1.本发明涉及挤淤试验技术领域，具体涉及一种适用于软黏土的抛石挤淤试验模型制作装置及方法。
背景技术：2.在挤淤过程中，由于淤泥承载力低，碎石不断下沉，埋深增加，进而两侧的边载增大，地基承载力增大。当地基承载力与抛石的重量相等时，达到平衡状态。在实际工程中，确定抛石的下沉深度与抛石高度的关系，是挤游设计的核心问题。
3.为了研究挤淤实验过程中淤泥的流动特性以及抛石的下沉深度，现有的做法是将淤泥倒在盒体内，将盒体设置为透明结构，以便于观察淤泥的流动，为进一步可视化淤泥边侧的流动特性，在在淤泥的边侧设置了砂线和标识块结构，标识块的侧面具有十字状标识，当淤泥流动时，标识块会跟随发生转动，通过观察标识块的位置和十字状标识的改变进行判断出流体的流动方位，同时砂线沿水平方向布置在淤泥内，当淤泥流动时，砂线也会跟随移动，通过判断砂线的形状能得出淤泥的流动特性以及抛石的下沉状况。
4.但是现有的模型实验一般是人工操作，透明盒体的尺寸一般为宽2mx0.3mx0.1m的尺寸，需要人工将淤泥添加至透明盒体内，然后用刮刀进行抹平，抹平完毕后，紧贴内壁撒砂线，最后在将标识块间隔布置在砂线上，这个过程操作费力，尤其在砂线和标识块的布置上，操作困难，砂线布置不均匀，深浅不一，同时标识块摆放姿态不标准，且整体制作难度大，工作效率低，基于此，研究一种适用于软黏土的抛石挤淤试验模型制作装置是必要的。
技术实现要素：5.鉴于此，本发明的目的在于提供一种适用于软黏土的抛石挤淤试验模型制作装置及实验方法，有效的解决了现有的试验模型制作难度大，砂线和标识块的设置不标准的问题。
6.为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种适用于软黏土的抛石挤淤试验模型制作装置，包括透明盒体、架体、淤泥组件、标识块组件和砂线组件，所述透明盒体的上部两侧设置有基板，所述架体包括上框架、移动轮、外套管、避让柱和抹平板，所述上框架的两侧设置有移动轮，所述外套管呈开口向侧面的u形结构，并沿竖向设置在上框架上，外套管的两侧设置有限位槽，所述避让柱的侧面设置有限位块，避让柱匹配套装在外套管内，并能够锁死；所述抹平板固定在外套管的侧面，其侧面能够匹配顶靠在避让柱的侧面；所述淤泥组件包括驱动轴、驱动轮、淤泥斗和落料辊，所述驱动轴经轴座安装在上框体上，并与驱动轮的中心固定连接，驱动轮与所述移动轮能同步在基板上转动，所述淤泥斗的落料口处设置有落料辊，落料辊的转轴可拆卸的与所述驱动轴固定连接；所述砂线组件包括落沙管和沙斗，所述落沙管沿竖向设置在外套管的内侧，落沙管的上部与沙斗连通，其下部位于外套管的底部，所述标识块组件包括标识块斗体，所述标识块斗体设置在外套管的外侧面，标识块斗体包括膨大段和引导段，所述膨大段位于上部，引导段位于下部，引导段最下端高
于抹平板。
7.进一步的，所述驱动轴上设置有对接槽，对接槽的侧面设置有销孔，所述落料斗的转轴匹配坐落在对接槽内，并设置有与销孔对应的固定孔，固定销套装在固定孔内，并与销孔螺纹连接锁死。
8.进一步的，所述落沙管的上部设置有锥形的进料口，所述沙斗坐落在进料口上，并与落沙管连通。
9.进一步的，所述移动轮和驱动轮错位设置，所述驱动轮上设置有齿套，在基板上对应设置有轨道和齿条，所述移动轮坐落在轨道上，所述齿套与齿条适配啮合。
10.进一步的，所述上框架上设置有标识针，在基板上设置有刻度线。
11.进一步的，所述外套管滑动套装在上框架上，并在上框架上设置有能将外套管锁死的顶丝。
12.进一步的，所述落料辊包括中心轴和隔板，所述中心轴上沿径向均布有隔板，所述淤泥斗的底部设置有落料口，中心轴转动设置在落料口处，并与外侧的驱动轴传动连接，落料口处设置有弧形的料板，隔板匹配嵌套在料板内。
