CN106759536A - 一种控制施加与监测锚索拉力的模型试验装置与试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程试验设备技术领域，具体涉及一种控制施加与监测锚索拉力的模型试验装置与试验方法，本发明的控制施加与监测锚索拉力的模型试验装置包括用于传递拉力的拉力传感器，所述拉力传感器布置于固定框架内，该固定框架设置有与支挡结构连接的安装结构，该安装结构与支挡结构相适配，拉力传感器一端设有用于固定锚索的结构，另一端连接有用于提供动力的传力机构，所述拉力传感器连接有显示拉力大小的读数显示器，该试验装置通过对锚索施加拉力，使锚索受到的拉力能得到有效控制，同时实时监测到锚索拉力的变化情况和变化规律，从而解决了现有技术中难以监测锚索拉力的变化情况的问题，为锚索桩板墙的结构稳定性提供指导和依据。

Description

一种控制施加与监测锚索拉力的模型试验装置与试验方法

技术领域

本发明涉及工程试验设备技术领域，特别涉及一种控制施加与监测锚索拉力的模型试验装置与试验方法。

背景技术

在工程建设过程中，当铁路或公路以深路堑方式通过山丘地段时，由于两侧的岩层间夹有软弱夹层，这种岩层极易发生滑坡或坍陷现象，为了避免发生滑坡或塌陷，通常会采用锚索桩板墙对岩层进行加固，保证路堑边坡的稳定。在堆砌的填土施工区域也同样会采用锚索桩墙板对填土进行固定，锚索桩板墙的

在工程建设中，锚索加桩板墙的支护结构使非常常见的，常用于深基坑工程以及边坡支护等工程中，在选用此种支护结构前，对其支护性能等各方面的特性进行试验研究是非常必要的。目前，针对此种支护结构的室内试验研究比较缺乏，特别是针对锚索拉力变化情况的研究更少。在实验室对这种支护结构研究时，需要模拟出这种支护结构的实际工况，可以通过用PVC材料模拟桩板墙、用钢绞线模拟锚索以及用砂来模拟后填土的方法来模拟类似于边坡的桩板墙加锚索的支护结构，其结构如图1所示，锚索1穿过填土区域2，锚索1的外端锚固于桩板墙3上，另一端锚固在填土中，锚索1的锚固力直接影响着填土的应力状态和滑动稳定条件。

使用锚索桩板墙对填土进行支护后，桩板墙在对填土进行支护时对填土形成阻挡力，同时，填土会对桩板墙产生与向基坑内的主动土压力，使桩板墙发生变形和移动，桩板墙带动锚索，使锚索受到向外的拉力。为了有效观测锚索拉力的变化情况，以及监测锚索在拉力变化时，桩板墙发生变形位移的情况，需要使用精密的试验装置在试验室对这一过程进行测量、分析和研究，现有的试验装置由于难以监测锚索拉力的变化情况。其主要原因在于：锚索固定于填土中，对锚索受到的拉力大小及变化情况无法监测，同时桩板墙受到填土的主动土压力后使锚索受拉，是一个长期的过程，无法在短时间内使锚索受拉并测量其受力情况。

监测锚索受到的拉力变化情况及变化规律，能有效判断桩板墙结构的应力应变状态，而锚索受到拉力的变化情况，直接影响到锚索桩板墙支护结构的可靠性。而如何通过模拟的支护结构来研究桩板墙加锚索的支护结构在工程使用时，锚索拉力变化的特点，成为研究的重点和难点。亟待设计出一种试验装置来测得锚索的受力状框，从而为锚索桩板墙的结构稳定性提供指导和依据。此外，除了桩板墙，所有采取类似桩板墙的支挡结构对填土或土坡进行固定，并且在内部锚固有锚索、钢筋等受力拉筋时，都存在支挡结构变形发生位移的情况，同样需要监测拉筋的受力变化情况，之前利用试验装置进行研究也非常必要。

