[发明专利]模拟离心场边坡开挖工况的设备

说明书

技术领域

本发明属于施工现场模拟设备，特别涉及一种应用于边坡土工离心模型试验的模拟离心场边坡开挖工况的设备。

背景技术

边坡开挖是工程中经常遇到的问题。不合理的开挖设计和施工对工程的安全会产生重要影响。离心模型试验由于具有保持模型与原型应力相同的优点，在边坡的稳定性和破坏机理等方面已经得到了广泛应用^[1]。目前在离心模型试验中模拟开挖主要有以下两类方法：一是在制样时将欲开挖土体事先挖掉，然后增大离心加速度研究应力提高情况下土体或挡土结构的反应^[2]；二是在离心模型试验中通过排放液体或用高精密机械设备模拟开挖^[3-4]。第一类方法人为忽略了离心机应力路径的影响，不能真实模拟实际边坡的应力场以及开挖导致的变化；采用排放与土相近密度液体的方法则耗时耗工，同时对试验模型的制样提出了很多要求；而精密开挖机械往往需要与精密完善的离心机平台系统相结合，受到不同程度的限制，多为国外发展较为完善的离心机系统上使用，国内尚无有效的边坡开挖设备。

[1]濮家骝.土工离心模型试验及其应用的发展趋势[J]，岩土工程学报，1996，18(5)：96-98(PU Jia-liu.Geotechnical centrifuge model text and its applicationdevelopment[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering.1996，18(5)：92-94.)

[2]PowrieW，Kantartiz C.Ground response during diaphragm wall installation inclay[J].Centrifuge model tests geo technique，1996，46(4)：7252739.

[3]Kimura T，Takemura J，Hiro-oka A，et al.Stability of unsupported andsupported vertical cuts in soft clay[A].P roc 11th Southeast Asian Geo Conf[C]，Singapore：1993.61270.8

[4]李景林，王剑平，徐光明.离心模型试验模拟基坑开挖的一种新方法[J]，水利水运科学研究，2002，4：69-71.(LI Jing-lin，WANG Jian-ping，XU Guang-ming.Anew method for simulation of excavation in centrifugal model test[J]，JOURNAL OFNAN JING HYDRAULIC RESEARCH INSTITUTE，2002，4：69-71.)

发明内容

本发明提供了一种模拟离心场边坡开挖工况的设备，可以实现边坡离心模型试验过程中的实时开挖和多次开挖。

本发明采用的技术方案为：该设备主要包括平台部分、下切系统和推拉系统。

平台部分结构为：水平放置的底层平台板，在所述底层平台板上设置两条平行的直线导轨以及滑块，并在滑块上安装与底层平台板平行的上层平台板。

下切系统结构为：直线电机安装在上层平台板的中部，电机轴的末端连接横截面为U形的刀片，直线电机带动刀片做上下运动。

推拉系统的结构为：牵引电机位于底层平台板的一端，牵引电机的输出端通过齿轮和齿条带动上层平台板水平运动。

所述直线电机装有刹车装置以在不通电时稳定运行位置。

所述刀片竖直安装于电机轴底端，采用钢材料制作。

所述牵引电机为140W的交流电机，装有刹车装置以保证在不通电时稳定运行位置。

所述底层平台板上与齿轮相对应的位置设置卡槽，并通过改变卡槽与齿轮之间的相对高度，来使齿条与直线导轨平行，以保证齿条滑动时不会发生扭曲。

本发明的优点在于：

(1)可靠性强，成本低；

(2)设备和模型箱互相独立，避开了试验模型箱在制样后内部空闲尺寸狭窄的限制，且适宜于各种模型制样方式；

(3)设备构造简单，将边坡坡脚开挖过程简化为下切-上提和推-拉两个过程，并通过两个电机分别进行模拟；

(4)控制方便，通过滑环连接控制室，结合图像采集和位移测量系统，能够较好的进行边坡的实时开挖和多次开挖；

(5)易于改造，可根据各种精度需求采用不同的行程开关和传感器；