[发明专利]一种粮堆测试装置及采用该装置测量粮堆压缩变形和粮堆界面压力的方法

说明书

本发明公开了一种粮堆测试装置，可用来测试粮堆压缩变形和粮堆‑仓壁界面压力，包括带有支撑平台的底座，平台上门型支架两侧立柱下端至平台下方通过横向拉杆连为一体；在横向拉杆中部铰连加压杠杆，加压杠杆长、短轴两端均套设有砝码；门型支架下方的支撑平台上放有测试容器，沿测试容器内壁滑动的压板中部设置有定位块，定位块上纵向开设有定位凹坑，旋拧在门型支架顶板上的丝杆下端延伸进定位凹坑中，放置在支撑平台上的磁力架端部固定的竖向位移计的触点与丝杆的上端部接触；靠近测试容器底部的侧壁上开设有进水口，进水口通过注水管与盛水量筒相连通，在注水管上设置有阀门。本发明结构简单，一套设备可测试粮堆中粮食籽粒的多项压缩变形值。

技术领域

本发明涉及粮堆的压缩变形测定，尤其是涉及一种粮堆粮堆测试装置，本发明还涉及采用该装置测量粮堆压缩变形和粮堆界面压力的方法。

背景技术

粮食储藏过程中，因外界环境和粮食自身细胞呼吸作用等都会引起粮堆的发热、霉变和虫害，若不及时处理将会导致大量粮食变质。粮仓中常通过机械通风来控制粮食温度、湿度，抑制发热霉变等现象，而粮堆孔隙率是研究粮仓机械通风的关键参数。粮堆孔隙率是指粮堆内孔隙体积与粮堆总体积之比。随着粮堆装粮高度的不同，一段时间后，粮堆因自身重力引起的粮堆孔隙率会发生变化，随着装粮高度的增加，粮堆密度、压应力随之增加，粮食被压实、粮堆总的压缩变形增大，压力不仅使粮堆骨架的孔隙减小，同时也会使粮食籽粒产生压缩变形，致使粮堆孔隙率减小、通风阻力增大，进而影响粮堆的通风效果。粮堆的压缩变形、粮堆中粮食籽粒的压缩变形、粮堆孔隙率等是粮食储存的关键参数。研究压力与粮堆压缩变形、粮堆中粮食籽粒的压缩变形、粮堆孔隙率的关系对确定合理的通风方式、减少储粮损失具有重要意义。

在工程研究中，无论原型观测还是缩尺模型试验，测量诸如孔隙水压力、载荷、位移等物理量都能够达到相当高的精度。但是在仓储粮堆中，粮仓中为大体积粮堆，仓壁侧压力是粮仓设计计算的重要方面，但粮食压力的测量则要困难的多。一方面，传统的土压力盒常用于土压力的测量，土颗粒骨架较小且认为土是不变形的，而粮食是两相物质，粮食籽粒尺寸相比土颗粒较大，粮食作为一种散粒体，籽粒之间粘结力微弱，籽粒离散性较大，压缩过程中粮堆骨架变形较大，粮堆模量与土不同，其刚度较小，压缩过程中粮食籽粒会产生变形；粮食籽粒上的力与变形和位移之间的关系是非线性的，粮食籽粒彼此的接触是在单个的接触点上。这些点或更确切地说这些微小面积上的实际应力，超过以连续介质模型为基础计算得到的平均应力好多倍。另一方面，测量粮堆压力时，粮堆本身尤其是缩尺模型中，粮堆内部应力场原本都有一个分布，将传感器放置其中后，由于传感器本身的存在，它将对原本的应力场尤其是传感器周围粮堆中的应力场产生影响，改变原有的应力分布。并且传感器测量压力的原理是传感器的感应膜在压力作用下产生挠曲变形，通过对挠曲变形的测量实现对粮食压力的测量。然而，受这种膜变形的影响，传感器周围的应力场会出现重分布，同样引起粮食压力测量的不准确。

徐光明（超重力场中界面土压力的测量[J]岩土力学.2007，28（12）:2671-2674）设计了一种用于土与结构物界面土压力测量的微型土压力盒，并进行了水压力、干砂压力和砂土压力三种介质中的标定以及地下连续墙的侧向土压力分布的离心模型试验，获得了侧压力系数。但粮食籽粒比土颗粒更大，籽粒间孔隙也比土颗粒之间的孔隙大的多，与界面粮食压力以及粮堆中压力传感器标定存在较大差异。

发明专利201521042045.1公开了一种室内土压力盒标定罐。其主要是将土压力盒放置在固定钢板砂土上，然后用砂土覆盖土压力盒，通过控压机增加标定罐内的气压，气压再迫使橡胶气囊对砂土产生表面的压力，从而作用在土压力盒上面，通过采集装置把土压力盒反映的电压值收集到，根据压力表读数和土压力盒反映的电压，得到土压力盒在砂土中的标定曲线。该装置较为庞大，且需配置橡胶气囊、加载系统等，成本较高，操作较为复杂，且还没有在粮堆中应用。

发明专利201520317266.9公开了一种砂土介质中嵌入式土压力盒简易标定装置。其主要方法是设计一种模型箱，土压力盒嵌入在底板上，通过反力架对模型箱内的砂土加压，其主要测定的是土中的压力，而非界面压力。