[发明专利]一种模拟加载及开挖的透明土模型试验装置及使用方法

说明书

本发明公开了一种模拟静、动力加载及开挖的多功能透明土模型试验装置及其使用方法。该装置包括试验底座、立柱、矩形框、透明土模型槽、模型槽轨道、竖向加载系统、横向加载系统和开挖系统。矩形框位于试验底座正上方且两者之间通过若干立柱连接，试验底座上安装有模型槽轨道，透明土模型槽滑动安装在模型槽轨道上，竖向加载系统安装在矩形框上，横向加载系统和开挖系统安装在试验底座上。本发明将静、动力加载装置和开挖装置组合在一个装置中，可同时模拟静、动力加和开挖工况，提高了试验装置的功能性和利用率；同时，采用自动化轨道，减少了试验模型和开挖弃土的搬运工作量。

技术领域

本发明涉及透明土模型试验技术领域，具体涉及一种模拟静、动力加载及开挖的多功能透明土模型试验装置及其使用方法。

背景技术

近二十年来，我国经济迅速发展，综合国力日益增强，国家大力发展基础设施建设，同时也遇到许多复杂的岩土工程问题，造成巨大的经济损失甚至人员伤亡。岩土工程灾害复杂多样且具有隐蔽性和突发性，岩土工程瞬态破坏的机理一直是岩土工程领域研究的薄弱环节，尤其缺少揭示破坏机理的先进的试验仪器设备。

透明土模型试验技术为揭示土体内部破坏机理提供了一种有效的工具。透明土技术的基本原理是利用透明土材料和数字图像处理技术得到土体内部的变化过程。开挖及水平或竖直方向静、动力和荷载作用是工程中常遇到的问题。目前，已存在一些模拟水平或竖直方向静动力加载及开挖的透明土模型试验装置，但这些试验装置功能较为单一，模拟工况较少，且自动化程度不高，工作量较大，大大降低了试验的效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟静、动力加载及开挖的多功能透明土模型试验装置及其使用方法。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种模拟静、动力加载及开挖的多功能透明土模型试验装置，包括试验底座、立柱、矩形框、透明土模型槽、模型槽轨道、静动力加载系统和开挖系统。

所述试验底座为水平设置的矩形底座，四个立柱分别固定在试验底座上表面的四个角上，水平的矩形框连接在四个立柱的上端。所述矩形框相互平行的两根支杆之间滑动连接有横行纵梁。

所述模型槽轨道的一端固定在试验底座的上表面并延伸到试验底座的中央处，另一端伸出试验底座。

所述模型槽台通过其底部的若干滑轮滑动连接在模型槽轨道上，模型槽台上安装有透明土模型槽，透明土模型槽为上端开口的矩形箱体，模型槽台和透明土模型槽均采用透明材料制成。

所述静动力加载系统包括竖直加载装置和水平加载装置，竖直加载装置包括引拔、机械臂和竖直伺服作动器，引拔滑动连接在横行纵梁上，竖直的机械臂装配到引拔上。

所述机械臂的下端连接有扭转装置，扭转装置与竖直伺服作动器连接。

所述水平加载装置包括液压升降立柱、云台和水平伺服作动器，若干液压升降立柱的下端固定在试验底座上，水平的云台固定在若干液压升降立柱的上端。

所述云台上开设有供水平伺服作动器安装的滑动槽，水平伺服作动器的下端滑动安装在滑动槽内。

所述开挖系统包括数控开挖机械手、弃土车和弃土车轨道，数控开挖机械手安装在试验底座上，数控开挖机械手的自由端装配有开挖配件。

所述试验底座上表面开设有供弃土车轨道安装的凹槽，该凹槽贯通试验底座的侧壁，弃土车轨道安装到该凹槽内，弃土车通过其底部的若干滑轮滑动连接在弃土车轨道上。

模拟静、动力加载时，将装有透明土的所述透明土模型槽滑动至试验底座预定位置，采用竖直伺服作动器对透明土进行竖向加载，采用水平伺服作动器对透明土进行水平加载，在加载过程中，根据设定要求切换竖直伺服作动器和水平伺服作动器的荷载形式以及施压位置，根据试验要求启闭扭转装置。