1.本发明涉及矿山充填测量技术领域，可拆尤其涉及一种可拆卸式高浓度尾砂料浆塌落体形状测量实验装置及方法。卸式形状
背景技术：
2.高浓度料浆广泛应用于混凝土、高浓尾砂充填等技术领域，度尾表现出显著的砂料实验屈服应力。对料浆流动行为进行快速精确表征得到了工程领域的浆塌及方极大关注。塌落度测试是落体现场评估高浓度料浆流动性的重要方法，测得的测量塌落度或扩展度能够与料浆的屈服应力建立关联，从而间接评价料浆的装置流变特性。尽管学术界已经建立了多种模型以阐明塌落度与屈服应力的可拆关系，但相关模型仍不成熟，卸式形状预测精度有待提升。高浓常见的度尾塌落度测量方式是，测试人员徒手缓慢提升塌落度筒，砂料实验料浆在重力作用下变形，浆塌及方变形前后塌落体高度的变化值即为塌落度。精确分析塌落度与屈服应力的关系依赖塌落度实验过程的精准控制，包括提升速度及提升方向。另外，不同形状的塌落度筒也被用于塌落度测量，然而不同形状塌落度筒测量结果的差异尚未得到完全阐明，需要使用一个能进行多种塌落度测量的实验平台对不同形状塌落度筒形成的塌落体形状进行分析，从而定量比较塌落度筒形状对塌落体形状的影响，探究不同塌落度筒形状下塌落度与屈服应力的定量关系。
3.传统的塌落度测量装置往往无法调节塌落度筒的提升速度，难以分析提升速度对塌落体形状的影响。另外传统塌落度测量装置未能将多种塌落度筒形状整合到一个装置上，使用不方便，定量比较工作难以展开。为了解决上述问题，将塌落度筒提升的速度设置成可调节，另外制作不同形状的塌落度筒部件，能够根据需求灵活替换，不同塌落度筒更换简单，更换后能适应测量装置原有配置，不需要对装置进行大幅度调整，提升了塌落度测量的便利性。
4.塌落体截面形状测量也是精准分析塌落行为的关键，目前测量方式有激光测距、超声波测距、图像分析等方式，激光和超声波测距方式无法准确测定大角度斜面的距离，图像分析方式需要高性能工业相机，成本较高。利用物体遮挡光线这一原理，通过激光光线照射塌落体边缘，控制激光源坐标，获得不同位置处“遮挡”和“未遮挡”的临界点，从而测量塌落体截面形状，有效保证了不同位置处塌落体截面测量的精确性。
技术实现要素：
5.本发明提供了一种可拆卸式高浓度尾砂料浆塌落体形状测量实验装置及方法。该装置操作简单、高效，能够灵活调节塌落度筒提升速度，按需更换塌落度筒形状，提高塌落度测量的可重复性，满足塌落度实验的多样需求。通过位置可控的激光发射和接收装置分析“遮挡”和“未遮挡”的临界点，从而确定塌落体截面形状，能够控制实验成本，避免激光和超声波测距面临的大角度斜面无法测量的难题，且能批量将数据保存在计算机终端的文件中，保证测量效率，减轻分析工作量。
6.为解决上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：
7.一种可拆卸式高浓度尾砂料浆塌落体形状测量实验装置，包括塌落度筒、连接支架、1#滑块、1#丝杠、1#电机、控制箱、2#滑块、2#丝杠、手轮、平板、支撑架、3#滑块、3#丝杠、3#电机、4#滑块、4#丝杠、4#电机、激光源、5#滑块、5#丝杠、5#电机、6#滑块、6#丝杠、6#电机、激光接收器和计算机终端，
8.所述平板为方形，固定在所述支撑架上；
9.所述支撑架相对的两边对称各安装一组丝杠、电机和滑块，通过电机控制，滑块在丝杠上运动，其中，所述支撑架左边沿边缘安装3#丝杠，3#丝杠一端连接3#电机，3#丝杠上安装3#滑块，所述支撑架右边沿边缘安装5#丝杠，5#丝杠一端连接5#电机，5#丝杠上安装5#滑块；
10.所述支撑架另外相对的两边中一边与边缘垂直安装2#丝杠，所述2#丝杠另一端连接手轮，所述2#丝杠上安装2#滑块；
11.所述3#滑块上向上垂直安装4#丝杠，所述4#丝杠上安装4#滑块，所述4#丝杠另一端连接4#电机，所述4#滑块上设置激光源；
12.所述5#滑块上向上垂直安装6#丝杠，所述6#丝杠上安装6#滑块，所述6#丝杠另一端连接6#电机，所述6#滑块上设置激光接收器；
13.所述2#滑块上向上垂直安装1#丝杠，所述1#丝杠上安装1#滑块，所述1#丝杠另一端连接1#电机，所述1#滑块上固定安装连接支架，所述连接支架另一端连接塌落度筒；
14.所述1#电机、3#电机、4#电机、5#电机和6#电机通过导线连接控制箱；
15.所述激光源和激光接收器通过数据传输线连接计算机终端。
16.所述激光源发射激光方向与平板所在水平面平行。
