CN103884831B - 一种路基边坡与地下工程多功能三维模型试验平台 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种路基边坡与地下工程多功能三维模型试验平台。所述的三维模型试验平台由地下槽体、地上反力墙、地上槽体、伺服作动器、加载板、中隔板、地下水系统、人工降雨系统组成;地上反力墙位于地下槽体一端,地上槽体安装于地下槽体侧壁之上,伺服作动器置于地上反力墙与地上槽体之间,地下水系统设于地槽内,人工降雨系统及喷头置于地上槽体的上方。本发明的路基边坡与地下工程多功能三维模型试验平台的建设,可对现有的大型地基及边坡模型试验系统进行进一步的完善,可为路基边坡支挡结构、地基处理、隧道、基坑等工程项目的大比例模型试验提供良好的试验平台,并降低工程造价,提高模型试验效率。

Description

一种路基边坡与地下工程多功能三维模型试验平台
技术领域
[0001] 本发明涉及一种路基边坡与地下工程多功能三维模型试验平台。
背景技术
[0002] 路基边坡地质灾害一般包括滑坡、崩塌、泥石流等。路基边坡灾害常常中断交通、堵塞河道、掩埋村镇、摧毁工厂、破坏农田,给人民的生命财产造成巨大损失,给工程建设带来严重影响。
[0003] 大型物理模型试验是对滑坡等路基边坡灾害发生规律以及支挡结构受力特性、支护效果等进行研究的有效手段之一,能有效的帮助解决滑坡等路基边坡灾害及防治工程学中的理论和实践问题,能把把在野外难以观测到的滑坡等灾害发育的全过程以及支挡结构与岩土体的相互作用在实验室中短期内重复模拟显示出来。
[0004]目前,国内地基与边坡方面具有代表性的大型模型试验平台主要有浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室的“大型地基及边坡工程模拟试验系统”以及三峡大学湖北省防灾减灾重点实验室的“三维人工降雨水库型滑坡物理模型试验系统。
[0005] 不过,上述模型试验系统还存在诸多不足,主要有:1)没有设置大型的水平加载设施,在对路基边坡支挡结构物、地基、隧道、基坑等进行模型试验研究时有一定的困难;2)模型槽都在地面以上,变形控制困难,造价高昂;3)侧壁可透视面积小,对模型的变形观测困难等。
发明内容
[0006] 本发明的目的是提供一种路基边坡与地下工程多功能三维模型试验平台,可对现有的大型地基及边坡模型试验系统进行进一步的完善,可为路基边坡支挡结构、地基处理、隧道、基坑等工程项目的大比例模型试验提供良好的试验平台,并降低工程造价,提高模型试验效率。
[0007] 本发明的技术方案为:所述的三维模型试验平台由地下槽体、地上反力墙、地上槽体、伺服作动器、加载板、中隔板、地下水系统、人工降雨系统组成;地上反力墙位于地下槽体一端,地上槽体安装于地下槽体侧壁之上,伺服作动器置于地上反力墙与地上槽体之间,地下水系统设于地槽内,人工降雨系统及喷头置于地上槽体的上方。
[0008] 所述的地上槽体由反力支撑架、透明侧壁、连杆、竖向加载纵梁构成。反力支撑架通过连杆与内侧的透明侧壁连接,透明侧壁的一侧为门,在门的对边装有加载板,所述的伺服作动器与加载板连接,透明侧壁内设置可拆卸中隔板,在模型槽前后透明侧壁设置仪器埋设孔,反力支撑架上方设置竖向加载纵梁。
[0009] 所述的地下水系统由恒压水箱、进水阀、进水管、多孔透水板、出水阀、集水井、抽水栗构成;恒压水箱通过进水管连接到多孔透水板上,在进水管上设有进水阀,另一端的多孔透水板上装有出水阀,出水阀连接集水井,集水井内设置抽水栗。
