CN105388067B - 均布荷载增压装置、三维边坡破坏模型试验装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种均布荷载增压装置、三维边坡破坏模型试验装置和方法，属于用机械应力测试固体材料的强度特性技术领域。该增压装置包括平板、施力单元、增压机构，施力单元用于施加作用点在平板上的作用力，平板直接接触作用力的承载物，增压机构用于增加承载物能够对外施加的力的大小。该试验装置基于该增压装置而实现。该试验方法基于该试验装置而实现。该增压装置能够使得荷载均布，再进一步通过增压机构使该承载物能够对外施加的力的大小增加时，能够使该增加的荷载也均布。该试验装置和方法测试后得到的加载部位破坏过程中的试验结果更接近现实场景，能够为相关的工程设计提供更加精准的理论依据。

Description

均布荷载增压装置、三维边坡破坏模型试验装置和方法

技术领域

本发明涉及用机械应力测试固体材料的强度特性技术领域，特别是涉及一种均布荷载增压装置、三维边坡模型试验荷载装置和方法。

背景技术

力是基本物理量之一，因为影响力的作用效果的所有方面都可以归结成为大小、方向、作用点，因此，力的大小、方向、作用点是力的三要素。在科学研究中，为了方便，经常对研究对象抽象、具体和形象化。力是物体对物体的作用，具有推、拉、提、压、吸引、排斥等作用方式。研究时，我们可以把作用在物体上的力，看作是集中在一点，这就是力的作用点。大小和方向相同的两个力，作用在一个物体上的不同位置时，会产生不同的效果。例如，扭螺钉时，在扳手上离螺钉越远的位置施力越省力，越近则越费力；推门时，在门柄处推门很容易，在门的最里侧推门则很难推开。但是，在一些模拟试验中，为了最大程度地接近现实场景，经常需要对一个物体在较大的面积上施加均匀的作用力，在这种情况下，如果无法对该物体在较大的面积上施加均匀的作用力，则该模拟试验的试验结果会与现实场景偏差很大，导致试验结果无法为相关的工程设计提供理论依据。

例如，边坡的稳定性分析一直是岩土力学与工程的重要研究课题，而我国又是边(滑)坡灾害频发的国家，史书上早有“地移掩村”和“山崩堵江”的记载。边(滑)坡的主要危害是造成人员伤亡和摧毁城乡建筑、交通道路、工厂矿山、水利水电工程、农田土地等，边(滑)坡灾害给社会经济和人民生活带来严重的威胁。因此，分析边(滑)破成因、探讨边(滑)破机理对我国国民经济建设和可持续发展的重要性是不言而喻的。

边坡物理模型试验是分析边(滑)破成因、探讨边(滑)破机理的重要手段之一。在边坡三维模型试验平台方面，很多专家进行了相关研究，例如：

申请公布号为CN103884831A的中国发明专利公开了一种路基边坡与地下工程多功能三维模型试验平台。参见附图1、图中、01-地下槽体、02-反力墙、03-反力支撑架、04-透明侧壁、05-连杆、06-门、07-竖向加载纵梁、08-可拆卸中隔板、09-作动器、010-加载板、011-锚索接钩。

申请公布号为CN104677739A的中国发明专利公开了一种二元结构土质边坡破坏的三维模型试验平台装置。参见附图2，201-基座、202第一螺杆、203-后挡板、204-第二螺杆、205-螺母、206-支撑杆、207-正方形网格、208-左有机玻璃板、209-前挡板、210-上连接板、211-右有机玻璃板。

但是，在以上研究的三维模型试验平台中，加载装置均是采用刚性加载板，施加的荷载也不是均布的，其无法模拟均布柔性荷载，因此，试验结果与现实情况偏差很大。导致试验结果无法为相关的工程设计提供理论依据。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种均布荷载增压装置、包含该均布荷载增压装置的三维边坡破坏模型试验装置、基于该三维边坡破坏模型试验装置而实现的三维边坡破坏模型试验方法，从而更加适于实用。

为了达到上述第一个目的，本发明提供的均布荷载增压装置的技术方案如下：

本发明提供的均布荷载增压装置包括平板、施力单元、增压机构，所述施力单元用于施加作用点在所述平板上的作用力，所述平板直接接触所述作用力的承载物，所述增压机构用于增加所述承载物能够对外施加的力的大小。

