[发明专利]一种用于在模型试验中产生模拟水平应力的装置及其方法

权利要求书

1.一种用于在模型试验中产生模拟水平应力的装置，该装置包括：

用于安放地质力学模型体的底座，

紧邻所述模型体且固定于所述底座上的顶部开口的框体，

用于封闭所述框体的顶部开口的盒形盖板，

滑动设置在远离所述模型体一侧的所述框体内的垂直推力钣，以及

连接于所述垂直推力钣外侧的应力施加单元，

其中，在所述框体内填充有若干球形颗粒。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括安装在所述框体的侧板上的压力传感器，以及用于读取所述压力传感器的测量值的测读仪。

3.如权利要求1到2任一项所述的装置，其特征在于，所述垂直推力钣通过压力分配块与所述应力施加单元连接。

4.如权利要求3任一项所述的装置，其特征在于，所述应力施加单元为水平地固定在所述底座上的油压千斤顶，且所述油压千斤顶与油压装置连通。

5.如权利要求1到4任一项所述的装置，其特征在于，所述球形颗粒为表面进行均匀润滑处理的钢珠。

6.如权利要求1到5任一项所述的装置，其特征在于，所述框体底部垫有缓冲垫片，其中所述缓冲垫片厚度为1-3mm。

7.如权利要求1到6任一项所述的装置，其特征在于，所述垂直推力钣两侧均设置有至少一条带滚珠的滑轨，与之相配合，在所述框体两侧面内壁上均设置有至少一个滑槽；所述垂直推力钣通过所述滑轨沿所述框体的滑槽水平滑动。

8.一种使用前述权利要求中任一项所述的装置来在模型试验中产生模拟水平应力的方法，其特征在于，将球形颗粒加载在框体中，从而产生梯形或三角形分布的侧向水平压力，其中，所述侧向水平压力调整方法包括以下步骤：

1）根据所述球形颗粒的直径和所述框体的容积计算装满球形颗粒后的孔隙度θ；

2）根据所述球形颗粒的容重和所述孔隙度计算所述框体中所述球形颗粒的平均容量其中γ_b为所述球形颗粒的视容量；

3）根据所述平均容量计算某点的侧向水平压力其中H为某点距离所述球形颗粒顶面的距离，K为侧压系数；

4）通过改变所述球形颗粒的直径或容重，从而改变所述侧向水平压力分布的斜率，直至达到所需侧向水平压力。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述球形颗粒包括实心颗粒或/和空心颗粒。