[发明专利]一种土力学多功能联合试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种土力学多功能联合试验装置，其特征在于：包括：顶部开口的模型槽，用于填筑土体并形成土坡；模型槽包括钢板框架，以及连接在钢板框架两侧的透明有机玻璃侧板；

还包括挡土墙机构、定坡机构以及加载机构，其中：

所述挡土墙机构设置在模型槽内一端，包括：第一挡板，设置于模型槽内，与模型槽两侧的透明有机玻璃侧板及底板保持贴合并可相对滑动；启闭器，与所述第一挡板连接；第一挡板接触土体的一侧设有土压力检测机构，包括4个土压力盒，4个土压力盒分别竖向等间距均匀固定在一有机玻璃板中间位置上，有机玻璃板固定在第一挡板上，各土压力盒上通过引线与应变仪连接；

定坡机构，设置在模型槽内相对挡土墙机构的另一端，包括：第二挡板，第二挡板的底部两端通过对称设置的转动螺栓可转动的连接在两片透明有机玻璃侧板之间，第二挡板的上部一侧设有用于限制第二挡板转动角度的限位机构，包括：对称设置在透明有机玻璃侧板上的两个弧形定位滑轨，弧形定位滑轨上连接限位螺栓；

加载机构，包括：连接支架、加载横梁、传力杆、托盘、砝码、刚性承压板、弹性承压板以及振动平台，其中，连接支架一端固定连接在模型槽的外壁上，另一端通过支点螺栓与加载横梁的一端连接，加载横梁的另一端通过铰接螺栓连接托盘，传力杆上端与加载横梁卡扣连接，下端与刚性承压板或弹性承压板螺纹连接；

刚性承压板的表面焊接有螺栓接头；

弹性承压板由第一上板、第一下板和多个第一弹簧组成，第一上板上表面中心位置焊有螺栓接头，第一上板下表面与第一下板上表面均匀布置多个第一弹簧，第一弹簧两端与第一上板和第一下板为焊接连接；

振动平台包括第二上板、第二下板、第二弹簧以及凸轮，第二上板和第二下板平行对齐放置，第二上板上表面中心位置焊有螺栓接头，第二上板与第二下板之间均匀固定连接多个第二弹簧，凸轮设置于第二上板和第二下板的中间位置，凸轮上连接电机；

可视化系统，包括：连接在模型槽4个顶点处的4组图像采集单元，每组图像采集单元包括折叠杆以及摄像头，所述折叠杆一端连接摄像头，另一端通过球头固定在模型槽顶点上；

进行填土上加竖向动载时，包括以下步骤：

S2.1：传力杆连接弹性承压板，将弹性承压板整体放置在填土表面，测量此时弹簧的长度x₀；

S2.2：在托盘中加砝码，托盘中砝码质量为m_f；

S2.3：测量在砝码和加载横梁的作用下弹性承压板的第一上板和第一下板之间的弹簧的长度为x₁；

S2.4：撤去砝码，使弹簧带动加载横梁振动，弹簧对土体的反力即为土体表面受到的动荷载；

S2.5：根据杠杆定理和弹簧简谐振动原理，填土所受动荷载为

其中，m₀为加载横梁质量，l₀为加载横梁长度，l_c为传力杆与支点螺栓距离，m_c为传力杆质量，m_T为弹性承压板质量，m_TS为弹性承压板第一上板质量，S_T为弹性承压板面积，t为时间。

2.根据权利要求1所述的土力学多功能联合试验装置，其特征在于：所述透明有机玻璃侧板上设有高度尺以及角度尺。

3.根据权利要求1所述的土力学多功能联合试验装置，其特征在于，所述启闭器为手轮式启闭器，手轮式启闭器固定在前挡板上，手轮式启闭器上的顶推螺杆一端穿过前挡板后与所述第一挡板固定连接。

4.根据权利要求1所述的土力学多功能联合试验装置，其特征在于，所述第一挡板为钢板，钢板上非接触土体的一侧焊接有加劲钢板，钢板上接触土体的一侧设置土压力检测机构，所述第二挡板为透明有机玻璃板、木质板或金属板中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的土力学多功能联合试验装置，其特征在于，所述钢板框架与透明有机玻璃侧板采用螺栓连接，连接处用胶水密封并在各个边角焊接加劲角钢。