13.进一步的，引导段的下部与外套管的底部齐平。
14.一种适用于软黏土的抛石挤淤试验方法，包括如下步骤；步骤一，根据透明盒体的容量量取适量的淤泥，然后将淤泥添加至淤泥斗内，使淤泥上沿达到透明盒体的预设高度；步骤二，在透明盒体的两侧涂刷润滑剂，调节外套管在上框架的位置，使抹平板处于所述预设高度处；步骤三，将淤泥斗的落料辊转轴与驱动轴组合连接，然后将整个装置放置在基板上；此时外套管、避让柱紧贴在透明盒体的两侧。
15.步骤四，操作上框架，使淤泥斗和架体的组合结构在基板上移动，驱动轮在转动时，驱动落料辊旋转，淤泥均匀的从淤泥斗的落料斗排出；步骤五，当淤泥完全排出后，淤泥达到预设高度，将淤泥斗取下，然后将避让柱向上拉齐，使避让柱与淤泥表面具有相应的避让高度，并稳固避让柱；步骤六，将沙斗布置在落沙管上，然后匀速移动架体，在移动过程中，沙子均匀的分布在透明盒体的边缘侧，进而形成在外侧能清晰可见的砂线；步骤七，砂线布置完毕后，将沙斗取下；并将架体移动至特定位置；步骤八，将标识块放置在标识块斗体的膨大段，并利用细杆按压使标识块进入引导段，并下落在淤泥的上方，然后移动架体至下一地点，进行下一标识块的摆放。
16.进一步的，所述避让高度大于或等于标识块的高度。
17.本发明的有益效果为：本发明针对用于挤淤试验模型制作费力，砂线厚度和标识块位置不标准的问题，本发明提供了一种用于制作挤淤实验模型的装置，在结构上，本发明以架体为主要结构，在架体上布置了能够升降调节的外套管，在外套管内设置了能够升降调节的避让柱，针对同一深度的淤泥调节外套管的高度，使其侧面的抹平板处于对应的高度，在滚动时同步驱动落料辊旋转，实现均匀的下料，同时利用抹平板对上部的淤泥进行抹平，在操作时仅需向淤泥斗内加入定量的淤泥或者根据实际情况将淤泥取下即可，无须人深入盒体内进行人工抹平，便于淤泥的布置。
18.在进行砂线布置时，本发明首先将避让柱向上提起，在抹平板与透明盒体的边缘侧形成一个缺口，避免在架体往复移动时接触已经形成的砂线，本发明中仅需将沙斗安装在落沙管的上方，如同沙漏一般自然下落，然后利用移动的架体形成砂线结构，整个过程操作简单，且砂线厚度一致，布置均匀，较比人工撒砂的方式不仅提高了施工效率，同时提高了砂线的均匀度。
19.在进行标识块布置时，本发明利用避让柱的底部与淤泥之间形成的避让间隙，标识块斗体的底部与该避让间隙对应，通过标识块斗体的引导，能将标识块以特定的姿态下落在淤泥的上部，通过移动架体来改变标识块的摆放位置，确保标识块以特定的姿态分布的特定的位置。
20.由此，本发明结构新颖，其利用架体的移动来驱动落料辊进行均匀布料，使淤泥均匀的分布在透明盒体内，并利用抹平板进行抹平，同时利用架体的移动功能来布置砂线和标识块，使用方便，提高了砂线的均匀度和标识块的摆放姿态，提高了挤淤模型的制作效率，给试验人员提供了便利。
附图说明
21.图1为发明的结构示意图；图2为图1的正视图；图3为本发明的另一种实施状态俯视图；图4为本发明的淤泥添加示意图；图5为淤泥斗的结构示意图；图6为落料辊的结构示意图；图7为透明盒体的施工完毕图；图8为外套管、避让柱、标识块斗体和落沙管的结构示意图；图9为图8的正视图；图10为抹平板的立体图；图11为图10的俯视图。
22.附图标记：1为透明盒体，2为基板，3为上框架，4为轴座，5为驱动轮，51为齿条，6为移动轮，61为轨道，7为外套管，8为避让柱，9为限位块，10为刻度线，11为标识针，12为淤泥斗，121为斗体，122为转轴，123为对接块，124为固定销，125为隔板，13为沙斗，14为砂线，15为标识块，16为网格线，17为淤泥层，18为标识块斗体，19为落沙管，20为顶丝，21为抹平板。
具体实施方式
