本發(fā)明涉及一種新型土木工程試驗儀器領(lǐng)域，具體涉及一種砂土體沖擊荷載試驗裝置。

背景技術(shù)：

在軟弱地基處理中，強夯法和樁基法是最為常用的地基加固方法。強夯法會在地基土中產(chǎn)生沖擊波和動應力,從而提高地基土的強度、降低土的壓縮性、改善砂土的抗液化能力，減少將來可能出現(xiàn)的差異沉降。樁基法能很好適應各種地質(zhì)條件及荷載情況，且具有承載力大、穩(wěn)定性好和沉降小等特點。但是，在強夯加固地基和預制樁打樁過程中地基將受到?jīng)_擊荷載。對于鈣質(zhì)砂這類易發(fā)生顆粒破碎的砂土體而言，沖擊荷載會引起土體的顆粒級配、密度等發(fā)生改變，從而引起土體力學性能的改變。

土體沖擊荷載試驗對實際工況的應對具有重要的指導意義。但目前尚沒有針對易發(fā)生顆粒破碎的砂土體受到?jīng)_擊荷載的試驗裝置。因此，亟需一種能測定砂土體承受沖擊荷載的沖擊試驗裝置對強夯法和樁基法處理提供有力的試驗依據(jù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種可視性好、精度高、操作簡單的砂土體沖擊荷載試驗裝置，可模擬砂土體受到?jīng)_擊荷載作用，研究土體顆粒級配、密度等發(fā)生的演化以及土體抗剪強度的變化。

為實現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種砂土體沖擊荷載試驗裝置，其特征在于，包括控制箱、下落組件和模具筒組件。

所述模具筒組件包括裝樣筒、對開套筒和底座。所述裝樣筒是由若干個鋼化玻璃環(huán)疊加組合而成的空心圓柱體。所述對開套筒可軸向?qū)ΨQ地拆分為兩片對開模。所述兩片對開模可嚴密合實。所述裝樣筒塞入對開套筒內(nèi)。所述對開套筒外部套有若干個緊箍環(huán)套。所述緊箍環(huán)套將對開套筒夾緊。所述對開套筒下端與底座相連。試驗時，裝樣筒內(nèi)裝有土樣。

所述控制箱包括殼體Ⅰ、殼體Ⅱ和固定盤。所述殼體Ⅰ和殼體Ⅱ均為中空長方體。所述殼體Ⅱ上開設(shè)有貫穿殼體Ⅱ上下表面的定位孔。所述殼體Ⅰ的一側(cè)為平面A。所述殼體Ⅱ和固定盤與平面A固定連接。所述殼體Ⅱ位于殼體Ⅰ上端，固定盤位于殼體Ⅰ下端。試驗時，模具筒組件通過底座連接固定在固定盤上。

所述殼體Ⅰ和殼體Ⅱ中空部分連通，共同組成控制箱的內(nèi)腔。所述控制箱的內(nèi)腔中具有控制系統(tǒng)。所述平面A上還布置有縱向傳送帶。所述傳送帶與控制系統(tǒng)相連。所述傳送帶上固定有卡頭。

所述下落組件包括擊錘導桿和擊錘。

所述擊錘導桿包括桿體和錘座。所述桿體上端穿過殼體Ⅱ的定位孔，并通過定位銷固定。所述桿體下端與錘座連接。試驗時，錘座伸入裝樣筒內(nèi)。所述桿體上具有縱向卡槽。所述卡槽中卡合固定有定位塊。所述定位塊為楔形卡塊。所述定位塊可沿卡槽上下移動。

所述擊錘上具有限位孔。所述限位孔貫穿擊錘的上下表面。所述擊錘套裝在桿體上，桿體穿過限位孔。所述擊錘內(nèi)水平鑲嵌有可伸縮凸塊。所述可伸縮凸塊中部具有供擊錘導桿穿過的孔洞Ⅰ。所述可伸縮凸塊的兩端均伸出擊錘的側(cè)壁。所述可伸縮凸塊一端搭設(shè)在卡頭上，另一端開設(shè)有供頂推彈片穿過的孔洞Ⅱ。所述頂推彈片一端固定在擊錘的側(cè)壁上，另一端伸出孔洞Ⅱ。

