[实用新型]一种岩土材料的三维仿真分层加载装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种岩土材料三维仿真分层加载装置，主要用于隧道、矿山及地下工程综合实验平台，属于地下工程综合实验装置设计与制造领域。

背景技术

近年来随着我国城市建设规模不断扩大，城市发展与土地资源短缺的矛盾越来越突出，开发利用地下空间已成为城市可持续发展的必经之路。地下工程具有高度的复杂性和不可预知性。大量实践表明:在现有科技条件下，对一些复杂岩土体的响应规律尚未得到统一的认识，在构建复杂地下工程模型时不得不进行简化，导致复杂地下工程技术难题通常是无法通过理论计算得到较为理想的解答。因此，对于一些重要而复杂的地下工程而言，进行必要的物理模型试验就成为一种最能逼近实际情况的研究手段。目前国内高校、企业、科研院所拥有的地下工程模型实验台的种类较少且考虑影响因素有限：大多数地下工程试验平台只能模拟准二维平面应变条件，基本不能实现真三维加载；受加载箱所能填装的材料体积所限，所产生应变场均匀程度和均匀范围一般都比较小。例如中国矿业大学（北京）的模型台，虽然能模拟三维条件下的地应场，但实验台的规模较小，仅能进行较小尺度的模型实验，边界效应影响较大。此外几乎目前国内所有的地下工程试验装置均不能对加载材料实现三个维度上的分层次加载。不能模拟地下水的影响及水土耦合作用难题可见，现有试验设备在功能等方面已不能很好地满足工程实践的需要。鉴于目前国内现有地下工程综合实验平台不能实现真三维分层加载及水力耦合物理模拟的问题上存在的诸多不足。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的不足，提供一种岩土材料的三维仿真分层加载装置，该装置具有一机多用功能，可对复杂环境下的地下工程进行模型试验；该模型实验槽可用于模拟环境水影响下的地下工程问题，也可用于复杂条件下无损探测仪器的测试与标定试验。

为实现以上的技术目的，本实用新型将采取以下的技术方案：

一种岩土材料的三维仿真分层加载装置，包括加载框支撑架、Z向顶部加载板以及水平加载板，其中：所述加载框支撑架，采用方钢按照立方体构造焊接而成，且加载框支撑架的内部通过一块以上横向设置的加载板隔板而分层设置；Z向顶部加载板，与Z向竖直加载液压缸活塞杆连接，嵌入加载框支撑架的顶部框架内；水平加载板，与水平加载液压缸活塞杆连接，水平加载板数目与加载框支撑架各框架层的侧壁框总数相适应，各水平加载板对应地嵌入加载框支撑架各框架层的相应侧壁框内，且水平加载板与侧壁框之间存在间隙；另外，所述水平加载板上开设开挖孔，所述开挖孔配置开挖板。

所述开挖孔开设于各水平加载板中处于纵向中心部位的水平加载板上。

所述加载板隔板为两块，等间距地横向安装于加载框支撑架内部；处于加载框支撑架中间框架层的各水平加载板的中心部位均开设开挖孔，而处于加载框支撑架中间框架层两侧的框架层的各水平加载板上则分别开设透水孔。

各水平加载板与相应水平加载液压缸活塞杆之间均安装有方钩-方杆配合连接结构；该方钩-方杆配合连接结构包括方形杆以及两个相间地平行设置的方钩，所述方形杆包括圆形杆本体，该圆形杆本体的外缘对称地设置两个凸块，当两个方钩的连线与两个凸块连线相平行时，方形杆和方钩之间处于解离状态；当两个方钩的连线与两个凸块连线相垂直时，方形杆和方钩之间处于锁止状态。

所述方形杆安装于水平加载液压缸活塞杆，而两个方钩安装在水平加载板上的液压缸加载部位。

根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果：

1、相对于现有地下工程实验平台，本加载内框能够较为逼真地实现三维岩土体（模型试验体）加载试验，并且在每一个维度上实现上中下三层加载板分层阶梯型加载，能够更好地模拟深层地质到地表的大幅的应力变化，实现一机多用功能，可对复杂环境下的地下工程进行模型试验。

2、已有同类试验系统大多未考虑地下水对模型的影响，而本加载框内框架考虑了在加载状态下环境水循环的作用，可用于模拟环境水影响下的地下工程问题。通过对地下水作用下的模型进行试验，可以模拟地下水影响及水土耦合作用等技术难题。在上层和底层均设有进水出水孔，实现地下水的分层分布，能够实现对表层地下水和深层地下水做相应的模拟实验。

3、通过加载板上两个方勾和液压缸活塞杆上安装的方形杆，在液压缸回程将实验过程中推出的加载板拉回到初始位置。这种设计的优点在于避免了螺栓连接时由于加载框进出外加载装置时拆卸安装的不便，通过扭转液压缸活塞杆头部的方形杆，将其卡在加载板的方勾之内，将加载板恢复到初始位置这种方法简洁方便，远比拆装螺栓省时省力。

附图说明