发明内容

本发明的目的在于：现有技术中使用锚索桩板墙结构对填土或土坡进行支护时，需要事先对支护结构的支护性能进行研究和试验，保证锚索桩板墙结构具有可靠性，而现有的试验装置无法实时监测到锚索拉力的变化情况，提供一种控制施加和监测锚索拉力的模型试验装置与试验方法，该模型试验装置通过对锚索施加预应力，使锚索受到的拉力能得到有效控制，同时实时监测到锚索拉力的变化情况，从而解决了现有技术中在短时间内难以监测锚索拉力变化情况的问题，得到锚索桩板墙中锚索拉力的变化规律，为锚索桩板墙的结构稳定性提供指导和依据。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种控制施加和监测锚索拉力的模型试验装置，包括用于传递拉力的拉力传感器，所述拉力传感器布置于固定框架内，该固定框架设置有与支挡结构连接的安装结构，该安装结构与支挡结构相适配，所述拉力传感器一端设有用于固定锚索的结构，另一端连接有用于提供动力的传力机构，所述拉力传感器连接有显示拉力大小的读数显示器。

通过设置传力机构和拉力传感器，并将传力机构布置于固定框架内，拉力传感器一端与锚索连接，另一端与传力机构连接，通过传力机构向锚索施加拉力，传力机构施加拉力时，拉力经拉力传感器传递至锚索，从而达到给锚索施加拉力的目的，使锚索受到的拉力能得到有效控制，实时监测拉力的变化情况和规律。在拉力传感器上使用线束连接有显示拉力大小的读数显示器，通过读数显示器可以准确读数，从而能直观了解到锚索拉力的变化情况。

该控制施加与监测锚索拉力的模型试验装置完成了支护结构在投入工程使用前的试验，对锚索所受到的拉力变化情况得到充分的认识和论证，对支护性能等各方面的特性进行研究，保证该支护结构在使用时，具有较好的支护可靠性能，不会发生坍塌、损坏的危险，为锚索桩板墙的结构稳定性提供指导和依据。

该模型试验装置不仅可以从读数显示器准确得到传力机构施加的拉力大小，实时监测到锚索拉力的受力变化，同时，将锚索固定于拉力传感器上，使模型试验装置作为锚具，对锚索进行锚固，从而起到锚固作用，通过该模型试验装置将锚索锚固于支挡结构上。

固定框架用于支撑拉力传感器和传力机构，并将整个控制施加与监测锚索拉力的模型试验装置安装固定于支挡结构上，从而完成整个试验过程。

优选的，所述固定框架的安装结构为设置于固定框架端部的圆盘底座，所述圆盘底座固定于支挡结构上，所述该圆盘底座的中心开设有用于锚索通过的锚索孔。在固定框架的端部设置圆盘底座，用于固定整个试验装置，使试验装置通过圆盘底座固定于支挡结构上，在圆盘底座开设锚索孔，使锚索通过锚索孔与设置在固定框架内部的拉力传感器连接，将锚索孔设置于圆盘底座的中心位置，使设置于固定框架中的传力机构在对锚索施加拉力时，固定框架受力更平衡。

优选的，所述锚索孔为锥形孔，靠近支挡结构一侧为大孔端，靠近拉力传感器一端为小孔端。在使用模型试验装置测量锚索受到的拉力变化情况时，圆盘底座与支挡结构处于相互接触状态，为了避免该试验装置与支挡结构之间发生偏移、滑动等问题，圆盘底座与支挡结构之间螺栓连接，将锚索孔设置为锥形孔的形式，且大孔端靠近支挡结构一侧，小孔端靠近拉力传感器一侧，保证锚索在穿过锚索孔时，锚索可以调整角度，避免锚索孔的棱角与锚索摩擦过大而影响锚索预应力的施加，保证传力机构施加的拉力顺利传递至锚索，减小拉力损失，准确得到锚索的拉力大小及变化情况。