本发明提供的均布荷载增压装置的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

作为优选，所述均布荷载增压装置还包括容器，所述容器具有侧壁，所述平板具有厚度，所述容器的内截面形状与所述平板的横截面形状相同，所述平板与所述容器的内壁构成滑动副。

作为优选，所述作用力的承载物为柔性承载物，所述平板的底面与所述侧壁之间具有容置空间，所述柔性承载物充斥于所述容置空间内，所述增压机构用于增加所述柔性承载物的量，使得所述柔性承载物能够对外施加的力的大小增加。

作为优选，所述柔性承载物包括外包装和内容物，所述外包装由柔性材质制成，所述内容物充斥于所述外包装内；

所述内容物为气体，所述增压机构为气瓶，所述气瓶通过输气管路与处于所述外包装内的气体连通，所述输气管路上设有第一阀门，通过所述输气管路向所述外包装内充入气体时，所述外包装内容置的气体的量增加，使得所述柔性承载物能够对外施加的力的大小增加；

或者，

所述内容物为液体，所述增压机构为液压泵，所述液压泵通过输液管路与处于所述外包装内的液体连通，所述输液管路上设有第二阀门，通过所述液压泵向所述外包装内充入液体时，所述外包装内容置的液体的量增加，使得所述柔性承载物能够对外施加的力的大小增加。

作为优选，所述均布荷载增压装置还包括压力探测装置，所述压力探测装置用于探测所述内容物的压力。

作为优选，所诉均布荷载增压装置还包括压力设定装置，

所述压力设定装置用于设定所述柔性承载物能够对外施加的力的大小；

当所述压力探测装置检测到所述内容物的压力小于所述柔性承载物对外施加压力的设定值时，开启所述第一阀门或者第二阀门，使所述气瓶内的气体或者液体充入所述外包装内，直至所述压力探测装置检测到的所述内容物的压力达到所述柔性承载物对外施加压力的设定值时，关闭所述第一阀门或者第二阀门。

作为优选，所述第一阀门为第一电子阀门，所述第二阀门为第二电子阀门；

当所述压力探测装置检测到所述内容物的压力大小与所述柔性承载物对外施加压力的设定值时，所述压力探测装置通知所述第一电子阀门或者第二电子阀门，使得所述第一电子阀门或者第二电子阀门得电而自动开启，直至所述压力探测装置检测到所述内容物的压力达到所述柔性承载物对外施加压力的设定值时，所述压力探测装置通知所述第一电子阀门或者第二电子阀门，使得所述第一电子阀门或者第二电子阀门失电而自动关闭。

作为优选，所述均布荷载增压装置还包括连接管，所述压力探测装置为压力表，所述连接管固定连接于所述外包装，所述外包装通过所述连接管与外界连通，所述压力表可拆卸地连接于所述连接管。

作为优选，所述压力表与所述连接管之间构成螺纹副，或者，所述压力表通过一卡扣结构连接于所述连接管。

作为优选，所述平板上设有通孔，所述连接管穿过所述通孔。

作为优选，所述均布荷载增压装置还包括第二远程接口，所述第二远程接口设置在所述压力表上，所述压力表通过所述第二远程接口将探测到的压力数据发送至终端设备。

作为优选，所述压力探测机构为压力传感器、无线通信接口，所述压力传感器包容在所述外包装内，所述无线通信接口设置在所述压力传感器上，所述压力传感器通过所述无线通信接口将探测到的压力数据发送至终端设备。

作为优选，所述终端设备选自PC、手机、单片机中的若干种。

作为优选，所述终端设备上设有压力数据接收器。

作为优选，所述压力数据接收器为硬件装置或者第二虚拟模块。

作为优选，所述第二虚拟模块为第二APP。

作为优选，所述均布荷载增压装置还包括位移传感器，所述位移传感器用于探测所述平板的位移。

作为优选，所述均布荷载增压装置还包括第一远程接口，所述位移传感器通过所述第一远程接口将所述位移数据发送至所述终端设备。

作为优选，所述终端设备上设有位移数据接收器。

作为优选，所述位移数据接收器为硬件装置或者第一虚拟模块。

作为优选，所述第一虚拟模块为第一APP，所述第一APP还用于计算所述外包装的变形量，所述变形量的运算公式为ΔV＝S×Δd，其中，ΔV-外包装变形量、S-平板的横截面的面积、Δd-平板的位移。