23.下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细描述：实施例1，本实施例旨在提供一种适用于软黏土的抛石挤淤试验模型制作装置，主要用于对挤淤模型进行制作，针对现有的制作方式，存在挤压试验模型制作难度大，砂线厚度和标识块位置不标准的问题，基于此，本实施例提供了一种用于制作挤淤实验模型的装置。
24.如图1-2中展示，一种适用于软黏土的抛石挤淤试验模型制作装置，包括透明盒体1、架体、淤泥组件、标识块组件和砂线组件，如图7中展示，透明盒体1为透明结构，其具体可
以为透明的玻璃材质制成，其外侧分布有网格线16，以便于观察淤泥的流动特性，在实施时，透明盒体为2mx0.3mx0.1m的方形结构，在透明盒体1的上部两侧设置有基板2，本实施例中基板1为平板状结构，其用于支撑架体，同时在试验过程中支撑抛石盒。
25.如图1中展示，架体包括上框架3、移动轮6、外套管7、避让柱8和抹平板21，其中上框架3呈方形结构，在其两侧设置有移动轮6，如图1中展示，移动轮6布置有4个，并分别分布在上框架的四角处，使上框架在基板2上平稳移动。
26.如图8-11中展示，外套管7呈开口向侧面的u形结构，并沿竖向设置在上框架3上，本实施例中外套管7滑动套装在上框架3上，并在上框架3上设置有能将外套管锁死的顶丝，这种结构中外套管7呈u形结构，其目的是紧贴透明盒体1，当避让柱8套装在外套管7后，避让柱能与透明盒体紧贴，且避让柱能上下移动，进而避让处边侧的空隙，为施加砂线和标识块提供空间，同时在移动时，避让柱能够紧贴透明盒体，在对淤泥进行抹平时，能够使边侧的淤泥充分被抹平。
27.为实现避让柱的升降调节，本实施例在外套管7的两侧设置有限位槽，避让柱8的侧面设置有限位块9，避让柱8匹配套装在外套管7内，并能够通过顶丝20锁死，利用限位槽和限位块来使避让柱与外套管之间具有限位关系，同时允许避让柱进行升降调节。
28.如图10中展示，抹平板21固定在外套管7的侧面，其侧面能够匹配顶靠在避让柱8的侧面，本实施例中避让柱8的固定在外套管7下部，抹平板21向内延伸至外套管7的下端面，并匹配顶靠在避让柱的侧面，且本实施例中避让柱的使用时与抹平板齐平共同充当抹平板的作用。
29.淤泥组件包括驱动轴52、驱动轮5、淤泥斗12和落料辊，驱动轴经轴座4安装在上框体3上，并与驱动轮5的中心固定连接，驱动轮5与所述移动轮6能同步在基板2上转动，淤泥斗12的落料口处设置有落料辊，落料辊的转轴122可拆卸的与所述驱动轴固定连接，如图4-5中展示，驱动轴上设置有对接槽，对接槽的侧面设置有销孔（螺纹孔），所述落料斗的转轴122通过对接块123匹配坐落在对接槽内，并设置有与销孔对应的固定孔，固定销124套装在固定孔内，并与销孔螺纹连接锁死。
30.进一步的结构中，落料辊包括中心轴和隔板，中心轴上沿径向均布有隔板125，淤泥斗的底部设置有落料口，中心轴转动设置在落料口处，并与外侧的驱动轴传动连接，落料口处设置有弧形的料板，隔板匹配嵌套在料板内，中心轴转动时隔板125之间形成的下料区携带淤泥从落料口处排出。
31.砂线组件包括落沙管19，落沙管19沿竖向固定在外套管7的内侧（相对的标识块斗体设置在外侧，以便于操作），落沙管19的上部与沙斗13连通，其下部位于外套管7的底部，落沙管19的上部设置有锥形的进料口，沙斗13坐落在进料口上，并与落沙管连通。
32.在进行砂线布置时，本发明首先将避让柱向上提起，在抹平板与透明盒体的边缘侧形成一个缺口，避免在架体往复移动时接触已经形成的砂线，本发明中仅需将沙斗安装在落沙管的上方，如同沙漏一般自然下落，然后利用移动的架体形成砂线结构，整个过程操作简单，且砂线厚度一致，布置均匀，较比人工撒砂的方式不仅提高了施工效率，同时提高了砂线的均匀度。