优选的，所述传力机构包括用于传递拉力的施力齿轮组，该施力齿轮组设置有第一齿轮，所述第一齿轮配合连接有传力滑块，该传力滑块与第一齿轮配合的表面设置有齿条，所述传力滑块一端与拉力传感器连接。传力机构包括施力齿轮组，该施力齿轮组设置有第一齿轮，第一齿轮对应固定于第一齿轮轴上，且第一齿轮安装于齿轮轴的中间位置，传力滑块与第一齿轮配合的表面设置有齿条，传力滑块通过齿条与第一齿轮啮合连接，传力滑块的一端与拉力传感器连接，施力齿轮组施加的作用力经传力滑块传递至拉力传感器，再传递至锚索，设置第一齿轮，向第一齿轮提供力矩，使第一齿轮带动传力滑块移动，并最终为锚索提供拉力。

优选的，所述施力齿轮组还包括与第一齿轮啮合的第二齿轮，所述第二齿轮同时与第三齿轮啮合，所述第一齿轮与第二齿轮的半径比为2:1，所述第二齿轮与第三齿轮的半径比为2:1。对应设置第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮的齿轮半径，使第一齿轮与第二齿轮的半径比为2:1，第二齿轮与第三齿轮的半径比为2:1，用于齿轮在进行传动时更加省力，手动提供动力时，便于操作和控制。

优选的，所述第三齿轮固定于第三齿轮轴上，该第三齿轮轴还安装有用于提供动力的圆盘齿轮，所述圆盘齿轮上设置有转动刻度，所述圆盘齿轮与第一齿轮的半径比为1:1。

所述第二齿轮固定于第二齿轮轴上，第三齿轮对应固定于第三齿轮轴上，且该第二齿轮安装于第二齿轮轴的中部位置，第三齿轮安装于第三齿轮轴的中部位置，用于固定第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮的所有齿轮轴的两端均为锥形，一端连接有便于拆卸的锥形螺帽，所有齿轮轴使用轴承与固定框架连接。

第三齿轮固定于第三齿轮轴上，且第三齿轮轴上还设置圆盘齿轮，通过圆盘齿轮的转动为模型试验装置提供动力，圆盘齿轮与第三齿轮均布置于第三齿轮轴上，通过转动圆盘齿轮带动第三齿轮，从而通过第二齿轮、第一齿轮的啮合将动力输出，在圆盘齿轮上设置转动刻度，并且将圆盘齿轮与第一齿轮的半径比设置为1:1，根据转动刻度能精确得出圆盘齿轮的转动位移，该转动位移的大小分别对应施加在锚索上的拉力大小，锚索受到的拉力的大小与转动位移存在对应关系，通过控制圆盘齿轮的转动幅度，有效控制施加的拉力大小。

优选的，所述圆盘齿轮上设置有用于转动圆盘齿轮的手柄，所述固定框架上设置有用于卡住圆盘齿轮的齿轮扣。普通手柄均呈圆柱状，手柄的轴线平行于圆盘齿轮的轴线，且手柄靠近圆盘齿轮外圆位置，使试验人员在使用手柄时，便于拿捏、操作，同时将该手柄设置在靠近圆盘齿轮外圆位置处，使试验人员在使用手柄转动圆盘齿轮时，更加省力，齿轮扣包括固定部和转动部，固定部为圆柱结构，转动部为折弯的矩形钢片，转动部活动连接于固定部，由于固定部与圆盘齿轮之间的距离小于转动部的长度，所以当圆盘齿轮欲回转时，转动部能卡住圆盘齿轮，从而避免圆盘齿轮发生回转，在圆盘齿轮的外沿处设置齿轮扣，使圆盘齿轮转动到位后，通过齿轮扣将圆盘齿轮进行固定，有效防止其发生逆向转动。

