[发明专利]用于土力学平面应变问题的多功能试验装置及其试验方法

权利要求书

1.一种用于土力学平面应变问题的多功能试验装置，其特征在于，包括：

模型箱(1)，模型箱(1)的上端开口，用于填筑土体，形成试验所需的地基模型(13)；模型箱(1)的前面板(1-2)上设有若干定位孔(14)，定位孔(14)以阵列形式排布，当定位孔(14)内没有连接管线时设有孔塞，模型箱(1)、孔塞均采用透明材质；模型箱(1)的一个侧壁设有连接口(1-1)，连接口(1-1)与侧壁面板可拆卸连接；

竖直加载装置，包括齿轮组(4)、螺纹压杆(21)、传力钢板(22)和刚性基础(18)；齿轮组(4)设于模型箱(1)上方且水平位置可调，动力驱动装置连接齿轮组(4)，齿轮组(4)与螺纹压杆(21)啮合，螺纹压杆(21)的下端连接于传力钢板(22)中心，传力钢板(22)与刚性基础(18)连接；

水平加载装置，包括带翼开槽挡板(25)、螺纹推杆(23)和螺母座固定板(24)，螺母座固定板(24)与模型箱(1)的另一侧壁连接，螺母座固定板(24)竖直轴线上均匀设有多个安装孔，根据需要在一个或两个安装孔内安装有螺纹推杆(23)，螺纹推杆(23)与螺母座固定板(24)螺纹连接且相互垂直，螺纹推杆(23)伸出模型箱(1)的一端设有旋转手柄(23-1)，螺纹推杆(23)伸入模型箱(1)的一端呈半球形、且与带翼开槽挡板(25)上的凹槽(25-1)相接触，凹槽(25-1)设于带翼开槽挡板(25)的竖直轴线上，螺纹推杆(23)的半球形端部与凹槽(25-1)的形状、大小相匹配，带翼开槽挡板(25)靠近模型箱(1)内壁的两侧均设有翼板(25-2)，翼板(25-2)与凹槽(25-1)平行；

所述竖直加载装置、水平加载装置分别与地基模型(13)表面接触处安装有压力传感器，伸入地基模型(13)内部的试验结构表面设有用于测量应变量的应变传感器，压力传感器、应变传感器均与数据采集设备(20)连接；模型箱(1)外部安装有图像采集设备，图像采集设备通过无线网络与计算机连接进行实时监控，或者将图像采集设备中的存储卡插入电脑读取。

2.根据权利要求1所述的一种用于土力学平面应变问题的多功能试验装置，其特征在于，所述侧壁面板为层叠式侧板(31)，层叠式侧板(31)的两个相邻侧板之间留有缝隙，埋设于地基模型(13)中的筋材(17)从层叠式侧板(31)的缝隙伸出，缝隙宽度与筋材(17)尺寸相匹配，层叠式侧板(31)中的每块侧板的高度与筋材(17)竖向间隔相匹配，层叠式侧板(31)的外侧设有水平拉拔装置，水平拉拔装置与筋材(17)连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于土力学平面应变问题的多功能试验装置，其特征在于，所述齿轮组(4)包括主动齿轮(41)、第一齿轮对(42)、第二齿轮对(43)和第三齿轮对(44)，主动齿轮(41)、第一齿轮对(42)均为锥齿轮，主动齿轮(41)与电机(32)的输出端连接，主动齿轮(41)与第一齿轮对(42)中的一个齿轮啮合，第一齿轮对(42)的中心轴上安装有第二齿轮对(43)，第二齿轮对(43)与螺纹压杆(21)之间安装有第三齿轮对(44)，第三齿轮对(44)一侧与第二齿轮对(43)啮合，第三齿轮对(44)另一侧与螺纹压杆(21)啮合。

4.根据权利要求3所述的一种用于土力学平面应变问题的多功能试验装置，其特征在于，所述齿轮组(4)通过齿轮固定板(3)与调节板(2)固定连接，调节板(2)安装于移动式框架(6)的顶部，调节板(2)在移动式框架(6)顶部的水平位置可调，移动式框架(6)安装于模型箱(1)的外部，移动式框架(6)的架脚底部嵌有轮子(7)，移动式框架(6)的架脚两侧设有连接杆，连接杆的底端高于轮子(7)，移动式框架(6)移动就位后利用螺栓(5)将连接杆固定在地面。

5.根据权利要求1所述的一种用于土力学平面应变问题的多功能试验装置，其特征在于，所述相邻两个定位孔(14)的间距为10cm或20cm；定位孔(14)的外侧孔径小于内侧孔径，利用透明胶从模型箱(1)内壁将孔塞固定。