[0010] 所述的人工降雨系统由输水管、控制阀门、微型喷头组成,微型喷头均匀于分布于输水管上,控制阀门连接输水管的进出口端。
[0011] 本发明的三维模型试验平台可实现以下多种功能:
[0012] I)在模拟的水平推力及竖向荷载作用下,研究抗滑粧、挡土墙、锚索框架、钢花管注浆等各种边坡加固结构的变形破坏模式、结构与岩土相互作用机理,检测不同加固方式的实际使用性能。
[0013] 2)在模拟的地下水及降雨作用下,研究边坡的变形破坏机理。
[0014] 3)各种因素作用下各种地基加固措施受力机理及加固效果的研究。
[0015] 4)三维应力及地下水等因素作用下隧道受力机理的研究。
[0016] 5)三维应力、地下水及降雨等因素作用下基坑开挖对周围环境的影响。
[0017] 本发明的路基边坡与地下工程多功能三维模型试验平台的建设,可对现有的大型地基及边坡模型试验系统进行进一步的完善,通过设置大型的水平加载系统,将模型槽设置为半地上半地下的结构型式,并设置全透明侧壁,可为路基边坡支挡结构、地基处理、隧道、基坑等工程项目的大比例模型试验提供良好的试验平台,并降低工程造价,提高模型试验效率。
附图说明
[0018] 图1是本发明的三维模型试验平台结构示意图(正视图)
[0019] 图2是图1的俯视图。
[0020] 图3是图1的纵剖面图。
[0021] 图4是图1的横剖面图。
[0022] 图5是本发明的三维模型试验平台的地下水系统结构示意图。
[0023] 图6是本发明的三维模型试验平台的人工降雨系统结构示意图。
[0024] 图中:1 一地下槽体,2—反力墙,3 —反力支撑架,4 一透明侧壁,5 —连杆,6—门,7—竖向加载纵梁,8—可拆卸中隔板,9 一作动器,10—加载板,11 一锚索接钩,12 —仪器埋设孔,13 —丨旦压水箱,14 一进水阀,15—进水管,16 —多孔透水板,17—出水阀,18—集水井,19一抽水栗,20 —微型喷头,21 —输水管,22-控制阀门。
具体实施方式
[0025] 如图1-4所示,本发明的三维模型试验平台由地下槽体1、在地槽上的反力墙2、地上槽体、伺服作动器9、加载板10、可拆卸中隔板8、地下水系统、人工降雨系统组成;地上反力墙位于地下槽体一端,地上槽体安装于地下槽体侧壁之上,伺服作动器置于反力墙与地上槽体之间,地下水系统设于地槽内,人工降雨系统及喷头置于地上槽体的上方。
[0026] 所述的地上槽体由反力支撑架3、透明侧壁4 (高强有机玻璃)、连杆5、竖向加载纵梁7、加载板10构成,反力支撑架通过连杆与内侧的透明侧壁连接,透明侧壁的一侧为门6,在门的对边的透明侧壁装有加载板,所述的伺服作动器与加载板连接,透明侧壁内设置可拆卸中隔板8,在地上槽体前后透明侧壁设置仪器埋设孔,反力支撑架上方设置竖向加载纵
Wi
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[0027] 通过竖向加载纵梁,试验平台可扩展竖向加载系统。通过扩展竖向加载系统,可在边坡及路基模型试验中提供竖向荷载,相比堆载来说,具有荷载施加方便、快速、准确等优点,并且可按位移控制加载,还可以施加动荷载。
[0028] 所述的地下水系统由恒压水箱13、进水阀14、进水管15、多孔透水板16、出水阀17、集水井18、抽水栗19构成;恒压水箱通过进水管连接到多孔透水板上,在进水管上设有进水阀,另一端的多孔透水板上装有出水阀,出水阀连接集水井,集水井内设置抽水栗,如图5所示,地下水从模型前端向后端渗流,通过管道将恒压水箱与模型前端多孔透水板相连,使模型前端水位与恒压水箱一致,在模型后端也设置透水板,起到反滤效果,在槽壁设置多排排水阀,根据需要水位开关排水阀,地下水从后端流入集水井,沉淀后通过抽水栗排入排水管网。