工作時，控制系統(tǒng)驅(qū)動傳送帶運轉(zhuǎn)，傳送帶通過卡頭引導擊錘沿桿體桿體上行。當擊錘上移至上止點時，定位塊推動可伸縮凸塊回移，致使可伸縮凸塊脫離卡頭。擊錘沿桿體自由下落并沖擊錘座。擊錘下落過程中。頂推彈片推動可伸縮凸塊伸出。擊錘完成沖擊。傳送帶運轉(zhuǎn)一圈后，卡頭再次帶動擊錘向上運動，進行循環(huán)沖擊試驗。

進一步，所述裝樣筒和對開套筒均采用透明可視化玻璃材料。

進一步，所述對開套筒頂部設(shè)有限位部。所述對開套筒底部設(shè)有連接部。所述連接部通過螺栓與底座固定連接。

進一步，所述裝樣筒為內(nèi)徑4cm，外徑5cm，高度2cm。對開套筒內(nèi)徑6cm，壁厚5mm，高度11cm。

進一步，所述控制系統(tǒng)包括交流電動機、齒輪和控制面板。

本發(fā)明還公開一種采用上述砂土體沖擊荷載試驗裝置的試驗方法，包括以下步驟：

1)將組裝好的裝樣筒塞入對開套筒中。使用緊箍環(huán)套將對開套筒夾緊后，將開套筒與底座固定連接。

2)按照試驗要求制備土樣。將土樣裝入裝樣筒內(nèi)。調(diào)整模具筒組件的位置，并與固定盤固定。

3)拔起定位銷，將錘座伸入裝樣筒對土樣進行壓密。

4)按設(shè)定試驗工況進行沖擊試驗。

5)錘擊結(jié)束后提起擊錘導桿，從固定盤上取出模具筒組件。測定土樣的振后高度，拆除對開套筒。分別收集每一層鋼化玻璃環(huán)內(nèi)的土樣，分別進行顆粒破碎、相對密實度、級配演化分析等土工試驗。

本發(fā)明的技術(shù)效果是毋庸置疑的：

A.裝置可模擬鈣質(zhì)砂等易發(fā)生顆粒破碎的地基土進行強夯或者樁基處理時的夯實或打樁過程受到的沖擊荷載，為該類砂土地基沖擊荷載的研究提供模型試驗研究途徑，充分發(fā)揮了室內(nèi)模型的優(yōu)點；

B.裝置可很好的獲取受到?jīng)_擊荷載后不同埋深的土樣，很好的研究土體的顆粒破碎、級配和密度的演化以及土體的抗剪強度的變化；

C.模具筒為可視化裝置，試樣的制備和沖擊試驗過程均直觀可見，可更好控制試樣的制備以及直觀觀測土體受到?jīng)_擊荷載過程中的變化情況；

D.通過改變擊錘落距、質(zhì)量、錘擊頻率以及時長模擬沖擊荷載的不同能量、不同頻率以及不同施荷方式等各種荷載工況。便捷地進行土體受到不同沖擊荷載工況的研究，實現(xiàn)強夯加固地基或打樁過程的模擬，操作簡單易行。

附圖說明

圖1為試驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為擊錘導桿結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為擊錘結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為擊錘正視圖；

圖5為可伸縮凸塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為頂推彈片結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為擊錘與擊錘導桿連接示意圖；

圖8為模具筒組件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為對開模結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為裝樣筒結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：平面A、控制箱1、殼體Ⅰ101、殼體Ⅱ102、定位銷1021、控制面板1022、固定盤103、傳送帶104、卡頭1041、擊錘導桿2、定位塊201、卡槽202、錘座203、擊錘3、限位孔301、裝樣筒5、鋼化玻璃環(huán)501、對開套筒6、對開模601、限位部6011、連接部6012、緊箍環(huán)套602、底座7、可伸縮凸塊8、孔洞Ⅰ801、孔洞Ⅱ802、頂推彈片9。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不應該理解為本發(fā)明上述主題范圍僅限于下述實施例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段，做出各種替換和變更，均應包括在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。

實施例1：

本實施例公開一種砂土體沖擊荷載試驗裝置，包括控制箱1、下落組件和模具筒組件。

參見圖8，所述模具筒組件包括裝樣筒5、對開套筒6和底座7。所述裝樣筒5和對開套筒6均采用透明可視化玻璃材料。參見圖10，所述裝樣筒5是由5個鋼化玻璃環(huán)501疊加組合而成的空心圓柱體，即上下端均敞口的中空圓柱體。所述對開套筒6可軸向?qū)ΨQ地拆分為兩片對開模601。所述兩片對開模601可嚴密合實。所述裝樣筒5塞入對開套筒6內(nèi)。所述對開套筒6頂部設(shè)有限位部6011，以限制鋼化玻璃環(huán)501位移。所述對開套筒6外部套有1個緊箍環(huán)套602。所述緊箍環(huán)套602將對開套筒6夾緊。所述對開套筒6下端與底座7相連。試驗時，裝樣筒5內(nèi)裝有土樣。