优选的，所述传力滑块的截面形状呈凸字形，该传力滑块安装于用作滑轨的凹槽上，所述凹槽的截面形状与传力滑块相适配，该凹槽对应开设于传力滑块下方的固定框架上，并向固定框架两端延伸至端面。传力滑块的截面形状为凸字形，即在传力滑块的底部两侧设置两条凸台，设置凹槽用于传力滑块左右滑动的滑轨，该凹槽的截面形状与传力滑块的形状相适配，使传力滑块在凹槽内滑动时不会发生左右偏移，也不会上下晃动，而是沿着凹槽滑轨的延伸方向滑动，凹槽开设于固定框架上，与固定框架为一体式结构，凹槽向固定框架左右两侧延伸，并延伸至两端端面，即整个固定框架在长度方向上均设置有凹槽，当施力齿轮组对传力滑块施加拉力时，传力滑块即沿着凹槽向施力齿轮组一侧滑动。

优选的，所述传力滑块底部还设置有用于传力滑块沿凹槽滚动的滚轮。在传力滑块底部设置滚轮，减少传力滑块和凹槽之间产生摩擦，便于传力滑块在滑动时能沿着凹槽滚动，更加省力。

对应地，本发明还提供了一种控制施加与监测锚索拉力的模型试验方法，包括以下步骤：

a、将锚索穿过支挡结构并与拉力传感器连接；

b、转动圆盘齿轮，使该试验装置与支挡结构接触，同时保证锚索处于松弛状态；

c、通过齿轮扣将圆盘齿轮卡住，并将试验装置安装于支挡结构上；

d、安装好装置后，松开齿轮扣，使用手柄继续转动圆盘齿轮，使施力齿轮组的第一齿轮带动传力滑块向施力齿轮一侧移动，达到设定的预应力时，再通过齿轮扣将圆盘齿轮卡住；

e、根据圆盘齿轮的转动刻度记录转动位移，同时通过读数显示器记录拉力初始值；

f、得出圆盘齿轮转动位移和拉力初始值的对应关系；

g、保持步骤c的状态，根据设定的时间间隔，分别记录下每段时间的拉力大小；

h、对步骤d中的拉力初始值和步骤f中的多个拉力值进行分析，得出锚索拉力的变化情况和变化规律。

在使用该模型试验装置时，将各部件组装成完整的试验装置进行试验，将穿过支挡结构的锚索与拉力传感器连接，实现了试验过程中锚索的锚固，通过包括第一齿轮及传力滑块的传力机构对锚索施加拉力，并且使拉力达到预先设定的预应力值，并记录下在该拉力下圆盘齿轮的转动位移，得出拉力大小与圆盘齿轮转动位移之间的对应关系，持续监测锚索拉力的变化情况。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、该控制施加与监测锚索拉力的模型试验装置完成了支护结构在投入工程使用前的试验，对锚索所受到的拉力变化情况得到充分的认识和论证，对支护性能等各方面的特性进行研究，保证该支护结构在使用时，具有较好的支护可靠性能，不会发生坍塌、损坏的危险，为锚索桩板墙的结构稳定性提供指导和依据；

2、设置传力机构和拉力传感器，并将拉力传感器均布置于固定框架内，拉力传感器一端与锚索连接，另一端与提供动力的传力机构连接，使包括拉力传感器和传力机构的模型试验装置形成一个施力和传力的整体，通过传力机构向拉力传感器施加拉力，拉力经拉力传感器传递至锚索，从而达到给锚索施加拉力的目的，实现对拉力大小的有效控制，并且通过试验装置对锚索进行锚固，在拉力传感器上连接有显示拉力大小的读数显示器，通过读数显示器可以准确并直观地了解到拉力的变化情况；

3、在固定框架的端部设置圆盘底座，用于固定整个试验装置，使试验装置通过圆盘底座固定于支挡结构时，在圆盘底座开设锚索孔，使锚索通过锚索孔与设置在固定框架内部的拉力传感器连接，将锚索孔设置于圆盘底座的中心位置，使设置于固定框架中的传力机构在对锚索施加拉力时，固定框架受力更平衡，将锚索孔设置为锥形孔形式，保证锚索在穿过锚索孔时，锚索可以调整角度，避免锚索孔的棱角与锚索摩擦过大而影响锚索预应力的施加，保证传力机构施加的拉力顺利传递至锚索，减小拉力损失，准确得到锚索的拉力大小及变化情况；