[0029] 所述的人工降雨系统由输水管21、控制阀门22、微型喷头20组成,微型喷头均匀于分布于输水管上,控制阀门连接输水管的进出口端,如图6所示,微型喷头通过管网与供水装置连接。供水装置由水箱、水压调节装置、电磁阀等部件组成。供水装置压力可调,模拟降雨强度15mm~250mm/h。可模拟微雨、小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨和特大暴雨等常见多发雨型。
[0030] 所述的地下槽体位于地面以下,通过基坑开挖后采用钢筋混凝土浇筑而成,所述的反力墙与地下槽体整体浇筑。结构可靠,对周围环境影响小,容易施工。
[0031] 反力支撑架采用加宽型板材,其上安装钢结构梁,底部通过锚固方式连接于地基,配斜支撑加固。
[0032] 可沿模型槽上部外侧配置“人行走道”,与整体槽配套设计,除实现人行功能外,同时对模型槽进行强度加固。
[0033] 为合理利用模型槽空间,在距模型槽内灵活设置可拆卸隔离板8,与地基设计配套。隔离板由多组钢板组成,使用时,按序放入隔离槽完成隔离功能。为方便模型试验测试设备的埋设,在模型槽前后透明侧壁设置仪器埋设孔。
[0034] 在模型槽侧向反力支撑架与侧壁之间留有适当空间,由可拆卸连接杆连接,通过将连接杆拆除,用侧向加载缸替代,可在需要时扩展侧向加载系统。通过扩展侧向加载,侧向加载与竖向及水平加载一起,构成三维加载系统,为进行三维边坡、隧道、基坑等模型试验提供条件。
[0035] 测试系统由量测设备及数据采集设备组成,量测设备包括土压力计、孔隙水压力传感器、位移传感器、应力应变传感器、液位计、表面位移测试装置等。测试系统全自动记录、分析处理数据。

Claims (5)

1.一种路基边坡与地下工程多功能三维模型试验平台,其特征在于:所述的三维模型试验平台由地下槽体、地上反力墙、地上槽体、伺服作动器、地下水系统、人工降雨系统组成;地上反力墙位于地下槽体一端,地上槽体安装于地下槽体侧壁之上,伺服作动器置于地上反力墙与地上槽体之间,地下水系统设于地下槽体内,人工降雨系统置于地上槽体的上方。
2.根据权利要求1所述的路基边坡与地下工程多功能三维模型试验平台,其特征在于:所述的地下槽体位于地面以下,通过基坑开挖后采用钢筋混凝土浇筑而成,所述的反力墙与地下槽体整体浇筑。
3.根据权利要求1所述的路基边坡与地下工程多功能三维模型试验平台,其特征在于:所述的地上槽体由反力支撑架、透明侧壁、连杆、竖向加载纵梁、加载板构成,反力支撑架通过连杆与内侧的透明侧壁连接,透明侧壁的一侧为门,在门的对边的透明侧壁装有加载板,所述的伺服作动器与加载板连接,透明侧壁内设置可拆卸中隔板,在地上槽体前后透明侧壁设置仪器埋设孔,反力支撑架上方设置竖向加载纵梁。
4.根据权利要求1所述的路基边坡与地下工程多功能三维模型试验平台,其特征在于:所述的地下水系统由恒压水箱、进水阀、进水管、多孔透水板、出水阀、集水井、抽水栗构成;恒压水箱通过进水管连接到多孔透水板上,在进水管上设有进水阀,另一端的多孔透水板上装有出水阀,出水阀连接集水井,集水井内设置抽水栗。
5.根据权利要求1所述的路基边坡与地下工程多功能三维模型试验平台,其特征在于:所述的人工降雨系统由输水管、控制阀门、微型喷头组成,微型喷头均匀于分布于输水管上,控制阀门连接输水管的进出口端。
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