作为优选，所述外包装由橡胶或者塑料制成。

为了达到上述第二个目的，本发明提供的三维边坡破坏模型试验装置的技术方案如下：

本发明提供的三维边坡破坏模型试验装置包括本发明提供的均布荷载增压装置、边坡地表变形监测装置，

所述承载物直接接触三维边坡的加载部位；

所述边坡地表变形监测装置用于实时监测所述加载部位的地表变形情况。

本发明提供的三维边坡破坏模型试验装置的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

作为优选，所述边坡地表变形监测装置为扫描仪。

作为优选，所述扫描仪为三维激光扫描仪。

为了达到上述第三个目的，本发明提供的三维边坡破坏模型试验方法的技术方案如下：

本发明提供的三维边坡破坏模型试验方法基于本发明提供的三维边坡破坏模型试验装置而实现，所述三维边坡破坏模型试验方法包括以下步骤：

组装本发明提供的均布荷载增压装置；

令所述均布荷载增压装置的承载物直接接触三维边坡模型试验的加载部位；

通过所述施力单元向所述平板施加荷载；

通过所述增压机构增加所述承载物能够对外施加的大小，进行三维边坡破坏模型试验，在此过程中，利用所述边坡地表变形监测装置实时监测所述加载部位的地表变形情况。

本发明提供的三维边坡破坏模型试验方法的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

作为优选，所述三维边坡模型试验荷载方法还包括将所述内容物充斥于所述外包装的步骤。

作为优选，将所述内容物充斥于所述外包装的步骤包括以下步骤：

通过所述连接管将所述内容物充斥至所述外包装内；

将所述压力表装设于所述连接管上。

作为优选，将所述内容物充斥于所述外包装的步骤包括以下步骤：

将所述内容物充斥于所述外包装内。

本发明提供的均布荷载增压装置在应用时，由施力单元施加的作用力的作用点在平板上，通过该平板的传递，再由直接接触该平板的承载物向外施加荷载时，能够使得荷载均布，再进一步通过均布荷载增压装置使该承载物能够对外施加的力的大小增加时，能够使该增加的荷载也均布。

本发明提供的三维边坡破坏模型试验装置应用了本发明提供的均布荷载增压装置，由承载物直接接触三维边坡破坏模型试验的加载部位时，三维边坡破坏模型试验的加载部位受到的荷载为均布荷载，再进一步通过边坡地表变形监测装置对加载部位的地表变形情况进行实时监测得到的试验结果更接近显示场景，能够为相关的工程设计提供更加精准的理论依据。

本发明提供的三维边坡破坏模型试验荷载方法基于本发明提供的三维边坡破坏模型试验荷载装置而实现，由承载物直接接触三维边坡破坏模型试验的加载部位时，三维边坡破坏模型试验的加载部位受到的荷载为均布荷载，测试后得到的加载部位破坏过程中的试验结果更接近现实场景，能够为相关的工程设计提供更加精准的理论依据。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是申请公布号为CN103884831A的中国发明专利公开的路基边坡与地下工程多功能三维模型试验平台的结构示意图；

图2是申请公布号为CN104677739A的中国发明专利公开的二元结构土质边坡破坏的三维模型试验平台装置的示意图；

图3为本发明实施例一提供的均布荷载增压装置的结构示意图；

图4为本发明实施例一提供的均布荷载增压装置在应用过程中平板发生倾斜时的结构示意图；

图5为本发明实施例二提供的均布荷载增压装置的结构示意图；

图6为本发明实施例三提供的均布荷载增压装置(压力表组装后)的结构示意图；

图7为本发明实施例三提供的均布荷载增压装置(压力表组装前)的结构示意图；

图8为本发明实施例四提供的均布荷载增压装置的结构示意图；

图9为本发明实施例八提供的三维边坡破坏模型试验方法的步骤流程图；

图10为本发明实施例十提供的三维边坡破坏模型试验装置的示意图图；

图11为本发明实施例十提供的三维边坡破坏模型试验装置中应用的反力架的示意图。

具体实施方式

本发明为解决现有技术存在的问题，提供一种均布荷载增压装置、包含该均布荷载增压装置的三维边坡破坏模型试验装置、基于该三维边坡破坏模型试验装置而实现的三维边坡破坏模型试验方法，从而更加适于实用。

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的均布荷载增压装置、三维边坡破坏模型试验装置和方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，具体的理解为：可以同时包含有A与B，可以单独存在A，也可以单独存在B，能够具备上述三种任一种情况。