4、设置为模型试验装置提供动力的圆盘齿轮，通过圆盘齿轮的转动为模型试验装置提供动力，并且在圆盘齿轮上设置转动刻度，将圆盘齿轮与第一齿轮的半径比设置为1:1，根据转动刻度能精确得出圆盘齿轮的转动位移，该转动位移的大小分别对应施加在锚索上的拉力大小，锚索受到的拉力的大小与转动位移存在对应关系，通过控制圆盘齿轮的转动幅度，有效控制施加的拉力大小。

附图说明：

图1为锚索桩板墙的结构示意图。

图2为本发明控制施加与监测锚索拉力的模型试验装置应用时的结构示意图。

图3为本发明控制施加与监测锚索拉力的模型试验装置的结构示意图。

图4为图3的俯视图。

图5为图3的左视图。

图6为沿图4中A-A的剖视图。

图7为图3中圆盘齿轮和第三齿轮的结构示意图。

图8为图3中B处的局部放大图。

图中标记：1-锚索，2-填土区域，3-桩板墙，4-拉力传感器，5-固定框架，6-支挡结构，7-圆盘底座，8-锚索孔，9-传力滑块，10-施力齿轮组，101-第一齿轮，102-第二齿轮，103-第三齿轮，104-圆盘齿轮，11-第三齿轮轴，12-手柄，13-齿轮扣，131-固定部，132-转动部，14-凹槽，15-滚轮，16-读数显示器，17-线束，18-安装孔。

具体实施方式

下面结合实验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例

如图2、图3和图4所示，控制施加与监测锚索拉力的模型试验装置，包括用于传递拉力的拉力传感器4，所述拉力传感器4布置于固定框架5内，该固定框架5设置有与支挡结构6连接的安装结构，该安装结构与支挡结构6相适配，拉力传感器4一端设有用于固定锚索1的结构，另一端连接有用于提供动力的传力机构，所述拉力传感器4连接有显示拉力大小的读数显示器16。

通过设置传力机构和拉力传感器，并将传力机构布置于固定框架内，拉力传感器一端与锚索连接，另一端与传力机构连接，通过传力机构向锚索施加拉力，传力机构施加拉力时，拉力经拉力传感器传递至锚索，从而达到给锚索施加拉力的目的，使锚索受到的拉力能得到有效控制，实时监测拉力的变化情况和规律。在拉力传感器上使用线束连接有显示拉力大小的读数显示器，通过读数显示器可以准确读数，从而能直观了解到锚索拉力的变化情况。

该模型试验装置不仅可以从读数显示器准确得到传力机构施加的拉力大小，实时监测到锚索拉力的受力变化情况，同时，将锚索固定于拉力传感器上，使模型试验装置作为锚具，对锚索进行锚固，从而起到锚固作用，通过该试验装置将锚索锚固于支挡结构上。

需要说明的是，在试验室使用该试验装置对锚索拉力受力情况进行测量、分析和研究时，需要模拟制作支挡结构、填土区域和锚索，使锚索模拟锚固在填土区域内，填土区域外侧设置支挡结构，使锚索穿过支挡结构固定于试验装置的拉力传感器上，在试验室使用该试验装置时，本实施例中所提到的支挡结构、填土区域和锚索，均为模拟制得。

固定框架为立方体壳，作为安装拉力传感器及传力机构的骨架结构，固定框架主要用于支撑和安装拉力传感器，同时也用于支撑和安装传力机构，并将整个模型试验装置固定于支挡结构上，从而完成整个试验过程，固定框架为立方体结构，下表面设置有用于安装拉力传感器的平面结构，传力机构也安装于固定框架上。

拉力传感器使用S形拉力传感器，S型拉力传感器是力学传感器中最为常见的一种传感器，这种传感器的两端设置有用于连接物件的连接结构，外形呈矩形状，将拉力传感器布置于固定框架内，两端分别与锚索和传力机构连接，连接结构为开设在拉力传感器两端的连接孔。在本实施例中，锚索通过拉力传感器一端的连接孔固定于拉力传感器上，拉力传感器的另一端与传力机构连接，传力机构通过连接孔连接于拉力传感器上，拉力传感器通过线速连接至读数显示器。