17.所述塌落度筒能够更换成不同形状，不同形状的塌落度筒的中心实验时能完全重合；
18.不同的塌落度筒安装在连接支架上后，塌落度筒底部紧密贴合平板时，1#滑块在1#丝杠上的位置相同。
19.所述1#丝杠行程长度大于塌落度筒提升高度。
20.所述2#丝杠行程大于平板边长的一半。
21.所述3#滑块在3#丝杠上的运动和5#滑块在5#丝杠上的运动完全同步，
22.所述4#滑块在4#丝杠上的运动和6#滑块在6#丝杠上的运动完全同步。
23.所述3#滑块和5#滑块在水平方向上的行程大于平板边长，
24.所述4#滑块和6#滑块在竖直方向上的行程大于塌落度筒高度。
25.所述3#滑块、4#滑块、5#滑块、6#滑块运动时，在不受遮挡的情况下，激光源发射激光始终射在激光接收器上。
26.所述2#丝杠与所述支撑架垂直交点为支撑架该边中点。
27.该测量实验装置的应用方法，包括步骤如下：
28.s1、布置滑块初始位置：
29.3#滑块、5#滑块位于远离2号丝杠处；4#滑块、6#滑块位于平板所在高度处；
30.s2、安装塌落度筒：
31.根据实验要求，选择合适形状的塌落度筒，固定在连接支架上；
32.s3、调节塌落度筒初始位置：
33.调节手轮使2#滑块移动至靠近平板一侧，使塌落度筒中心对准平板中心点；
34.调节1#滑块在1#丝杠上的位置，使塌落度筒底部紧密接触平板；
35.s4、注浆：
36.向塌落度筒内添加制备好的高浓度料浆，用捣棒振捣以排出料浆中的气体；
37.s5、提升塌落度筒：
38.通过控制箱设定塌落度筒提升速度，控制1#电机转动，使1#滑块沿着1#丝杠匀速向上运动，塌落度筒随之提升，到达最大高度后，1#电机停止转动；
39.s6、移开塌落度筒：
40.转动手轮使2#滑块沿着2#丝杠向远离平板的方向运动，直至塌落度筒不在平板上方；
41.s7、塌落度测量：
42.通过控制箱控制3#滑块、5#滑块同步运动，4#滑块、6#滑块同步运动，
43.设定水平方向测量点p1、
…
、pi、
…
、pm的测量间隔为δx，δx取值在0.001～0.002m间，水平方向测量点数量m应保证能覆盖塌落体水平方向，通过控制3#滑块、5#滑块的运动使激光源和激光接收器依次到达测量点p1、
…
、pi、
…
、pm水平方向上，pi处横坐标为iδx；随后控制4#滑块、6#滑块的运动使激光源和激光接收器在垂直方向上同步匀速运动，每隔一段高度δh判断光路是否受到遮挡，δh取值在0.001～0.002m间，直到确定遮挡和未遮挡的分界点p
ij
，1≤j≤n，竖直方向测量点数量n应保证nδh高于塌落体，p
ij
处的水平方向坐标为iδx，竖直方向坐标为jδh，即为塌落体截面上的点坐标；
44.确定p
ij
点处的坐标后，3#滑块和5#滑块运动δx至p
i+1
，继续上述测量，直至完成塌落体上所有待测点的扫描，测量过程中将数据保存到计算机终端文件中；
45.s8、清洗塌落度筒及平板；
46.s9、卸下塌落度筒，更换不同形状的塌落度筒，重复s1～s8的过程，进行不同形状塌落度筒的塌落体形状测量实验。
47.上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：
48.上述方案，能够灵活调节塌落度筒提升的速度，便于分析不同提升速度对塌落体形状的影响，机械化、自动化控制减少了人工操作误差。塌落度筒部件可以拆卸及更换，不同形状的塌落度筒部件能快速安装更换，提升了塌落度测量实验的效率，便于分析不同塌落体形状时屈服应力和塌落体截面形状的定量关系。此外，凭借激光光路定向性强的特点，根据是否受到塌落体遮挡这一判据，确定“遮挡”和“未遮挡”的临界面，即塌落体截面形状的各点坐标，与激光、超声测距相比更适用于大角度斜面形貌的测量；批量保存在计算机终端文件中，便于后续分析研究，极大减轻实验人员的工作强度。
49.总之，本发明实现了塌落度筒提升速度的灵活调节，多种塌落度筒形状灵活更换，激光判别装置精准界定塌落体截面形状，并将塌落体形状测量数据批量保存到计算机终端文件中，极大提升了塌落度测量及后续分析的精确性和高效率。
附图说明
50.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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。
51.图1为本发明一种可拆卸式高浓度尾砂料浆塌落体形状测量实验装置结构示意；
