【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及相似材料配比，具体是基于可分离式土工试验装置的相似材料配比方法及系统。
技术介绍
1、在采矿和地质学科研究工程问题中，开展物理相似模拟实验是一种非常重要的研究手段。物理相似模拟实验中通常需要对相似材料配比搅拌，目前关于相似材料搅拌使用的辅助工具主要采用建筑行业的搅拌机进行搅拌。传统搅拌机在相似材料的传输、辅助功能上存在不足，使得搅拌流程效率低、配比效果不理想；并且传统搅拌机的搅拌方式单一，不能依据土工试验配比搅拌的需求进行调整，进而影响配比搅拌的效果和增加配比搅拌的时间，因此亟待解决。
技术实现思路
1、为了避免和克服现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供了基于可分离式土工试验装置的相似材料配比方法及系统。本专利技术能够有效地提高相似材料的配比的准确性。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、基于可分离式土工试验装置的相似材料配比方法及系统，包括以下步骤：
4、s1、根据公式：σa＝σb+1.645σ，来确定各种相似材料混合在一起后形成的混合体的配制抗拉强度。
5、其中，σa为混合体的配置抗拉强度，σb为混合体的设计抗拉强度，σ为混合体设计抗拉强度的标准值，单位mpa。混合体强度标准值通过查该混合体的等级强度表得到，混合体强度标准差通过查强度标准差的标准表得到，若无统计资料参考时，混合体设计抗拉强度小于20mpa，取4.0mpa。混合体设计抗拉强度小于35mpa，取5.0mpa，混合体设计抗拉强度大于3
6、s2、根据公式：确定混合体的水灰比k。
7、其中，σa为混合体的抗压强度，σc为胶凝材料的实际抗拉强度，胶凝材料的实际强度σc根据公式：σc＝1.13×σd确定，σd为胶凝材料抗拉强度等级，x和y分别为骨料相关系数，单位mpa，与骨料品种有关，当采用碎石时，x＝0.46、y＝0.0322。采用卵石时，x＝0.48、y＝0.1584。
8、s3、根据土工试验所要求的坍落度，以及所用骨料的品种、最大粒径，在表1中选取每立方米混合体的用水量w0。
9、表1每立方米混合体用水量
10、
11、s4、根据公式：确定每立方米混合体的胶凝材料用量，c0为每立方米混合体中胶凝材料用量，w0为每立方米混合体中水的用量。
12、s5、胶凝材料选择石膏和石灰的混合物，而石膏和石灰中起到胶凝作用的是氧化钙(cao),考虑部分石灰的熟化，即石灰与水反应生成氢氧化钙(ca(oh)2)，并根据质量守恒定理计算石膏的石灰在胶凝材料下的配比，步骤如下：
13、c1、考虑过高或过低的氧化钙含量均会使要制备的混合体性能下降，根据以往的试验经验可知氧化钙占凝胶材料的60～65％之间时混合体的性能最佳，因此计算混合体所需的氧化钙的含量q，其计算公式如下：
14、q＝(0.6～0.65)×c0。
15、c2、考虑部分石灰会与水发生1：1反应生成氢氧化钙，因此所消耗的石灰含量为m＝w0。
16、c3、因石膏不用任何混合体的其他物质发生反应，考虑理论上石膏里的氧化钙的含量占比计算这部分的氧化钙含量n，根据经验可知石膏里的氧化钙占比为32.6％，则计算公式如下：
17、n＝32.6％×l
18、其中，l为每立方米混合体中的石膏用量。
19、c4、整个胶凝材料的氧化钙含量来源于石灰和石膏，则石灰的用量的计算公式如下：
20、j＝q-m-n
21、其中，j为每立方米混合体的石灰的用量。
22、c5、胶凝材料的石灰和石膏的配比i1，其计算公式为：
23、i1＝j：l
24、s6、根据绝对体积法确定砂、石骨料的用量，假定混合体的体积等于各相似材料的绝对体积和混合体中所含空气的体积之和。在计算每立方米混合体的各相似材料用量时，列出式1-1，将上述的c0和w0代入式1-1，可得到每立方米混合体中砂、石的用量的关系式。
25、
