CN104034368B - 具有三向可伸缩式支架的土体位移及压力一体观测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具有三向可伸缩式支架的土体位移及压力一体观测装置，由盛装模型土的模型试验箱、架设在模型试验箱上的三向伸缩支撑架、架设在三向伸缩支撑架上的可移动式悬挂顶架、经位移计固定架连接在可移动式悬挂顶架上的位移计、连接在位移计的下端，一端伸入到模型试验箱内盛装的模型土内的变形与压力一体观测式沉降标构成。与现有技术相比，本发明能同时观测土体中任一点的位移和压力，避免了试验结果的失真，并且该装置的支撑架横向、纵向与竖向均可自由调节，能适用于不同尺寸和高度的模型箱，同时该装置采用模块化制作工艺，大幅降低该装置制作、装卸、维护成本。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程模型试验和现场测试中的土体位移和压力的观测，尤其是涉及一种具有三向可伸缩式支架的土体位移及压力一体观测装置。
背景技术
模型试验是岩土工程研究的基本手段之一，而土体位移和压力是模型试验中两个最重要的观测参数。当采用位移计观测土体的位移时，位移计的固定程度对观测结果有决定性的影响，目前位移计常固定于基准梁上，基准梁一般只适用于某种尺寸的模型试验箱，而且当观测点与基准梁间距离较远时，位移计的固定就相当困难而且很难保证位移计的垂直度；并且长期以来，土体中任一点的位移和压力不能同时观测，这给试验结果带来一定程度的失真，这种失真随着位移和压力的增加而增大。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种避免试验结果失真，横向、纵向与竖向均可自由调节的具有三向可伸缩式支架的土体位移及压力一体观测装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
具有三向可伸缩式支架的土体位移及压力一体观测装置，由盛装模型土的模型试验箱、架设在模型试验箱上的三向伸缩支撑架、架设在三向伸缩支撑架上的可移动式悬挂顶架、经位移计固定架连接在可移动式悬挂顶架上的位移计、连接在位移计的下端，一端伸入到模型试验箱内盛装的模型土内的变形与压力一体观测式沉降标构成。
所述的可移动式悬挂顶架为长方形的框式结构，滑动连接在三向伸缩支撑架的顶部，横跨在三向伸缩支撑架的两条边上套设有横向滑动套管，该套管上开设有固定位移计固定架的滑槽。
所述的三向伸缩支撑架为长方体状的框式结构，四条棱由竖向支撑管及竖向滑动套管连接构成，顶部框架及底部框架上套设有滑动套管，顶部框架上套设在纵向滑动套管上开设有固定滑槽，可移动式悬挂顶架在所述的固定滑槽内移动并经固定螺栓固定位置。
所述的竖向支撑管及竖向滑动套管上均开设有螺栓孔，竖向支撑管套设在竖向滑动套管内并上下调整高度，经固定螺栓固定三向伸缩支撑架的高度，
所述的顶部框架、底部框架以及套设的滑动套管上均开设有螺栓孔，通过调整顶部框架、底部框架与滑动套管之间的相对位置调整三向伸缩支撑架的长度及宽度并经固定螺栓固定。
所述的位移计固定架包括顶板、连接在顶板下方的顶架、与顶架套设连接的上部竖直套管、连接在该上部竖直套管下端的主框架、固定架底架，所述的主框架内设有固定夹扣吊杆，该吊杆上套设有沿吊杆上下运动的位移计固定夹扣，该夹扣内夹设位移计。
所述的固定架底架上开设有滑槽，固定架底架在主框架底部下上下运动并经固定螺栓固定滑槽以控制固定架底架的位置。
所述的变形与压力一体观测式沉降标包括依次连接在位移计底部的沉降标活动帽、穿设过位移计固定架的沉降标竖杆及沉降标活动靴底板，
所述的沉降标活动靴底板的下部连接有压力传感器，该压力传感器经Z形固定夹扣顶设在沉降标活动靴底板的下表面。
所述的Z形固定夹扣的一端卡扣压力传感器并将其顶设在沉降标活动靴底板的下表面，另一端经经螺栓与沉降标活动靴底板连接，使压力传感器与沉降标连接为一个整体，使其能同时观测土体中任一点的压力与位移。同时，将压力传感器数据线卷曲套入直径略大的波纹管中，使数据线在传感器移动时能相应延伸，不阻碍传感器移动，从而避免影响观测数据准确性和精度。