52.图2为本发明一种可拆卸式高浓度尾砂料浆塌落体形状测量实验装置中应用的锥形塌落度筒结构示意图，其中，(a)为正视图，(b)为左视图，(c)为俯视图；
53.图3为本发明一种可拆卸式高浓度尾砂料浆塌落体形状测量实验装置中应用的圆柱形塌落度筒结构示意图，其中，(a)为正视图，(b)为左视图，(c)为俯视图；
54.图4为本发明一种可拆卸式高浓度尾砂料浆塌落体形状测量实验装置的测量原理图。
55.其中附图标记说明如下：
56.1-塌落度筒；2-连接支架；3-1#滑块；4-1#丝杠；5-1#电机；6-导线；7-控制箱；8-2#滑块；9-2#丝杠；10-手轮；11-平板；12-支撑架；13-3#滑块；14-3#丝杠；15-3#电机；16-4#滑块；17-4#丝杠；18-4#电机；19-激光源；20-5#滑块；21-5#丝杠；22-5#电机；23-6#滑块；24-6#丝杠；25-6#电机；26-激光接收器；27-数据传输线；28-计算机终端。
具体实施方式
57.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。
58.除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
59.需要说明的是，本发明中使用的“上”、“下”、“左”、“右”“前”“后”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
60.本发明提供了一种可拆卸式高浓度尾砂料浆塌落体形状测量实验装置及方法。
61.如图1所示，该可拆卸式高浓度尾砂料浆塌落体形状测量实验装置，包括塌落度筒1、连接支架2、1#滑块3、1#丝杠4、1#电机5、控制箱7、2#滑块8、2#丝杠9、手轮10、平板11、支撑架12、3#滑块13、3#丝杠14、3#电机15、4#滑块16、4#丝杠17、4#电机18、激光源19、5#滑块20、5#丝杠21、5#电机22、6#滑块23、6#丝杠24、6#电机25、激光接收器26和计算机终端28，
62.所述平板11为方形，固定在所述支撑架上12；
63.所述塌落度筒1固定在连接支架2上，可为圆锥形或圆柱形等多种外形或尺寸；
64.所述支撑架12相对的两边对称各安装一组丝杠、电机和滑块，通过电机控制，滑块在丝杠上运动，其中，所述支撑架12左边沿边缘安装3#丝杠14，3#丝杠14一端连接3#电机15，3#丝杠14上安装3#滑块13，所述支撑架12右边沿边缘安装5#丝杠21，5#丝杠21一端连接5#电机22，5#丝杠21上安装5#滑块20；
65.所述支撑架12另外相对的两边中一边与边缘垂直安装2#丝杠9，所述2#丝杠9另一端连接手轮10，所述2#丝杠9上安装2#滑块8；
66.所述3#滑块13上向上垂直安装4#丝杠17，所述4#丝杠17上安装4#滑块16，所述4#丝杠17另一端连接4#电机18，所述4#滑块16上设置激光源19；
67.所述5#滑块20上向上垂直安装6#丝杠24，所述6#丝杠24上安装6#滑块23，所述6#丝杠24另一端连接6#电机25，所述6#滑块23上设置激光接收器26；
68.所述2#滑块8上向上垂直安装1#丝杠4，所述1#丝杠4上安装1#滑块3，所述1#丝杠4另一端连接1#电机5，所述1#滑块3上固定安装连接支架2，所述连接支架2另一端连接塌落度筒1；
69.所述1#电机5、3#电机15、4#电机18、5#电机22和6#电机25通过导线6连接控制箱7；
70.所述激光源19和激光接收器26通过数据传输线27连接计算机终端28。
71.所述激光源19发射激光方向与平板11所在水平面平行。
72.塌落度筒、连接支架在塌落实验时位于平板上方，塌落度筒完全脱离料浆后，通过手轮调节2#滑块位置，塌落度筒随即连同1#丝杠等运动至平板一侧，不影响塌落体形状测量；下次实验时，反向转动手轮使塌落度筒返回至相同位置，便于减少塌落度实验中非研究因素对实验结果的影响；如此设计结构紧凑，控制方便。
73.如图2和图3所示，塌落度筒1可以更换成多种形状，更换后的塌落度筒1的中心能与更换前的塌落度筒1的中心完全重合，便于分析；塌落度筒1固定在连接支架2上后能够准确控制塌落度筒1提升速度。不同塌落度筒1安装在连接支架2上后，塌落度筒1底部紧密贴合时1#滑块3在1#丝杠4上的位置相同。
74.所述1#丝杠行程长度大于塌落度筒提升高度。