26、其中，c0分别为每立方米混合体中胶凝材料的用量，单位为kg；w0分别为每立方米混合体中水的用量，单位为kg；s0为每立方米混合体中的砂用量，单位为kg；g0为每立方米混合体中石子的用量，单位为kg；ρc为混合体中胶凝材料的密度，通常取值为3.1，单位为g/cm3；ρw为混合体中水的密度，通常取值为1.0，单位为g/cm3；ρ0s为混合体中砂的密度，单位为g/cm3；ρ0g为混合体中石子的密度，单位为g/cm3；α为混合体中含气百分数，单位为％，在不使用引气型外加剂时，α取1.0。
27、s7、因既要满足试验所花费的费用最低，还要满足混合体满足目标的抗拉强度。根据各材料的市场价格和对抗拉强度的影响程度，基于一维-粒子群算法进行对砂子和石子的用量比例进行优化，以求得每立方米混合体中石子用量最多下的混合体中各材料的配料比。
28、a)设定模型砂子的搜索空间si∈[smin,smax]和速度空间vi∈[vmin,vmax]，其中，si表示搜索空间中第i个粒子的位置，smin表示搜索空间中粒子位置的最小值，smax表示搜索空间中粒子位置的最大值；vi表示速度空间中第i个粒子的速度，vmin表示速度空间中粒子速度的最小值，vmax表示速度空间中粒子速度的最大值；粒子个数为n，最大迭代次数为l，最小拟合误差为δ，惯性权重ω，自我学习因子c1，群体学习因子c2；
29、b)将每立方米混合体中砂子和石子的用量的关系式作为初始反演目标函数，初始化模型参数si和速度参数vi，确定个体最优模型pbesti和群体最优模型gbest；
30、c)根据步骤b)确定的个体最优模型pbesti和群体最优模型gbest，根据更新公式1-2和1-3，更新个体最优模型参数si和速度参数vi；
31、vi＝vi×ω+c1×rand(m,n)×(pbesti-si)+c2×rand(m,n)×(gbest-si) 1-2
32、si＝si+vi 1-3
33、其中，rand(m,n)为matlab里面的一个随机生成[0，1]之间的m×n矩阵的函数；若在迭代过程中，第i个粒子的位置si超过了边界[smin,smax]，则第i个粒子的si被调节为smin或smax。
34、d)根据步骤b)获得的个体最优模型参数g0和速度参数vi，再次计算反演目标函数，再次确定个体最优模型pbesti和群体最优模型gbest；
35、e)若群体最优模型gbest拟合误差小于δ或者迭代次数达到l时，则终止迭代，此时输出更新后的反演目标函数值g0和自变量s0；反之，则返回步骤c)继续迭代，直至满足迭代终止条件。
36、s8、上述混合体的基准配料比优化方法，均是以干燥材料为基准而得到的，但实际存放的砂子本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于可分离式土工试验装置的相似材料配比方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于可分离式土工试验装置的相似材料配比方法，其特征在于，所述一维-粒子群优化算法包括第一次优化和第二次优化；
3.根据权利要求1或2所述的基于可分离式土工试验装置的相似材料配比方法，其特征在于，所述可分离式土工试验装置包括用于输送相似材料的螺旋输送机(1)，以及对相似材料进行搅拌的搅拌机(2)搅拌组件(23)。
4.根据权利要求3所述的基于可分离式土工试验装置的相似材料配比方法，其特征在于，所述搅拌组件(23)包括同轴转动布置在搅拌槽(22)内的搅拌轴(232)，所述搅拌轴(232)上安装有上搅拌杆组和下搅拌杆组；
5.根据权利要求4所述的基于可分离式土工试验装置的相似材料配比方法，其特征在于，在长搅拌杆(2321)和短搅拌杆(2322)的悬臂端均固定安装有铰接座(234)，连接板(2344)通过拨动铰接轴(2343)铰接在铰接座(234)上，拨片(2345)固接在连接板(2344)上，以构成T型板结构；拨片(2345)为T型板结构中
6.根据权利要求5所述的基于可分离式土工试验装置的相似材料配比方法，其特征在于，所述搅拌槽(22)的顶部铰接有可盖合在槽口上的上顶盖(222)，上顶盖(222)上开设有进料孔(2221)，进料孔(2221)位于螺旋输送机(1)出料口(124)的落料轨迹上。
