[发明专利]一种可调控基质吸力的挡土墙模型试验装置及方法

权利要求书

1.一种可调控基质吸力的挡土墙模型试验装置，其特征在于：包括模型箱(1-1)，模型箱(1-1)上部连通有稳压真空泵(1-10)；模型箱(1-1)内安装有竖向设置的挡土墙(1-3)；挡土墙(1-3)一侧安装有压力检测装置并与模型箱(1-1)侧壁之间填充有填料；挡土墙(1-3)另一侧连接有横向平移结构；填料下方固定有可关闭多孔板(1-7)，可关闭多孔板(1-7)下方安装有可控温加热管(1-12)；模型箱可关闭多孔板(1-7)下方的模型箱(1-1)部分连通有供水系统；模型箱(1-1)上成形有冷空气入口(1-15)和冷空气出口(1-16)；冷空气入口(1-15)和冷空气出口(1-16)均安装有阀门；填料内安装有土壤水分传感器(1-2)。

2.如权利要求1所述的可调控基质吸力的挡土墙模型试验装置，其特征在于，还包括PIV测试系统，所述PIV测试系统包括工业相机(5-1)，工业相机(5-1)点连接有计算机(5-2)。

3.如权利要求1所述的可调控基质吸力的挡土墙模型试验装置，其特征在于，所述横向平移结构包括轴承传动系统和电机控制系统；所述轴承传动系统包括与挡土墙(1-3)轴接的螺纹丝杆(3-3)，螺纹丝杆(3-3)连接有电动机(2-1)，电动机(2-1)电连接电机控制系统的伺服驱动器(2-5)，伺服驱动器(2-5)电连接有单轴脉冲控制器(2-4)；螺纹丝杆(3-3)上螺纹连接有活动套(3-2)，活动套(3-2)与挡土墙(1-3)之间铰接有可拆卸支承钢杆(3-1)。

4.如权利要求3所述的可调控基质吸力的挡土墙模型试验装置，其特征在于，所述电动机(2-1)通过法兰板(2-3)连接有减速机(2-2)，减速机(2-2)与螺纹丝杆(3-3)相连，配合螺纹丝杆(3-3)安装有激光位移传感器(1-6)。

5.如权利要求1所述的可调控基质吸力的挡土墙模型试验装置，其特征在于，所述填料上方固定有铜丝网(1-11)，铜丝网(1-11)的孔径小于填料的颗粒径粒。

6.如权利要求1所述的可调控基质吸力的挡土墙模型试验装置，其特征在于，所述供水系统包括供水箱(4-8)，供水箱(4-8)通过管道与模型箱(1-1)底部连通，管道上安装有水阀(4-2)。

7.如权利要求6所述的可调控基质吸力的挡土墙模型试验装置，其特征在于，所述供水箱(4-8)连通有供水瓶(4-7)；供水箱(4-8)和供水瓶(4-7)之间安装有电磁阀(4-6)，电磁阀(4-6)电连接有控制箱(4-5)，控制箱(4-5)电连接有处于供水箱(4-8)内的液位控制器(4-4)。

8.如权利要求6所述的可调控基质吸力的挡土墙模型试验装置，其特征在于，所述供水箱(4-8)底部连通有烧瓶(4-3)，烧瓶(4-3)连通有水银压差计(4-9)。

9.如权利要求1所述的可调控基质吸力的挡土墙模型试验装置，其特征在于，所述稳压真空泵(1-10)可与模型箱(1-1)通过快插接口(11-9)连接，快插接口(11-9)上密封有聚氟乙烯滤纸(1-13)。

10.如权利要求1所述的可调控基质吸力的挡土墙模型试验装置，其特征在于，包括如下使用步骤：

步骤一、关闭模型箱(1-1)中的可关闭多孔板(1-7)，用螺栓固定挡土墙(1-3)上下侧，采用砂雨法配置干填料，高度由所需的土样密实度确定；

步骤二、调整基质吸力阶段：

密封模型箱(1-1)上部分，同时接入稳压真空泵(1-10)，并设定好真空度，开启可关闭多孔板(1-7)，接入供水系统，开启可调控温加热管(1-12)；

步骤三、稳定基质吸力阶段：

记录土壤水分传感器(1-2)读数，直至稳定不变，且水银压差计(4-9)读数不变，关闭稳压真空泵(1-10)，闭合可关闭多孔板(1-7)，开启冷空气入口(1-15)和冷空气出口(1-16)，直至土壤水分传感器(1-2)读数不变，记录此时的读数；

步骤四：挡土墙(1-3)发生位移阶段：

关闭冷空气出口和冷空气入口，启动电机系统和PIV测试系统，记录土壤水分传感器(1-2)读数变化并存储，记录挡土墙(1-3)位移变化过程。