參見圖1，所述控制箱1包括殼體Ⅰ101、殼體Ⅱ102和固定盤103。所述殼體Ⅰ101和殼體Ⅱ102均為中空長方體。所述殼體Ⅱ102上開設(shè)有貫穿殼體Ⅱ102上下表面的定位孔。所述殼體Ⅰ101的一側(cè)為平面A。所述殼體Ⅱ102和固定盤103與平面A固定連接。所述殼體Ⅱ102位于殼體Ⅰ101上端，固定盤103位于殼體Ⅰ101下端。試驗時，模具筒組件通過底座7連接固定在固定盤103上。

所述殼體Ⅰ101和殼體Ⅱ102中空部分連通，共同組成控制箱1的內(nèi)腔。所述控制箱1內(nèi)腔中具有控制系統(tǒng)。所述平面A上還布置有縱向傳送帶104。所述傳送帶104與控制系統(tǒng)相連。所述傳送帶104上固定有卡頭1041。

參見圖7，所述下落組件包括擊錘導桿2和擊錘3。

參見圖2，所述擊錘導桿2包括桿體202和錘座203。所述桿體202上端穿過殼體Ⅱ102的定位孔，并通過定位銷1021固定。所述桿體202下端與錘座203連接。試驗時，錘座203伸入裝樣筒5內(nèi)。所述桿體202上具有縱向卡槽2021。所述卡槽202中卡合固定有定位塊201。所述定位塊201為楔形卡塊。所述定位塊201可沿卡槽202上下移動。試驗中，通過改變定位塊201的位置可控制擊錘落距。

參見圖3、圖4和圖7，所述擊錘3上具有限位孔301。所述限位孔301貫穿擊錘3的上下表面。所述擊錘3套裝在桿體202上，桿體202穿過限位孔301。所述擊錘3內(nèi)水平鑲嵌有可伸縮凸塊8。參見圖5，所述可伸縮凸塊8中部具有供擊錘導桿2穿過的孔洞Ⅰ801。所述可伸縮凸塊8的兩端均伸出擊錘3的側(cè)壁。所述可伸縮凸塊8一端搭設(shè)在卡頭1041上，另一端開設(shè)有供頂推彈片9穿過的孔洞Ⅱ802。參見圖3和圖6，所述頂推彈片9一端固定在擊錘3的側(cè)壁上，另一端伸出孔洞Ⅱ802。

工作時，控制系統(tǒng)驅(qū)動傳送帶104運轉(zhuǎn)，傳送帶104通過卡頭1041引導擊錘3沿桿體202桿體上行。當擊錘3上移至上止點時，定位塊201推動可伸縮凸塊8回移，致使可伸縮凸塊8脫離卡頭1041。擊錘3沿桿體202自由下落并沖擊錘座203。擊錘3下落過程中，限位孔301與桿體202配合，保證擊錘3下落的垂直度。頂推彈片9推動可伸縮凸塊8伸出。擊錘3完成沖擊。傳送帶104運轉(zhuǎn)一圈后，卡頭1041再次帶動擊錘3向上運動，進行循環(huán)沖擊試驗。

實施例2：

本實施例公開一種砂土體沖擊荷載試驗裝置，包括控制箱1、下落組件和模具筒組件。

所述模具筒組件包括裝樣筒5、對開套筒6和底座7。所述裝樣筒5和對開套筒6均采用透明可視化玻璃材料。所述裝樣筒5是由5個鋼化玻璃環(huán)501疊加組合而成的空心圓柱體，即上下端均敞口的中空圓柱體。參見圖9，所述對開套筒6可軸向?qū)ΨQ地拆分為兩片對開模601。所述兩片對開模601可嚴密合實。所述裝樣筒5為內(nèi)徑4cm，外徑5cm，高度2cm。對開套筒6內(nèi)徑6cm，壁厚5mm，高度11cm。所述裝樣筒5塞入對開套筒6內(nèi)。所述對開套筒6頂部設(shè)有限位部6011，以限制鋼化玻璃環(huán)501位移。所述對開套筒6外部套有1個緊箍環(huán)套602。所述緊箍環(huán)套602將對開套筒6夾緊。所述對開套筒6底部設(shè)有連接部6012。所述連接部6012通過螺栓與底座7固定連接。試驗時，裝樣筒5內(nèi)裝有土樣。

