接装砂桶与模型箱的全自动抽砂装置、包裹着模型箱的红外线感应装置、可以移动的下底座、与弹簧相接的并设有凹槽的上底座、贴在上底座底面的全自动震动装置，用于调控整套系统并处理相关数据的计算机、用于连接电脑、红外线装置、震动装置以及抽砂装置的电线；所述的红外线感应装置由圈着模型箱的红外线环、与红外线环嵌在一起的、可调节高度的并与电脑相连接的控制板，调整控制板高度的螺栓以及保持垂直稳定的立杆与底座所组成；所述的全自动震动装置为一个小型震动机，并与红外线感应装置相连接；所述的全自动抽砂装置由连接装砂桶与模型箱的两条砂管以及与震动装置相连接的抽砂发动机所组成。
6.作为一种优选的方案，所述的红外线感应装置包括红外线环，控制板，立杆与底座，红外线环把模型箱圈在里面，右侧与控制板相嵌，控制板可与电脑相连接，在控制板的右边与立杆相嵌固，在相嵌处使用螺栓固定位置以及高度，保持稳定，而立杆下部与底座相接保持水平。
7.作为一种优选的方案，所述模型箱底座包括上底座与下底座。上底座包括四个弹簧底座，由维护边框组成的底板。底板的维护边框在中间形成凹槽，用于保持模型箱在震动过程固定不动，底板底部镶有弹簧，弹簧另一端镶有圆台底座：而下底座位于圆台底座之下，由底板与六个可移动的轮子所组成，方便移动到目标位置。
8.作为一种优选的方案，所述全自动震动装置为一种小型震动机，该震动机的一边
与抽砂装置连接，一边连接着红外线传感器的控制板，位于上底座的底板底面。
9.作为一种优选的方案，所述模型箱为用亚克力材料制成的、能使红外线透过的透明模型箱，它长宽高分别为：l＝36m、d＝24m、h＝50m，嵌于上底座的凹槽之中。
10.作为一种优选的方案，所述全自动抽砂装置包括抽砂管、送砂管以及抽砂发动机。抽砂发动机与电脑连在一起，感应所抽取的质量大小，也与震动机连在一起，抽砂停止后开始震动。抽砂管与装砂桶连在一起，用于抽取桶内的砂土，另一条送砂管与模型箱连在一起用于把抽出的砂土送到模型箱中。
11.作为一种优选的方案，所述调控整套系统并处理相关数据的计算机，既与抽砂装置通过电线连接，又与红外线感应器的控制板连在一起。已知模型箱的尺寸大小、砂土的最大干密度(ρ
dmax
)以及土粒比重(gs)，根据所需砂土密实度以及高度，来确定抽砂的质量以及震动停止的时机。具体的公式：
12.砂的最小干密度实验可以求出
13.砂的最小干密度实验可以求出
14.根据所需的相对密实度可以得出e＝e
max-dr·
(e
max-e
min
)
15.根据所得的孔隙比e可得密度
16.可以根据所需的砂土高度h，求出抽砂的质量m＝ρv＝ρldh
17.实施本发明，具有如下有益效果：
18.1.本发明通过调控整套系统并处理相关数据的计算机，根据所需砂土密实度以及高度，来计算出抽砂的质量，然后实现全自动抽砂，抽砂结束后开始自动震动，直到达到所需的砂土高度后停止震动。全过程几乎仅需要在电脑上操作即可，大大的降低了实验的难度，提高了实验的精度，降低了人工操作的风险，减少了实验的误差，保证了实验的准确性，使得本试验装置更能为隧道模拟，桩土相互作用，基坑回填等等的室内模拟实验提供准确的实验数据，为现场的施工提供参考价值。
19.2.与以前实验步骤相比较，如人工称砂，人工装砂，人工压实等等，本发明大大的减少了人力需求，该实验所需的所有操作步骤，都无需人工，全程几乎都是由机器操作，方便快捷，更加的人工智能，提高工作效率，进一步增加了经济效益。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是本发明一种全自动砂土震动密实装置及系统整体结构示意图。
22.图2是本发明一种全自动砂土震动密实装置及系统的正视图。
23.图3是本发明一种全自动砂土震动密实装置及系统的后视图。
24.图4是本发明抽砂装置结构示意图。
25.图5是本发明上下底座的结构示意图。
26.图6是本发明震动装置结构示意图。
27.图7是本发明红外线感应装置的结构示意图。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.实施例
