[发明专利]一种变刚度数显式温克尔弹性地基试验装置、工作方法、应用

说明书

本申请公开了尤其涉及一种变刚度数显式温克尔弹性地基试验装置、工作方法、应用；属于土木工程试验设备技术领域；其技术要点：包括三个组件，即套管组件、刚度调节组件、弹簧紧固组件。本申请旨在提供一种变刚度数显式温克尔弹性地基试验装置、工作方法、应用；其能够增加试验装置的通用型，不需要经常更换弹簧。

技术领域

本申请属于土木工程试验设备技术领域，更具体的，涉及一种变刚度数显式温克尔弹性地基试验装置、工作方法、应用。

背景技术

在研究下伏矿层开采引起顶板岩层裂隙开展、离层分布状态及移动规律时，大型物理模型试验因其直观、可靠的优点而经常被采用。在试验中，底部基座和矿层通常按照相似比制作相似模型材料或者采用可拆除的刚性支撑来模拟矿层开采。但这两种方案均有不足，当采用相似模型材料时，制作相似模型材料工序复杂，开采时难以控制开采扰动；当采用刚性支撑开采时，不能有效模拟开采引起的应力重分布导致的基座变形，这样就不能真实反映煤层开采以后的地基变形情况及其对上部岩体的影响。但在岩层控制的相关理论中，常将基座认为符合Winkler弹性地基假设，故可采用弹性地基试验装置解决开挖扰动及基座变形问题。

在现有的试验装置中，中国专利CN206146745U中公开了一种可以模拟弹性地基的支座装置，该装置包括上套筒和下套筒，上套筒设在下筒上部，上套筒与下套筒之间设有弹性件，上套筒上设有记录位置变化的位移计，该装置利用不同弹簧，模拟不同地层的抗力，提供一种可反映地下结构在土体中变形和位移的支座装置。中国专利CN103031859 A中公开了一种地层抗力作用特性模拟试验部件，包括螺杆组件、模拟弹簧和接触端头组件，螺杆组件包括螺杆芯筒、螺杆套筒和加载杆，螺杆芯筒从螺杆套筒的后端伸入螺杆套筒内，螺杆芯筒与螺杆套筒上均设有弹簧垫片，模拟弹簧套设于两弹簧垫片之间，螺杆套筒的前端通过加载杆连接接触端头组件，该发明利用不同弹簧模拟地层抗力，反映不同地层对地下建筑结构的作用特性。

但这些专利最大的不足在于：模拟不同地层的基床系数需更换不同弹簧，步序繁琐，需要根据不同地层定制不同弹簧，工作量较大，且反复拆卸、安装，试验装置易损，即装置不够通用。

发明内容

本申请的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种变刚度数显式温克尔弹性地基试验装置、工作方法、应用。

一种变刚度数显式温克尔弹性地基试验装置，包括：套管组件、刚度调节组件、弹簧紧固组件、夹箍持力装置、微型拉杆式位移传感器。

进一步，所述套管组件包括：底座、底部套管、加载套管、外壳套管、外壳套管环状盘、外壳套管升降组件、刚性板；其中，所述底部套管的底端与底座的顶面固定连接；其中，所述外壳套管插入到底部套管中，所述外壳套管的外表面与底部套管的内表面适配；所述外壳套管的下端区域固定有外壳套管环状盘，外壳套管升降组件的底部固定端固定底座上，外壳套管升降组件的顶部活动端与外壳套管环状盘连接，通过调节外壳套管升降组件，能够调节外壳套管的高度，所述外壳套管升降组件包括若干个气压伸缩杆，其沿着外壳套管的周向均匀布置；

所述刚性板设置在外壳套管的内部；所述加载套管伸入到外壳套管中，加载套管底部固定在刚性板的上表面；

刚度调节组件包括：弹簧、钢筒、钢筒水平杆、钢筒升降组件；其中，弹簧为螺旋弹簧，所述螺旋弹簧在水平面的投影为圆形；其中，所述钢筒在加载套管的内部，即钢筒的外径小于加载套管的内径；所述加载套管的中间区域设置间隔设置有4个沿着竖向方向延伸的第一竖向开口；在外壳套管沿着全长或者部分高度对称设置有2个第二竖向开口；其中，钢筒的外部设置有钢筒水平杆，所述钢筒水平杆依次通过第一竖向开口、第二竖向开口延伸到外壳套管的外部；其中，钢筒水平杆的数量为至少2个，钢筒升降组件包括多个动力伸缩杆，动力伸缩杆与钢筒水平杆对应设置；其中，钢筒升降组件的底部固定端固定底座上，钢筒升降组件的顶部活动端与钢筒水平杆连接；通过调节钢筒升降组件的高度，进而来调节钢筒的高度；