所述控制箱1包括殼體Ⅰ101、殼體Ⅱ102和固定盤103。所述殼體Ⅰ101和殼體Ⅱ102均為中空長方體。所述殼體Ⅱ102上開設(shè)有貫穿殼體Ⅱ102上下表面的定位孔。所述殼體Ⅰ101的一側(cè)為平面A。所述殼體Ⅱ102和固定盤103與平面A固定連接。所述殼體Ⅱ102位于殼體Ⅰ101上端，固定盤103位于殼體Ⅰ101下端。試驗時，模具筒組件通過底座7連接固定在固定盤103上。

所述殼體Ⅰ101和殼體Ⅱ102中空部分連通，共同組成控制箱1的內(nèi)腔。所述控制箱1內(nèi)腔中具有控制系統(tǒng)。其中，所述控制系統(tǒng)包括交流電動機、齒輪和控制面板1022。所述平面A上還布置有縱向傳送帶104。所述傳送帶104與控制系統(tǒng)相連。所述傳送帶104上固定有卡頭1041。

所述下落組件包括擊錘導桿2和擊錘3。

所述擊錘導桿2包括桿體202和錘座203。所述桿體202上端穿過殼體Ⅱ102的定位孔，并通過定位銷1021固定。所述桿體202下端與錘座203連接。試驗時，錘座203伸入裝樣筒5內(nèi)。所述桿體202上具有縱向卡槽2021。所述卡槽202中卡合固定有定位塊201。所述定位塊201為楔形卡塊。所述定位塊201可沿卡槽202上下移動。試驗中，通過改變定位塊201的位置可控制擊錘落距。

所述擊錘3上具有限位孔301。所述限位孔301貫穿擊錘3的上下表面。所述擊錘3套裝在桿體202上，桿體202穿過限位孔301。所述擊錘3內(nèi)水平鑲嵌有可伸縮凸塊8。所述可伸縮凸塊8中部具有供擊錘導桿2穿過的孔洞Ⅰ801。所述可伸縮凸塊8的兩端均伸出擊錘3的側(cè)壁。所述可伸縮凸塊8一端搭設(shè)在卡頭1041上，另一端開設(shè)有供頂推彈片9穿過的孔洞Ⅱ802。所述頂推彈片9一端固定在擊錘3的側(cè)壁上，另一端伸出孔洞Ⅱ802。

工作時，控制系統(tǒng)驅(qū)動傳送帶104運轉(zhuǎn)，傳送帶104通過卡頭1041引導擊錘3沿桿體202桿體上行。當擊錘3上移至上止點時，定位塊201推動可伸縮凸塊8回移，致使可伸縮凸塊8脫離卡頭1041。擊錘3沿桿體202自由下落并沖擊錘座203。擊錘3下落過程中，限位孔301與桿體202配合，保證擊錘3下落的垂直度。頂推彈片9推動可伸縮凸塊8伸出。擊錘3完成沖擊。傳送帶104運轉(zhuǎn)一圈后，卡頭1041再次帶動擊錘3向上運動，進行循環(huán)沖擊試驗。

實施例3：

本實施例公開一種采用實施例1所述砂土體沖擊荷載試驗裝置的試驗方法，包括以下步驟：

1)將組裝好的裝樣筒5塞入對開套筒6中。使用緊箍環(huán)套602將對開套筒6夾緊后，將開套筒6與底座7固定連接。

2)按照試驗要求制備土樣。將土樣裝入裝樣筒5內(nèi)。調(diào)整模具筒組件的位置，并與固定盤103固定。

3)拔起定位銷1021，將錘座203伸入裝樣筒5對土樣進行壓密。

4)按設(shè)定試驗工況進行沖擊試驗。

5)錘擊結(jié)束后提起擊錘導桿2，從固定盤103上取出模具筒組件。測定土樣的振后高度，拆除對開套筒6。分別收集每一層鋼化玻璃環(huán)501內(nèi)的土樣，分別進行顆粒破碎、相對密實度、級配演化分析等土工試驗。