固定框架5的安装结构为设置于固定框架5端部的圆盘底座7，所述圆盘底座7固定于支挡结构6上，该圆盘底座7的中心开设有用于锚索1通过的锚索孔8，在固定框架的端部设置圆盘底座，用于固定整个试验装置，使试验装置通过圆盘底座固定于支挡结构上，圆盘底座能使作用力均匀分布至支挡结构，也能有效保护固定框架不被破坏，在圆盘底座开设锚索孔，使锚索通过锚索孔与设置在固定框架内部的拉力传感器连接，将锚索孔设置于圆盘底座的中心位置，使设置于固定框架中的传力机构在对锚索施加拉力时，固定框架受力更平衡。

如图5所示，锚索孔8为锥形孔，靠近支挡结构6的一侧为大孔端，靠近拉力传感器4的一端为小孔端，在使用模型试验装置监测锚索受到的拉力变化情况时，圆盘底座与支挡结构处于相互接触状态，为了避免该试验装置与支挡结构之间发生偏移、滑动等问题，圆盘底座与支挡结构之间螺栓连接，使用螺栓穿过安装孔18进行连接。将锚索孔设置为锥形孔的形式，且大孔端靠近支挡结构一侧，小孔端靠近拉力传感器一侧，保证锚索在穿过锚索孔时，锚索可以调整角度，避免锚索孔的棱角与锚索摩擦过大而影响锚索预应力的施加，保证传力机构施加的拉力顺利传递至锚索，减小拉力损失，准确得到锚索的拉力大小及变化情况。

传力机构包括用于传递拉力的施力齿轮组10，该施力齿轮组设置有第一齿轮101，该第一齿轮101对应固定于第一齿轮轴上，且第一齿轮安装于齿轮轴的中心位置，所述第一齿轮101配合连接有传力滑块9，该传力滑块9与第一齿轮101配合的表面设置有齿条，二者通过齿条相互咬合，传力滑块9一端与拉力传感器4连接，传力滑块9为立方体结构，水平布置于固定框架5内，传力滑块9的上表面为设置有齿条的平面，传力滑块9的上表面与第一齿轮101配合，传力滑块9通过齿条与第一齿轮101啮合连接，传力滑块9的一端与拉力传感器4连接，施力齿轮组10施加的作用力经传力滑块9传递至拉力传感器4，再传递至锚索1，布置第一齿轮101，向第一齿轮101提供力矩，从而使第一齿轮101带动传力滑块9移动，并最终为锚索1提供拉力。

施力齿轮组10还包括与第一齿轮101啮合的第二齿轮102，所述第二齿轮102同时与第三齿轮103啮合，所述第一齿轮101与第二齿轮102的半径比为2:1，所述第二齿轮102与第三齿轮103的半径比为2:1，对应设置第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮的齿轮半径，使第一齿轮与第二齿轮的半径比为2:1，第二齿轮与第三齿轮的半径比为2:1，用于齿轮在进行传动时更加省力，手动提供动力时，便于操作和控制。

第一齿轮101、第二齿轮102和第三齿轮103布置于同一个平面上，且同时与传力滑块9及拉力传感器4的中心处于同一个平面，采取这种结构，使施力齿轮组在施加作用力时，作用力能较好地传递至锚索，在传递过程中减少作用力损失，同时避免各个传递作用力的零部件发生偏移、打滑等问题。

如图3和图7所示，第三齿轮103固定于第三齿轮轴11上，该第三齿轮轴11还安装有用于提供动力的圆盘齿轮104，圆盘齿轮104上设置有转动刻度，所述圆盘齿轮104与第一齿轮101的半径比为1:1，所述第二齿轮102固定于自己的齿轮轴上，所述第三齿轮103对应固定于第三齿轮轴11上，且该第二齿轮102安装于第二齿轮轴的中部位置，第三齿轮103安装于第三齿轮轴11的中部位置，用于固定第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮的所有齿轮轴的两端均为锥形，一端连接有便于拆卸的锥形螺帽，所有齿轮轴使用轴承与固定框架连接。