实施例一

参见附图3，本发明实施例一提供的均布荷载增压装置包括平板1、施力单元2、增压机构，施力单元2用于施加作用点在平板1上的作用力，平板1直接接触作用力的承载物3，增压机构用于增加承载物3能够对外施加的力大小。

本发明实施例一提供的均布荷载增压装置在应用时，由施力单元2施加的作用力的作用点在平板1上，通过该平板1的传递，再由直接接触该平板1的承载物3向外施加荷载时，能够使得荷载均布，再进一步通过均布荷载增压装置使该承载物能够对外施加的力的大小增加时，能够使该增加的载荷也均布。

其缺点在于，当作用在平板1上的作用力的作用点不是刚好在平板1的中心处时，容易导致平板1倾斜，参见附图4，此时，平板1与承载物3之间的面接触改为点接触，无法达到使荷载均布的效果。

实施例二

参见附图5，在本发明实施例一提供的均布荷载增压装置的基础上进行改进，本发明实施例二提供的均布荷载增压装置还包括容器4，容器4具有侧壁，平板1具有厚度，容器4的内截面形状与平板1的横截面形状相同，平板1与容器4的内壁构成滑动副。在这种情况下，容器4的内壁能够与平板1的外壁之间形成约束，使得平板1只能沿容器4的内壁方向上下移动，能够避免由平板4倾斜导致的出现在本发明实施例一提供的均布荷载增压装置中的缺陷。

本实施例中，作用力的承载物3为柔性承载物，平板1的底面与侧壁之间具有容置空间，柔性承载物充斥于容置空间内，增压机构用于增加柔性承载物3的量，使得柔性承载物3能够对外施加的力的大小增加。当承载物3向外施加荷载时，该荷载会受到承载物3和/或该荷载的承受物的形状限制，承载物3的凸起部会呈现应力集中的效应，而将承载物设计成柔性承载物后，其形状可以与该荷载的承受物的形状相适应，从而避免由承载物3和/或该荷载的承受物的形状导致的应力集中，依然能够达到使荷载均布的效果。

其中，作为柔性承载物的一种具体的实现方式，本实施例中，柔性承载物包括外包装和内容物，

所述外包装由柔性材质制成，所述内容物充斥于所述外包装内；

所述内容物为气体，所述增压机构为气瓶，所述气瓶通过输气管路与处于所述外包装内的气体连通，所述输气管路上设有第一阀门，通过所述输气管路向所述外包装内充入气体时，所述外包装内容置的气体的量增加，使得所述柔性承载物能够对外施加的力的大小增加；

或者，

所述内容物为液体，所述增压机构为液压泵，所述液压泵通过输液管路与处于所述外包装内的液体连通，所述输液管路上设有第二阀门，通过所述液压泵向所述外包装内充入液体时，所述外包装内容置的液体的量增加，使得所述柔性承载物能够对外施加的力的大小增加。此外，柔性承载物还可以由其他柔性材质制成，但是，对于有些柔性材质而言，比较难以测定其压力，而当采用本实施例的柔性承载物时，可以借助压力探测装置对其压力进行测定。因此，本实施例中，还包括压力探测装置，压力探测装置用于探测内容物的压力。

本实施例中，外包装由橡胶或者塑料制成。橡胶和塑料都具有柔性，但是，有些橡胶或者塑料的弹性并不是非常大，其更加适宜应用在本发明实施例二提供的均布荷载增压装置中，当材料弹性过大时，由于外包装无法实现限制充斥在外包装内的气体或者液体扩散的作用，气体或者液体产生的压力实际上时由容器4对气体或者液体的限制而实现，由于容器4与荷载的承受物之间的接触面积较小，容易导致该外包装连同内容物整体被挤出该容器4。

实施例三

参见附图6和附图7，作为本发明实施例二提供的均布荷载增压装置的第一种具体的实现方式，本发明实施例三提供的均布荷载增压装置还包括连接管6，压力探测装置为压力表5，连接管6固定连接于外包装，外包装通过连接管6与外界连通，压力表5可拆卸地连接于连接管6。参见附图6，压力表5与连接管6之间构成螺纹副，或者，压力表5通过一卡扣结构连接于连接管6。本实施例中，为了便于压力表5的布置，平板1上设有通孔7，连接管6穿过通孔7。本实施例中，将内容物充斥于外包装的步骤包括以下步骤：通过连接管6将内容物充斥至外包装内；将压力表5装设于连接管6上。也就是说，在本实施例中，连接管6具有两个作用：第一个作用是作为内容物进入外包装的通道；第二个作用是作为压力表5与外包装内的内容物的连通管路。