30.参照图1至图6，本实施例涉及一种全自动砂土震动密实装置及系统，包括搭接装砂桶1 与模型箱2的全自动抽砂装置3，置于底座上的透明模型箱2，用于调控整套系统并处理相关数据的计算机4，包裹着模型箱的红外线感应装置8，可以自由移动的下底座5，与弹簧相接的并设有凹槽的上底座6，贴在上底座底面的全自动震动装置7，用于连接电脑、红外线装置、震动装置以及抽砂装置的电线9。所述的全自动抽砂装置3由连接装砂桶的抽砂管10、连接模型箱的送砂管11以及与震动装置相连接的抽砂发动机12所组成；所述的全自动震动装置 7为一个小型震动机18，并与红外线感应装置相连接；所述的红外线感应装置由圈着模型箱的红外线环23、与红外线环嵌在一起的、可调节高度的并与电脑相连接的控制板21，调整控制板高度的螺栓22以及保持垂直稳定的立杆20与底座19所组成。
31.本实验装置可以根据所需的模拟土层的相对密实度以及土层深度，然后在计算机4的计算下，得出所需的质量，开始启动抽砂装置3，抽砂结束后，便启动震动装置7进行密实，直到达到红外线感应装置8所指高度后停止震动，从而自动化地控制整个实验流程。全过程几乎仅需要在电脑上操作即可，大大的降低了实验的难度，提高了实验的精度，降低了人工操作的风险，减少了实验的误差，保证了实验的准确性，方便快捷，更加的人工智能，提高工作效率，进一步增加了经济效益。使得本试验装置更能为隧道模拟，桩土相互作用，基坑回填等等的室内模拟实验提供准确的实验数据，为现场的施工提供参考价值。
32.如图1、图2、图3所示，所述调控整套系统并处理相关数据的计算机4进行编程计算，根据所需的砂土相对密实度以及高度，把数据信息通过线路9传到抽砂装置3以及红外线感应装置8进行处理。
33.如图1、图4所示，所述的全自动抽砂装置在收到电脑传来的数据后开始启动。抽砂发动机12自动开启运行，把砂土从装砂桶中经过抽砂管10抽出，再而经过送砂管11运送到模型箱中，直到抽取了所需质量的砂土后停止抽砂，抽砂发动机与震动装置相连接，实现相互感应。
34.如图1、图5所示，所述的下底座5由一块大底板14以及六个轮子13所组成，轮子既可使装置转动移动也可承受上部装置传下来的力。上底座由一块四边凸起维护从而形成凹槽的底板17以及四个带有弹簧的圆台底座15组成，凹槽的作用是为了固定模型箱2的位置，防止模型箱因震动而产生位移。
35.如图1、图6所示，所述的全自动震动装置7在抽砂停止后，自动开启，把砂土整平，震动密实，震动机与红外线感应装置的控制板通过电线9连接在一起，当砂土的高度刚好达到红外线在透明模型箱中形成的面时，停止震动。
36.如图1、图7所示，所述的红外线感应装置，为了调整红外线环23的高度，可先把螺栓 22拧松，把红外线环以及控制板21，贴着立杆20上下移动，拉到所需要的高度后，拧紧螺栓。然后打开红外线环，使红外线射到透明的模型箱中。当砂土的高度已经震动到红外线环的高度，并使模型箱中形成了一个红外线面时，说明已经密实完成，便停止震动。
37.本发明的工作原理：
38.首先在启动装置之前，把线路9连接，电脑4与红外线感应装置8、抽砂装置3连接在一起，抽砂装置连接着震动装置7，震动装置与红外线感应装置连接。然后启动电脑，以及砂土的土粒比重(gs)根据所需砂土的相对密实度与土层高度，在电脑中通过公式计算，公式如下：
39.砂的最小干密度实验可以求出
40.砂的最小干密度实验可以求出
41.根据所需的相对密实度可以得出e＝e
max-dr·
(e
max-e
min
)
42.根据刚刚所得的孔隙比e可得密度
43.可以根据所需的砂土高度h，求出抽砂的质量m＝ρv＝ρldh
44.得到所需的砂土质量后，开始把数据传到抽砂装置以及红外线感应装置，把红外线环23 和控制板21沿着立杆20移动到所需的高度，然后拧紧螺栓22固定位置，使红外线射到透明的模型箱中。自动启动抽砂发动机12，把砂土从装砂桶1中抽出，经过抽砂管10、送砂管11到达模型箱2中，直到抽取了所需砂土质量后停止抽砂。然后震动机18自动启动，把砂士整平，开始震动密实，当砂土的高度已经震动到红外线环的高度，并在模型箱中形成了一个红外线面时，说明已经密实完成，便停止震动。
45.以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。