所述的压力传感器还连接有波纹管，该波纹管内置压力传感器数据线。
压力传感器包括土压力传感器或孔隙水压力传感器。
与现有技术相比，本发明能同时观测土体中任一点的位移和压力，避免了试验结果的失真，并且该装置的支撑架横向、纵向与竖向均可自由调节，能适用于不同尺寸和高度的模型箱，同时该装置采用模块化制作工艺，大幅降低该装置制作、装卸、维护成本，其中，采用的Z形固定夹扣能将压力传感器与固定于沉降标，而且Z形固定夹扣能沿滑槽滑动，因而可固定不同尺寸的压力传感器，此外该夹扣下部水平段较短，不会对压力传感器产生预压力，保证压力读书的准确。使得本发明能够应用在以下方面：
(1)岩土工程研究方面，可用于同时观测模型试验中土体任一点处的位移与压力值。
(2)工程应用方面，可以通过现场测试观测到的位移与压力，观测工程结构的安全性及经济性验证试验，还可以通过试验数据的综合对比进行结构优化设计；
(3)教学试验方面，在土力学、高等土力学等专业课上可以进行教学演示试验，使学生对岩土工程试验与测试有一个更深入直观的感性认识。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为可移动式悬挂顶架及三向伸缩支撑架的结构示意图；
图3为位移固定架的结构示意图；
图4为变形与压力一体观测式沉降标的结构示意图。
图中，
1为可移动式悬挂顶架、11为固定滑槽、12为顶架固定滑槽、13为横向滑动套管，
2为三向伸缩支撑架、21为顶部框架、22为横向顶部滑动套管、23为纵向滑动套管、24为竖向支撑管、25为竖向滑动套管、26为底部纵向滑动套管、27为底部框架、28为底部横向滑动套管，
3为位移计固定架、31为顶板、32为顶架、33为上部竖向套管、34为主框架、35为固定夹扣吊杆、36为固定夹扣、37为滑槽、38为固定架底架，
4为位移计，
5为变形与压力一体观测式沉降标、51为活动帽、52为活动靴、53为定向滑动孔、54为竖杆套管、55为活动靴底板、57为压力传感器、58为波纹管、59为压力传感器数据线、510为沉降标竖杆，
6为模型试验箱，
7为模型土。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
具有三向可伸缩式支架的土体位移及压力一体观测装置，其结构如图1所示，由盛装模型土7的模型试验箱6、架设在模型试验箱6上的三向伸缩支撑架2、架设在三向伸缩支撑架2上的可移动式悬挂顶架1、经位移计固定架3连接在可移动式悬挂顶架1上的位移计4、连接在位移计4的下端，一端伸入到模型试验箱6内盛装的模型土7内的变形与压力一体观测式沉降标5组成。
可移动式悬挂顶架及三向伸缩支撑架的结构如图2所示，其中，可移动式悬挂顶架1为长方形的框式结构，包括固定滑槽11、顶架固定滑槽12、横向滑动套管13，可移动式悬挂顶架1滑动连接在三向伸缩支撑架2的顶部，可以沿三向伸缩支撑架2顶部设置的固定滑槽11滑动，另外，横跨在三向伸缩支撑架2的两条边上套设有横向滑动套管13，该套管上开设有固定位移计固定架的顶架固定滑槽12。
三向伸缩支撑架2为长方体状的框式结构，包括顶部框架21、横向顶部滑动套管22、纵向滑动套管23、竖向支撑管24、竖向滑动套管25、底部纵向滑动套管26、底部框架27、底部横向滑动套管28，顶部框架21和底部框架27上分别套设有横向顶部滑动套管22、纵向滑动套管23、底部纵向滑动套管26、底部横向滑动套管28，在顶部滑动套管22上开设固定滑槽11，构成三向伸缩支撑架2的四条棱的为竖向支撑管24，在竖向支撑管24上还套设有竖向滑动套管25，在竖向支撑管24及竖向滑动套管25上均开设有螺栓孔，竖向支撑管24套设在竖向滑动套管25内并上下调整高度，经固定螺栓固定三向伸缩支撑架的高度，
顶部框架、底部框架以及套设的滑动套管上均开设有螺栓孔，通过调整顶部框架、底部框架与滑动套管之间的相对位置调整三向伸缩支撑架的长度及宽度并经固定螺栓固定。
位移计固定架3的结构如图3所述，主要包括顶板31、连接在顶板31下方的顶架32、与顶架32套设连接的上部竖直套管33、连接在该上部竖直套管33下端的主框架34、固定架底架38，主框架34内设有固定夹扣吊杆35，该吊杆上套设有沿吊杆上下运动的固定夹扣36用于夹设位移计4。在固定架底架38上开设有滑槽37，固定架底架38在主框架34底部下上下运动并经固定螺栓固定滑槽37以控制固定架底架38的位置。