此外，本实施例中，该均布荷载增压装置还可以包括压力设定装置，所述压力设定装置用于设定所述柔性承载物能够对外施加的力的大小；

当所述压力探测装置检测到所述内容物的压力小于所述柔性承载物3对外施加压力的设定值时，开启所述第一阀门或者第二阀门，使所述气瓶内的气体或者液体充入所述外包装内，直至所述压力探测装置检测到的所述内容物的压力达到所述柔性承载物对外施加压力的设定值时，关闭所述第一阀门或者第二阀门。在这种情况下，需要手动开启或者关闭该第一阀门或者第二阀门。

其中，所述第一阀门为第一电子阀门，所述第二阀门为第二电子阀门；

当所述压力探测装置检测到所述内容物的压力大小与所述柔性承载物对外施加压力的设定值时，所述压力探测装置通知所述第一电子阀门或者第二电子阀门，使得所述第一电子阀门或者第二电子阀门得电而自动开启，直至所述压力探测装置检测到所述内容物的压力达到所述柔性承载物对外施加压力的设定值时，所述压力探测装置通知所述第一电子阀门或者第二电子阀门，使得所述第一电子阀门或者第二电子阀门失电而自动关闭。在这种情况下，对第一电子阀门、第二电子阀门的开启或者关闭能够自动完成，因此，能够减少对人力资源的耗费。

实施例四

参见附图8，在本发明实施例三提供的均布荷载增压装置的基础上进行改进，本发明实施例四提供的均布荷载增压装置还包括第二远程接口(图中未示出)，第二远程接口(图中未示出)设置在压力表5上，压力表5通过第二远程接口(图中未示出)将探测到的压力数据发送至终端设备。本实施例中，终端设备为PC和/或手机，实践中，还可以选用单片机。在这种情况下，工作人员无需值守在该均布荷载增压装置旁边，通过该终端设备即可得知压力表5探测到的压力数据值。

在这种情况下，通常需要该终端设备上设有压力数据接收器，实践中，压力数据接收器可以为硬件装置或者第二虚拟模块。当压力数据接收器为硬件装置时，需要对终端设备本身进行改造，即需要在该终端设备的电路板上增设相应的元器件；当压力数据接收器为第二虚拟模块时，只需要在改终端设备上写入相应程序即可，无需在该终端设备的电路板上增设相应的元器件，此时，为了使操作更加方便，可以在该终端设备上加载一第二APP，作为用于接收压力数据的第二虚拟模块。

实施例五

与本发明实施例三不同，作为本发明实施例二提供的均布荷载增压装置的第二种具体的实现方式，在本发明实施例五提供的均布荷载增压装置中，压力探测机构包括压力传感器、无线通信接口，压力传感器包容在外包装内，无线通信接口设置在压力传感器上，压力传感器通过无线通信接口将探测到的压力数据发送至终端设备。在这种情况下，由于压力传感器直接装设在外包装内，无需在该外包装上开口以供连接管6连接，也无需在平板1上开设通孔7，因此，使得本发明实施例五提供的均布荷载增压装置的结构更加简单，所不同的是，在本发明实施例五中，压力传感器最好应用无线通信接口将探测到的压力数据发送至终端设备，当压力传感器通过有线通信接口将探测到的压力数据发送至终端设备时，需要在外包装上开孔，以供数据线穿出，在数据线与外包装之间的接合处，容易导致内容物泄漏，进而影响本发明实施例五提供的均布荷载增压装置的试验准确性。

