[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

说明书

本发明公开了一种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，包括模型箱、竖直加载装置、水平加载装置，所述竖直加载装置、水平加载装置分别与地基模型表面接触处安装有压力传感器，伸入地基模型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连接；模型箱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。本发明加载准确、稳定，提高模拟效果，从而提高试验结果的可靠性；结构简单，安装方便、造价低廉、用途广泛，节省资源，解决了现有技术中的问题。

技术领域

本发明属于土力学试验装置技术领域，涉及一种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。

背景技术

模拟法是在实验室里先依照原型的主要特征创设一个相似的模型，从而间接地研究原型规律性的实验方法。根据模型和原型之间的相似关系，模拟法可分为物理模拟和数学模拟两种。在土工领域，室内模型试验是用于揭示或预测土工建筑物原型的力学行为和形态的有效手段，在结构设计与分析中具有重要地位。土力学中很大一部分问题都是作为平面应变问题加以考虑的，例如边坡稳定、挡墙土压力等，它在简化问题的同时也基本能够满足工程需要。然而，广大工程人员或高校教师为了研究不同的土力学问题，往往需要设计和制造不同的模型箱进行演示，造成时间精力金钱的巨大浪费；现有多功能试验装置适应的模拟实验种类多为两三种，在实际应用中局限性较大；竖向和侧向加载装置设置不合理，难以实现稳定、准确加载，影响模拟效果。因此，有必要设计一种多功能的试验装置来弥补上述缺陷。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种用于土力学平面应变问题的多功能试验装置，加载准确、稳定，提高模拟效果，从而提高测定结果的可靠性；结构简单，安装方便、造价低廉、用途广泛，节省资源，解决了现有技术中的问题。

本发明的另一目的是，提供一种用于土力学平面应变问题的试验方法，采用上述多功能试验装置。

本发明所采用的技术方案是，一种用于土力学平面应变问题的多功能试验装置，包括：

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

竖直加载装置，包括齿轮组、螺纹压杆、传力钢板和刚性基础；齿轮组设于模型箱上方且水平位置可调，动力驱动装置连接齿轮组，齿轮组与螺纹压杆啮合，螺纹压杆的下端连接于传力钢板中心，传力钢板与刚性基础连接；

水平加载装置，包括带翼开槽挡板、螺纹推杆和螺母座固定板，螺母座固定板与模型箱的另一侧壁连接，螺母座固定板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，螺纹推杆与螺母座固定板螺纹连接且相互垂直，螺纹推杆伸出模型箱的一端设有旋转手柄，螺纹推杆伸入模型箱的一端呈半球形、且与带翼开槽挡板上的凹槽相接触，凹槽设于带翼开槽挡板的竖直轴线上，螺纹推杆的半球形端部与凹槽的形状、大小相匹配，带翼开槽挡板靠近模型箱内壁的两侧均设有翼板，翼板与凹槽平行；

所述竖直加载装置、水平加载装置分别与地基模型表面接触处安装有压力传感器，伸入地基模型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连接；模型箱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。

进一步的，所述侧壁面板为层叠式侧板，层叠式侧板的两个相邻侧板之间留有缝隙，埋设于地基模型中的筋材从层叠式侧板的缝隙伸出，缝隙宽度与筋材尺寸相匹配，层叠式侧板中的每块侧板的高度与筋材竖向间隔相匹配，层叠式侧板的外侧设有水平拉拔装置，水平拉拔装置与筋材连接。