75.所述2#丝杠行程大于平板边长的一半。
76.所述3#滑块在3#丝杠上的运动和5#滑块在5#丝杠上的运动完全同步，
77.所述4#滑块在4#丝杠上的运动和6#滑块在6#丝杠上的运动完全同步。
78.所述3#滑块和5#滑块在水平方向上的行程大于平板边长，
79.所述4#滑块和6#滑块在竖直方向上的行程大于塌落度筒高度。
80.所述3#滑块、4#滑块、5#滑块、6#滑块运动时，在不受遮挡的情况下，激光源发射激光始终射在激光接收器上。
81.所述2#丝杠与所述支撑架垂直交点为支撑架该边中点。
82.该测量实验装置的应用方法，包括步骤如下：
83.s1、布置滑块初始位置：
84.3#滑块、5#滑块位于远离2号丝杠处；4#滑块、6#滑块位于平板所在高度处；
85.s2、安装塌落度筒：
86.根据实验要求，选择合适形状的塌落度筒，固定在连接支架上；
87.s3、调节塌落度筒初始位置：
88.调节手轮使2#滑块移动至靠近平板一侧，使塌落度筒中心对准平板中心点；
89.调节1#滑块在1#丝杠上的位置，使塌落度筒底部紧密接触平板；
90.s4、注浆：
91.向塌落度筒内添加制备好的高浓度料浆，用捣棒振捣以排出料浆中的气体；
92.s5、提升塌落度筒：
93.通过控制箱设定塌落度筒提升速度，控制1#电机转动，使1#滑块沿着1#丝杠匀速向上运动，塌落度筒随之提升，到达最大高度后，1#电机停止转动；
94.s6、移开塌落度筒：
95.转动手轮使2#滑块沿着2#丝杠向远离平板的方向运动，直至塌落度筒不在平板上方；
96.s7、塌落度测量：
97.通过控制箱控制3#滑块、5#滑块同步运动，4#滑块、6#滑块同步运动，
98.设定水平方向测量点p1、
…
、pi、
…
、pm的测量间隔为δx，δx取值在0.001～0.002m间，水平方向测量点数量m应保证能覆盖塌落体水平方向，通过控制3#滑块、5#滑块的运动使激光源和激光接收器依次到达测量点p1、
…
、pi、
…
、pm水平方向上，pi处横坐标为iδx；随后控制4#滑块、6#滑块的运动使激光源和激光接收器在垂直方向上同步匀速运动，每隔一段高度δh判断光路是否受到遮挡，δh取值在0.001～0.002m间，直到确定遮挡和未遮挡的分界点p
ij
，1≤j≤n，竖直方向测量点数量n应保证nδh高于塌落体，p
ij
处的水平方向坐标为iδx，竖直方向坐标为jδh，即为塌落体截面上的点坐标；
99.确定p
ij
点处的坐标后，3#滑块和5#滑块继续运动δx至p
i+1
，继续上述测量，直至完成塌落体上所有待测点的扫描，测量过程中将数据保存到计算机终端文件中；
100.s8、清洗塌落度筒及平板；
101.s9、卸下塌落度筒，更换不同形状的塌落度筒，重复s1～s8的过程，进行不同形状塌落度筒的塌落体形状测量实验。
102.在具体应用中，设计塌落度筒提升速度为0.001m/s，初始塌落度筒形状为锥形，上口直径为0.05m，下端直径为0.1m，高度为0.15m；该塌落度筒可以替换成圆柱形塌落度筒，直径为0.08m，高度为0.08m。
103.平板为边长为0.6m的正方形。激光源与激光接收器的距离为0.7m。
104.3#滑块、5#滑块单次移动距离为0.001m，4#滑块、6#滑块单次移动距离或激光接收器的判断高度间隔为0.001m。
105.1#丝杠的最大行程为0.3m，2#丝杠的最大行程为0.3m。
106.首先，制备高浓度粉煤灰料浆，先安装锥形塌落度筒，执行步骤s1～s8，获得塌落体并测量截面形状。然后，卸下锥形塌落度筒，更换为圆柱形塌落度筒，重新制备高浓度粉煤灰料浆，执行步骤s1～s8，获得新的塌落体并测量截面形状。测量数据批量保存在计算机终端后，保存为.txt文件。具体原理如图4所示。
107.有以下几点需要说明：
108.(1)本发明实施例附图只涉及到与本发明实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
109.(2)为了清晰起见，在用于描述本发明的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”或者可以存在中间元件。
110.(3)在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
111.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。