在本实施例中，将内容物充斥于外包装的步骤包括以下步骤：将内容物充斥于外包装内。

实施例六

在本发明实施例三～五中任一提供的均布荷载增压装置的基础上进行改进，本发明实施例六提供的均布荷载增压装置还包括位移传感器，位移传感器用于探测平板1的位移。本实施例中，还包括第一远程接口，位移传感器通过第一远程接口将位移数据发送至终端设备。在这种情况下，无需人工测量，即可得知该平板1的位移数据，在选用的位移传感器为精密位移传感器的情况下，即使平板1的位移量很小，也能够准确地被计量。在这种情况下，需要在终端设备上设有位移数据接收器，位移数据接收器为硬件装置或者第一虚拟模块。当位移数据接收器为硬件装置时，需要对终端设备本身进行改造，即需要在该终端设备的电路板上增设相应的元器件；当位移数据接收器为第一虚拟模块时，只需要在该终端设备上写入相应程序即可，无需在该终端设备的电路板上增设相应的元器件，此时，为了使操作更加方便，可以在该终端设备上加载一第一APP，作为用于接收位移数据的第一虚拟模块。本实施例中，该第一APP还用于计算外包装的变形量，变形量的运算公式为ΔV＝S×Δd，其中，ΔV-外包装变形量、S-平板的横截面的面积、Δd-平板的位移。在这种情况下，无需人工计算，即可得到外包装的变形量，在这种情况下，该第一APP还能够根据V_x＝V₀-ΔV(其中，V_x-外包装变形后的体积、V₀-外包装的原始体积)，得到外包装在变形后的体积，进而，在该内容物的原始压力已知的情况下，根据克拉伯龙方程PV＝nRT，通过计算得到外包装在变形后的压力数据，本实施例中，该计算过程也可以由该第一APP完成，因此，在本发明实施例六提供的均布荷载增压装置中，无需增设压力表或者压力传感器。

实施例七

本发明实施例七提供的三维边坡破坏模型试验装置包括本发明提供的均布荷载增压装置、边坡地表变形监测装置，承载物3直接接触三维边坡破坏模型试验的加载部位；所述边坡地表变形监测装置用于实时监测所述加载部位的地表变形情况。

本发明实施例七提供的三维边坡破坏模型试验装置应用了本发明实施例一～六中任一提供的均布荷载增压装置，由承载物3直接接触三维边坡模型试验的加载部位时，三维边坡破坏模型试验的加载部位受到的荷载为均布荷载。本实施例中，所述边坡地表变形监测装置为扫描仪；更具体地，所述扫描仪为三维激光扫描仪。其能够对该边坡地表变形进行更加精准的实时监测。

实施例八

参见附图9，本发明实施例八三维边坡破坏模型试验方法包括以下步骤：

步骤1：组装本发明实施例一～七中任一的均布荷载增压装置；

步骤2：令均布荷载增压装置的承载物3直接接触三维边坡破坏模型试验的加载部位；

步骤3：通过施力单元向平板施加荷载；

步骤4：通过所述增压机构增加所述承载物能够对外施加的大小，进行三维边坡破坏模型试验，在此过程中，利用所述边坡地表变形监测装置实时监测所述加载部位的地表变形情况。

本发明实施例八提供的三维边坡破坏模型试验方法基于本发明实施例七提供的三维边坡破坏模型试验装置而实现，由承载物3直接接触三维边坡破坏模型试验的加载部位时，三维边坡破坏模型试验的加载部位受到的荷载为均布荷载，再进一步通过边坡地表变形监测装置对加载部位的地表变形情况进行实时监测得到的试验结果更接近现实场景，能够为相关的工程设计提供更加精准的理论依据。

实施例九

在本发明实施例八提供的三维边坡破坏模型试验方法的基础上进行改进，在本发明实施例九提供的三维边坡模型试验荷载方法中，均布荷载增压装置为本发明实施例二～六中任一的均布荷载增压装置，三维边坡破坏模型试验方法还包括将内容物充斥于外包装的步骤。

承载物3向外施加荷载时，该荷载会受到承载物3和/或该荷载的承受物的形状限制，承载物3的凸起部会呈现应力集中的效应，而将承载物设计成柔性承载物后，其形状可以与该荷载的承受物的形状相适应，从而避免由承载物3和/或该荷载的承受物的形状导致的应力集中，依然能够达到使荷载均布的效果。

实施例十

参见附图10和附图11，本发明实施例十的提供的均布荷载增压装置、三维边坡破坏模型试验装置和方法的基本思路是，在反力架的承压板15下面设置充满油17的液囊16，液囊16与负责增压的油泵18连接，用于实现均布压力荷载；由三维激光扫描仪负责实时监测边坡地表变形。

反力架主要部件包括样槽11(里面放置边坡体，由样槽脚13支撑其平衡，反力架本体12从其底部穿过用于提供整个荷载的反力)、反力架本体12(穿过样槽11底部，上部与传力杆14连接，用于提供整个结构的反力)、传力杆14(用于连接反力架12和承压板15，传递荷载)、承压板15(用于连接传力杆14和液囊16，传递荷载)、液囊16(里面充满液态油17，液囊16的下面即是所加载的坡顶)、增压油泵18通过连接管(含接头)20与液囊16连接，用于控制液囊16内油的压力、侧限装置19由钢板制作而成，用于防止加载过程中液囊16受压后被挤出，还用于防止传力杆14倾斜、连接管(含接头)20一头与液囊16和增压油泵18连接，另一头与坡体21，该坡体21是事先制作好的用于研究边坡破坏过程的边坡体。