变形与压力一体观测式沉降标的结构如图4所示，包括依次连接在位移计底部的活动帽51、穿设过位移计固定架3上开设的定向滑动孔53，套设有竖杆套管54的沉降标竖杆510、活动靴52及活动靴底板55，在活动靴底板55的下部连接有压力传感器57，该压力传感器57经压力传感器固定夹扣顶设在沉降标活动靴底板55的下表面。使用的压力传感器固定夹扣为Z形固定夹扣，Z形固定夹扣的一端卡扣压力传感器57并将其顶设在活动靴底板55的下表面，另一端经经螺栓与活动靴底板22连接，使压力传感器57与沉降标连接为一个整体，使其能同时观测土体中任一点的压力与位移。同时，将压力传感器数据线59卷曲套入直径略大的波纹管58中，使数据线在传感器移动时能相应延伸，不阻碍传感器移动，从而避免影响观测数据准确性和精度。根据测试的对象，可以选用土压力传感器或孔隙水压力传感器。
Claims (9)
1.具有三向可伸缩式支架的土体位移及压力一体观测装置，其特征在于，该装置由盛装模型土的模型试验箱、架设在模型试验箱上的三向伸缩支撑架、架设在三向伸缩支撑架上的可移动式悬挂顶架、经位移计固定架连接在可移动式悬挂顶架上的位移计、连接在位移计的下端，一端伸入到模型试验箱内盛装的模型土内的变形与压力一体观测式沉降标构成；
所述的变形与压力一体观测式沉降标包括依次连接在位移计底部的沉降标活动帽、穿设过位移计固定架的沉降标竖杆及沉降标活动靴底板，
所述的沉降标活动靴底板的下部连接有压力传感器，该压力传感器经Z形固定夹扣顶设在沉降标活动靴底板的下表面。
2.根据权利要求1所述的具有三向可伸缩式支架的土体位移及压力一体观测装置，其特征在于，所述的可移动式悬挂顶架为长方形的框式结构，滑动连接在三向伸缩支撑架的顶部，横跨在三向伸缩支撑架的两条边上套设有横向滑动套管，该套管上开设有固定位移计固定架的滑槽。
3.根据权利要求1所述的具有三向可伸缩式支架的土体位移及压力一体观测装置，其特征在于，所述的三向伸缩支撑架为长方体状的框式结构，四条棱由竖向支撑管及竖向滑动套管连接构成，顶部框架及底部框架上套设有滑动套管，顶部框架上套设在纵向滑动套管上开设有固定滑槽，可移动式悬挂顶架在所述的固定滑槽内移动并经固定螺栓固定位置。
4.根据权利要求3所述的具有三向可伸缩式支架的土体位移及压力一体观测装置，其特征在于，
所述的竖向支撑管及竖向滑动套管上均开设有螺栓孔，竖向支撑管套设在竖向滑动套管内并上下调整高度，经固定螺栓固定三向伸缩支撑架的高度，
所述的顶部框架、底部框架以及套设的滑动套管上均开设有螺栓孔，通过调整顶部框架、底部框架与滑动套管之间的相对位置调整三向伸缩支撑架的长度及宽度并经固定螺栓固定。
5.根据权利要求1所述的具有三向可伸缩式支架的土体位移及压力一体观测装置，其特征在于，所述的位移计固定架包括顶板、连接在顶板下方的顶架、与顶架套设连接的上部竖直套管、连接在该上部竖直套管下端的主框架、固定架底架，所述的主框架内设有固定夹扣吊杆，该吊杆上套设有沿吊杆上下运动的位移计固定夹扣，位移计固定夹扣内夹设位移计。
6.根据权利要求5所述的具有三向可伸缩式支架的土体位移及压力一体观测装置，其特征在于，所述的固定架底架上开设有滑槽，固定架底架在主框架底部下上下运动并经固定螺栓固定滑槽以控制固定架底架的位置。
7.根据权利要求1所述的具有三向可伸缩式支架的土体位移及压力一体观测装置，其特征在于，所述的Z形固定夹扣的一端卡扣压力传感器并将其顶设在沉降标活动靴底板的下表面，另一端经经螺栓与沉降标活动靴底板连接。
8.根据权利要求1所述的具有三向可伸缩式支架的土体位移及压力一体观测装置，其特征在于，所述的压力传感器还连接有波纹管，该波纹管内置压力传感器数据线。
9.根据权利要求1所述的具有三向可伸缩式支架的土体位移及压力一体观测装置，其特征在于，所述的压力传感器包括土压力传感器或孔隙水压力传感器。
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