33.标识块组件包括标识块斗体18，所述标识块斗体18设置在外套管7的外侧面，标识块斗体包括膨大段和引导段，所述膨大段位于上部，引导段位于下部，引导段最下端高于抹
平板，引导段的下部与外套管的底部齐平。
34.在进行标识块布置时，本发明利用避让柱的底部与淤泥之间形成的避让间隙，标识块斗体的底部与该避让间隙对应，通过标识块斗体的引导，能将标识块以特定的姿态下落在淤泥的上部，通过移动架体来改变标识块的摆放位置，确保标识块以特定的姿态分布的特定的位置。
35.本实施例中试验装置用于模拟抛石挤淤实验，由于软黏土的地基特性，其较软、且易变形，通过在淤泥内布置水平的砂线来捕捉位移，利用标识块来捕捉角度变化，利用透明盒体来使地质滑移模式可视化，并在可视化的视野内布置砂线和标识块来模拟平面应变。
36.本实施例中在具体使用时，一种适用于软黏土的抛石挤淤试验方法，包括如下步骤；步骤一，根据透明盒体的容量量取适量的淤泥，然后将淤泥添加至淤泥斗内，使淤泥能够充满透明盒体，并使其上沿达到预设高度；步骤二，在透明盒体内涂刷润滑剂，以减少淤泥下沉阻力，然后调节外套管在上框架的位置，使抹平板处于所述预设高度处；步骤三，将淤泥斗的落料辊转轴与驱动轴组合连接，然后将整个装置放置在基板上；此时外套管、避让柱紧贴在透明盒体的两侧。
37.步骤四，操作上框架，使淤泥斗和架体的组合结构在基板上移动，驱动轮在转动时，驱动落料辊旋转，淤泥均匀的从淤泥斗的落料斗排出；步骤五，当淤泥完全排出后，淤泥达到预设高度，将淤泥斗取下，然后将避让柱向上拉齐，使避让柱与淤泥表面具有相应的避让高度，并稳固避让柱，避让高度大于或等于标识块的高度。上述技术方案的有益效果是；步骤六，将沙斗布置在落沙管上，然后匀速移动架体，在移动过程中，沙子均匀的分布在透明盒体的边缘侧，进而形成在外侧能清晰可见的砂线；步骤七，砂线布置完毕后，将沙斗取下；并将架体移动至特定位置；步骤八，将标识块放置在标识块斗体的膨大段，并利用细杆按压使标识块进入引导段，并下落在淤泥的上方，然后移动架体至下一地点，进行下一标识块的摆放。
38.实施例2，本实施例进一步对移动轮的结构进一步说明。
39.本实施例中，移动轮6和驱动轮5错位设置，错位设置可以为如图3中展示，驱动轮5在内，移动轮6在外，驱动轮5上设置有齿套，在基板2上对应设置有轨道61和齿条51，移动轮6坐落在轨道61上，齿套与齿条51适配啮合，同时在上框架上设置有标识针11，在基板上设置有刻度线10。
40.本实施例设置了标识针和刻度线，能够便于设定架体的移动位置，对标识块15的摆放施工提供参考，同时利用轨道和齿条更高效的使驱动轮转动。
技术特征：1.一种适用于软黏土的抛石挤淤试验模型制作装置，其特征在于，包括透明盒体、架体、淤泥组件、标识块组件和砂线组件，所述透明盒体的上部两侧设置有基板，所述架体包括上框架、移动轮、外套管、避让柱和抹平板，所述上框架的两侧设置有移动轮，所述外套管呈开口向侧面的u形结构，并沿竖向设置在上框架上，外套管的两侧设置有限位槽，所述避让柱的侧面设置有限位块，避让柱匹配套装在外套管内，并能够锁死；所述抹平板固定在外套管的侧面，其侧面能够匹配顶靠在避让柱的侧面；所述淤泥组件包括驱动轴、驱动轮、淤泥斗和落料辊，所述驱动轴经轴座安装在上框体上，并与驱动轮的中心固定连接，驱动轮与所述移动轮能同步在基板上转动，所述淤泥斗的落料口处设置有落料辊，落料辊的转轴可拆卸的与所述驱动轴固定连接；所述砂线组件包括落沙管和沙斗，所述落沙管沿竖向设置在外套管的内侧，落沙管的上部与沙斗连通，其下部位于外套管的底部，所述标识块组件包括标识块斗体，所述标识块斗体设置在外套管的外侧面，标识块斗体包括膨大段和引导段，所述膨大段位于上部，引导段位于下部，引导段最下端高于抹平板。