应用该三维边坡破坏模型试验装置进行试验的方法包括以下步骤：

步骤1：装配样槽11、反力架本体12及边坡体21制作

装配样槽11，将反力架本体2放置完毕，即可在样槽11内制作用于研究边坡破坏过程的边坡体21。

步骤2：装配加载装置

首先，将液囊16放置于需要加载的边坡体21顶部，将连接管(含接头)20与液囊16连接；然后，放置承压板15于液囊16之上，连接管(含接头)20从承压板15预留口拉出；其次，侧限装置19安装，将连接管(含接头)20从侧限装置19顶部的预留孔拉出，通过连接管(含接头)20将液囊16与增压油泵18连接；最后，将传力杆14放置在承压板15上，与上部反力架本体12连接。

步骤3：安装监测装置

在样槽11周围稳定的地方，放置三维激光扫描仪，将其能观测整个边坡体21全部地表。

步骤4：加载

将增压油泵18启动，为液囊16内的油压增压，液囊16下侧与坡顶直接接触，坡顶则受到了液囊16传来的均布荷载。加载过程中油泵18可显示所受荷载大小。

步骤5：边坡体变形监测

在加载过程中，由三维激光扫描仪进行监测边坡体地表变形的时空演化。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (21)

1.一种均布荷载增压装置，其特征在于，包括平板、施力单元、增压机构，所述施力单元用于施加作用点在所述平板上的作用力，所述平板直接接触所述作用力的承载物，所述增压机构用于增加所述承载物能够对外施加的力的大小;

所述均布荷载增压装置还包括容器，所述容器具有侧壁，所述平板具有厚度，所述容器的内截面形状与所述平板的横截面形状相同，所述平板与所述容器的内壁构成滑动副；

所述作用力的承载物为柔性承载物，所述平板的底面与所述侧壁之间具有容置空间，所述柔性承载物充斥于所述容置空间内，所述增压机构用于增加所述柔性承载物的量，使得所述柔性承载物能够对外施加的力的大小增加；

所述柔性承载物包括外包装和内容物，所述外包装由柔性材质制成，所述内容物充斥于所述外包装内；

所述内容物为气体，所述增压机构为气瓶，所述气瓶通过输气管路与处于所述外包装内的气体连通，所述输气管路上设有第一阀门，通过所述输气管路向所述外包装内充入气体时，所述外包装内容置的气体的量增加，使得所述柔性承载物能够对外施加的力的大小增加；

或者，

所述内容物为液体，所述增压机构为液压泵，所述液压泵通过输液管路与处于所述外包装内的液体连通，所述输液管路上设有第二阀门，通过所述液压泵向所述外包装内充入液体时，所述外包装内容置的液体的量增加，使得所述柔性承载物能够对外施加的力的大小增加；

还包括位移传感器，所述位移传感器用于探测所述平板的位移；

还包括第一远程接口，所述位移传感器通过所述第一远程接口将位移数据发送至终端设备；

所述终端设备上设有位移数据接收器；

所述位移数据接收器为硬件装置或者第一虚拟模块；

所述第一虚拟模块为第一APP，所述第一APP还用于计算所述外包装的变形量，所述变形量的运算公式为ΔV=S×Δd，其中，ΔV-外包装变形量、S-平板的横截面的面积、Δd-平板的位移。

2.根据权利要求1所述的均布荷载增压装置，其特征在于，还包括压力探测装置，所述压力探测装置用于探测所述内容物的压力。

3.根据权利要求2所述的均布荷载增压装置，其特征在于，还包括压力设定装置，

所述压力设定装置用于设定所述柔性承载物能够对外施加的力的大小；

当所述压力探测装置检测到所述内容物的压力小于所述柔性承载物对外施加压力的设定值时，开启所述第一阀门或者第二阀门，使所述气瓶内的气体或者液体充入所述外包装内，直至所述压力探测装置检测到的所述内容物的压力达到所述柔性承载物对外施加压力的设定值时，关闭所述第一阀门或者第二阀门。

