[发明专利]测定粗粒土抗剪强度的大型模型箱及使用方法

说明书

本发明公开了一种测定粗粒土抗剪强度的大型模型箱及使用方法，该装置包括模型底座和模型顶盖，所述模型底座和模型顶盖之间设有矩形叠环，两层矩形叠环之间通过橡皮膜和矩形压条进行连接，矩形叠环形成的空腔内填充有粗粒土，矩形叠环与模型底座和模型顶盖之间均设有透水板，在模型底座上设有进水阀，在顶层矩形叠环上设有排水阀，在模型顶盖上设有对粗粒土加压的压力阀，模型底座通过立柱与横梁连接；每一层矩形叠环均与动态位移传感器连接，每一层矩形叠环内壁均设有动态压力传感器。本发明的模型箱的法向应力的施加，采用内力加载的方式，整体结构简单，重量轻，便于移动，可以在小型振动台上进行动力试验，也可以进行静力试验，适用范围广。

技术领域

本发明涉及一种测定粗粒土抗剪强度的大型模型箱及使用方法，属于水利工程技术领域。

背景技术

近年来在我国西部地区建设了一批高土石坝，堆石料作为筑坝的主要材料，其静力和动力特性的测定是进行大坝静动力稳定分析的前提。目前关于粗粒土抗剪强度的测定仪器主要有：大型直剪仪，大型静、动三轴仪器。

在本发明之前，中国专利(专利号：ZL200310110739.X)公开了一种粗粒土直剪仪，该仪器测定土体强度过程中规定了土体的剪切面位置，与实际工况不符，且试验过程中无法获得剪切过程中孔压的变化，试验过程中法向应力的施加需要较大的荷载，仪器较为笨重，只能用于测定土体静力的强度指标。中国专利(申请号：201510361856.6)公开了一种应变控制式碎石土大型层剪试验装置，该设备在试验过程中未能考虑水对材料力学特性的影响，同时法向应力通过伺服电机进行施加，法向力的施加属于外力施加，试验仪器装置底座受力较大。中国专利(专利号：ZL201210006950.6)公开了一种测定土与结构物接触面力学双向振动仪器，该仪器能够用于测定土体的抗剪强度，但试验过程中未能考虑水对粗粒土力学特性的影响。在实际工程中，很多问题都与水存在密切的关系，试验过程中忽略水的影响，势必会高估土体的抗剪强度，使得设计和计算结果偏危险。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种测定粗粒土抗剪强度的大型模型箱及使用方法，模型箱的法向应力的施加，采用内力加载的方式，整体结构简单，重量轻，便于移动，可以在小型振动台上进行动力试验，也可以进行静力试验，适用范围广。

技术方案：为实现上述目的，本发明的一种测定粗粒土抗剪强度的大型模型箱，包括模型底座和模型顶盖，所述模型底座和模型顶盖之间设有若干个相互叠加的矩形叠环，两层矩形叠环之间通过橡皮膜和矩形压条进行连接，矩形叠环形成的空腔内填充有粗粒土，矩形叠环与模型底座和模型顶盖之间均设有透水板，在模型底座上设有进水阀，在顶层矩形叠环上设有排水阀，在模型顶盖上设有对粗粒土加压的压力阀，模型底座通过立柱与横梁连接；每一层矩形叠环均与动态位移传感器连接，每一层矩形叠环内壁均设有动态压力传感器。

作为优选，所述矩形叠环内侧四周顶部和底部分别设有两级台阶，橡皮膜两端延伸有凸台，橡皮膜位于第一级台阶中，两端的凸台分别位于相邻矩形叠环的第二级台阶中，在第二级台阶中放置固定凸台的矩形压条。

作为优选，所述矩形叠环两端均设有定位孔。

作为优选，所述模型顶盖顶面设有两排滚动轴承，滚动轴承固定在横梁上，底面边框设有凹槽，内放O形密封圈。

作为优选，所述模型底座顶面四周开设矩形凹槽，矩形凹槽内放O形密封圈，在O形密封圈下部设有进水阀，矩形凹槽内侧开设交叉凹槽，且交叉凹槽与进水阀连通。

作为优选，所述矩形叠环的两侧上表面和下表面均设有环状凹槽，在相邻矩形叠环的环状凹槽内放置有滚轴

作为优选，所述矩形压条由直角段和直线段组合而成，直角段和直线段连接部位采用上下互压方式，并使用螺栓固定。

一种上述的测定粗粒土抗剪强度的大型模型箱的使用方法，包括以下步骤：