2.根据权利要求1所述的适用于软黏土的抛石挤淤试验模型制作装置，其特征在于：所述驱动轴上设置有对接槽，对接槽的侧面设置有销孔，所述落料斗的转轴匹配坐落在对接槽内，并设置有与销孔对应的固定孔，固定孔和销孔内套装有固定销。3.根据权利要求1所述的适用于软黏土的抛石挤淤试验模型制作装置，其特征在于：所述落沙管的上部设置有锥形的进料口，所述沙斗坐落在进料口上，并与落沙管连通。4.根据权利要求1所述的适用于软黏土的抛石挤淤试验模型制作装置，其特征在于：所述移动轮和驱动轮错位设置，所述驱动轮上设置有齿套，在基板上对应设置有轨道和齿条，所述移动轮坐落在轨道上，所述齿套与齿条适配啮合。5.根据权利要求4任一项所述的适用于软黏土的抛石挤淤试验模型制作装置，其特征在于：所述上框架上设置有标识针，在基板上设置有刻度线。6.根据权利要求1所述的适用于软黏土的抛石挤淤试验模型制作装置，其特征在于： 所述外套管滑动套装在上框架上，并在上框架上设置有能将外套管锁死的顶丝。7.根据权利要求1所述的适用于软黏土的抛石挤淤试验模型制作装置，其特征在于：所述落料辊包括中心轴和隔板，所述中心轴上沿径向均布有隔板，所述淤泥斗的底部设置有落料口，中心轴转动设置在落料口处，并与外侧的驱动轴传动连接，落料口处设置有弧形的料板，隔板匹配嵌套在料板内。8.根据权利要求1-7任一项所述的适用于软黏土的抛石挤淤试验模型制作装置，其特征在于：引导段的下部与外套管的底部齐平。9.一种适用于软黏土的抛石挤淤试验模型制作方法，其特征在于，包括如下步骤；步骤一，根据透明盒体的容量量取适量的淤泥，然后将淤泥添加至淤泥斗内，使淤泥上沿达到透明盒体的预设高度；步骤二，在透明盒体的两侧涂刷润滑剂，调节外套管在上框架的位置，使抹平板处于所述预设高度处；步骤三，将淤泥斗的落料辊转轴与驱动轴组合连接，然后将整个装置放置在基板上；此时外套管、避让柱紧贴在透明盒体的两侧；步骤四，操作上框架，使淤泥斗和架体的组合结构在基板上移动，驱动轮在转动时，驱动落料辊旋转，淤泥均匀的从淤泥斗的落料斗排出；
步骤五，当淤泥完全排出后，淤泥达到预设高度，将淤泥斗取下，然后将避让柱向上拉齐，使避让柱与淤泥表面具有相应的避让高度，并稳固避让柱；步骤六，将沙斗布置在落沙管上，然后匀速移动架体，在移动过程中，沙子均匀的分布在透明盒体的边缘侧，进而形成在外侧能清晰可见的砂线；步骤七，砂线布置完毕后，将沙斗取下；并将架体移动至特定位置；步骤八，将标识块放置在标识块斗体的膨大段，并利用细杆按压使标识块进入引导段，并下落在淤泥的上方，然后移动架体至下一地点，进行下一标识块的摆放。10.根据权利要求9所述的适用于软黏土的抛石挤淤试验模型制作装置，其特征在于：所述避让高度大于或等于标识块的高度。
技术总结本发明涉及一种适用于软黏土的抛石挤淤试验模型制作装置及方法，包括透明盒体、架体、淤泥组件、标识块组件和砂线组件，所述架体包括上框架、移动轮、外套管、避让柱和抹平板，上框架的两侧设置有移动轮，外套管呈开口向侧面的U形结构，并沿竖向设置在上框架上，外套管的两侧设置有限位槽，所述避让柱的侧面设置有限位块，避让柱匹配套装在外套管内，并能够锁死；所述抹平板固定在外套管的侧面，其侧面能够匹配顶靠在避让柱的侧面；所述淤泥组件包括驱动轴、驱动轮、淤泥斗和落料辊，所述砂线组件包括落沙管和沙斗，所述标识块组件包括标识块斗体，本发明使用方便，提高了砂线的均匀度和标识块的摆放姿态，提高了挤淤模型的制作效率，给试验人员提供了便利。给试验人员提供了便利。给试验人员提供了便利。
技术研发人员：卢海陆 陈静 钟晓凯 闫澍旺 纪玉诚 陈浩 任宇晓
受保护的技术使用者：黄河勘测规划设计研究院有限公司
技术研发日：2022.06.09
技术公布日：2022/11/1