7.根据权利要求6所述的基于可分离式土工试验装置的相似材料配比方法及系统，其特征在于，所述搅拌槽(22)的侧壁上开设有向下倾斜布置的出料孔(223)，出料孔(223)处安装有一个U型的导料槽(224)，导料槽(224)的槽腔内布置有一个限位杆(2242)(2241)，限位杆(2242)(2241)的长度方向和导料槽(224)的槽宽方向彼此平行，且限位杆(2242)(2241)和搅拌槽(22)的侧壁之间形成有腰形孔，腰形孔内插接有可沿搅拌槽(22)外壁面上下滑动的挡料板，以封闭出料孔(223)。
8.根据权利要求7所述的基于可分离式土工试验装置的相似材料配比方法，其特征在于，所述搅拌槽(22)安装在支撑座(21)的顶部，且搅拌槽(22)和支撑座(21)之间安装有对搅拌槽(22)称重的压力传感器。
9.根据权利要求8所述的基于可分离式土工试验装置的相似材料配比方法，其特征在于，还包括向搅拌槽(22)内喷水的喷水部(3)，喷水部(3)包括水泵(32)，水泵(32)的进水端安装有水箱(31)，水泵(32)的出水端通过硬水管(35)连接有软水管(36)，各个软水管(36)沿着搅拌槽(22)的周向依次安装在搅拌槽(22)的槽口处，且相邻软水管(36)之间通过三通管(37)彼此连通，且三通管(37)的支管上连通有雾化喷头(38)；硬水管(35)上安装有流量表和定时浇灌器(33)，上顶盖(222)上安装有检测搅拌槽(22)内混合体温湿度的温度湿度测试器(5)，以及监测搅拌槽(22)内混合体搅拌状态的摄像头(6)。
10.系统，该系统应用如根据权利要求9所述的基于可分离式土工试验装置的相似材料配比方法，其特征在于，包括处理器、输入设备、输出设备和存储器，所述处理器、输入设备、输出设备和存储器依次连接，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令。
...【技术特征摘要】
1.基于可分离式土工试验装置的相似材料配比方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于可分离式土工试验装置的相似材料配比方法，其特征在于，所述一维-粒子群优化算法包括第一次优化和第二次优化；
3.根据权利要求1或2所述的基于可分离式土工试验装置的相似材料配比方法，其特征在于，所述可分离式土工试验装置包括用于输送相似材料的螺旋输送机(1)，以及对相似材料进行搅拌的搅拌机(2)搅拌组件(23)。
4.根据权利要求3所述的基于可分离式土工试验装置的相似材料配比方法，其特征在于，所述搅拌组件(23)包括同轴转动布置在搅拌槽(22)内的搅拌轴(232)，所述搅拌轴(232)上安装有上搅拌杆组和下搅拌杆组；
5.根据权利要求4所述的基于可分离式土工试验装置的相似材料配比方法，其特征在于，在长搅拌杆(2321)和短搅拌杆(2322)的悬臂端均固定安装有铰接座(234)，连接板(2344)通过拨动铰接轴(2343)铰接在铰接座(234)上，拨片(2345)固接在连接板(2344)上，以构成t型板结构；拨片(2345)为t型板结构中的横板，连接板(2344)为t型板结构中的竖板；连接板(2344)的板面与拨动铰接轴(2343)的轴线彼此垂直；在铰接座(234)上开设有多个调节孔(2341)，各个调节孔(2341)的沿着拨动铰接轴(2343)周向依次等角度布置；在连接板(2344)上开设有一个定位孔；调节孔(2341)中插设有定位销(2342)，定位销(2342)的前端插设在定位孔中。
6.根据权利要求5所述的基于可分离式土工试验装置的相似材料配比方法，其特征在于，所述搅拌槽(22)的顶部铰接有可盖合在槽口上的上顶盖(222)，上顶盖(222)上开设有进料孔(2221)，进料孔(2221)位于螺旋输送机(1)出料口(124)的落料轨迹上。
7...
【专利技术属性】
技术研发人员：张平松，许时昂，陈嘉新，程晋全，邱实，史伟鹏，彭雅莉，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：
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