4.根据权利要求3所述的均布荷载增压装置，其特征在于，所述第一阀门为第一电子阀门，所述第二阀门为第二电子阀门；

当所述压力探测装置检测到所述内容物的压力小于所述柔性承载物对外施加压力的设定值时，所述压力探测装置通知所述第一电子阀门或者第二电子阀门，使得所述第一电子阀门或者第二电子阀门得电而自动开启，直至所述压力探测装置检测到所述内容物的压力达到所述柔性承载物对外施加压力的设定值时，所述压力探测装置通知所述第一电子阀门或者第二电子阀门，使得所述第一电子阀门或者第二电子阀门失电而自动关闭。

5.根据权利要求3所述的均布荷载增压装置，其特征在于，还包括连接管，所述压力探测装置为压力表，所述连接管固定连接于所述外包装，所述外包装通过所述连接管与外界连通，所述压力表可拆卸地连接于所述连接管。

6.根据权利要求5所述的均布荷载增压装置，其特征在于，所述压力表与所述连接管之间构成螺纹副，或者，所述压力表通过一卡扣结构连接于所述连接管。

7.根据权利要求5所述的均布荷载增压装置，其特征在于，所述平板上设有通孔，所述连接管穿过所述通孔。

8.根据权利要求5所述的均布荷载增压装置，其特征在于，还包括第二远程接口，所述第二远程接口设置在所述压力表上，所述压力表通过所述第二远程接口将探测到的压力数据发送至终端设备。

9.根据权利要求2所述的均布荷载增压装置，其特征在于，所述压力探测装置为压力传感器、无线通信接口，所述压力传感器包容在所述外包装内，所述无线通信接口设置在所述压力传感器上，所述压力传感器通过所述无线通信接口将探测到的压力数据发送至终端设备。

10.根据权利要求1、8、9中任一所述的均布荷载增压装置，其特征在于，所述终端设备选自PC、手机、单片机中的若干种。

11.根据权利要求1、8、9中任一所述的均布荷载增压装置，其特征在于，所述终端设备上设有压力数据接收器。

12.根据权利要求11所述的均布荷载增压装置，其特征在于，所述压力数据接收器为硬件装置或者第二虚拟模块。

13.根据权利要求12所述的均布荷载增压装置，其特征在于，所述第二虚拟模块为第二APP。

14.根据权利要求1所述的均布荷载增压装置，其特征在于，所述外包装由橡胶或者塑料制成。

15.一种三维边坡破坏模型试验装置，其特征在于，包括权利要求1～14中任一所述的均布荷载增压装置、边坡地表变形监测装置，

所述承载物直接接触三维边坡的加载部位；

所述边坡地表变形监测装置用于实时监测所述加载部位的地表变形情况。

16.根据权利要求15所述的三维边坡破坏模型试验装置，其特征在于，所述边坡地表变形监测装置为扫描仪。

17.根据权利要求16所述的三维边坡破坏模型试验装置，其特征在于，所述扫描仪为三维激光扫描仪。

18.一种三维边坡破坏模型试验方法，其特征在于，基于权利要求15～17中任一所述的三维边坡破坏模型试验装置而实现，所述三维边坡破坏模型试验方法包括以下步骤：

组装权利要求1～14中任一所述的均布荷载增压装置；

令所述均布荷载增压装置的承载物直接接触三维边坡模型试验的加载部位；

通过所述施力单元向所述平板施加荷载；

通过所述增压机构增加所述承载物能够对外施加的力的大小，进行三维边坡破坏模型试验，在此过程中，利用所述边坡地表变形监测装置实时监测所述加载部位的地表变形情况。

19.根据权利要求18所述的三维边坡破坏模型试验方法，其特征在于，所述三维边坡模型试验荷载方法还包括将所述内容物充斥于所述外包装的步骤。

20.根据权利要求18所述的三维边坡破坏模型试验方法，其特征在于，所述均布荷载增压装置为权利要求5～7中任一所述的均布荷载增压装置，将所述内容物充斥于所述外包装的步骤包括以下步骤：

通过所述连接管将所述内容物充斥至所述外包装内；

将压力表装设于所述连接管上。

21.根据权利要求18所述的三维边坡破坏模型试验方法，其特征在于，所述均布荷载增压装置为权利要求9所述的均布荷载增压装置，将所述内容物充斥于所述外包装的步骤包括以下步骤：

将所述内容物充斥于所述外包装内。