第三齿轮103固定于第三齿轮轴11上，且第三齿轮轴11上还设置圆盘齿轮104，通过圆盘齿轮104的转动为模型试验装置提供动力，圆盘齿轮104与第三齿轮103均布置于第三齿轮轴11上，通过转动圆盘齿轮104带动第三齿轮103，从而通过第二齿轮102、第一齿轮101的啮合将动力输出，在圆盘齿轮104上设置转动刻度，并且将圆盘齿轮104与第一齿轮101的半径比设置为1:1，根据转动刻度能精确得出圆盘齿轮的转动位移，该转动位移的大小分别对应施加在锚索上的拉力大小，锚索受到的拉力的大小与转动位移存在对应关系，通过控制圆盘齿轮的转动幅度，有效控制施加的拉力大小。

固定框架5为立方体壳，将拉力传感器4布置于立方体壳内，同时将第一齿轮101、第二齿轮102和第三齿轮103均布置于立方体壳内，读数显示器16和圆盘齿轮104布置于立方体壳外，将圆盘齿轮布置于固定框架外侧，方便操作和控制圆盘齿轮转动。

圆盘齿轮104上设置有用于转动圆盘齿轮104的手柄12，如图3和图8所示，固定框架5上设置有用于卡住圆盘齿轮104的齿轮扣13，普通手柄均呈圆柱状，手柄的轴线平行于圆盘齿轮的轴线，且手柄靠近圆盘齿轮外圆位置，使试验人员在使用手柄时，便于拿捏、操作，同时将该手柄设置在靠近圆盘齿轮外圆位置处，使试验人员在使用手柄转动圆盘齿轮时，更加省力，齿轮扣13包括固定部131和转动部132，固定部131为圆柱结构，转动部132为折弯的矩形钢片，转动部132活动连接于固定部131上，由于固定部131与圆盘齿轮104之间的距离小于转动部132的长度，所以当圆盘齿轮104将要回转时，转动部132能卡住圆盘齿轮，从而避免圆盘齿轮104发生回转，在圆盘齿轮104的外沿处设置齿轮扣13，使圆盘齿轮转动到位后，通过齿轮扣将圆盘齿轮进行固定，有效防止其发生逆向转动。

如图6所示，传力滑块9的截面形状呈凸字形，该传力滑块9安装于用作滑轨的凹槽14上，所述凹槽14的截面形状与传力滑块9相适配，该凹槽14对应开设于传力滑块9下方的固定框架5上，并向固定框架5两端延伸至端面，传力滑块的截面形状为凸字形，即在传力滑块的底部两侧设置两条凸台，设置凹槽用于传力滑块左右滑动的滑轨，该凹槽的截面形状与传力滑块的形状相适配，使传力滑块在凹槽内滑动时不会发生左右偏移，也不会上下晃动，而是沿着凹槽滑轨的延伸方向滑动，凹槽开设于固定框架上，与固定框架为一体式结构，凹槽向固定框架左右两侧延伸，并延伸至两端端面，即整个固定框架在长度方向上均设置有凹槽，当施力齿轮组对传力滑块施加拉力时，传力滑块即沿着凹槽向施力齿轮组一侧滑动。

如图3和图6所示，传力滑块9底部还设置有用于传力滑块9沿凹槽14滚动的滚轮15，在传力滑块9底部设置滚轮15，减少传力滑块9和凹槽14之间产生摩擦，便于传力滑块9在滑动时能沿着凹槽14滚动，更加省力。

在使用控制施加与监测锚索拉力的模型试验装置监测锚索拉力以及拉力和位移的关系时，参照下述试验方法进行，包括以下步骤：

a、将锚索穿过支挡结构并与拉力传感器连接；

b、转动圆盘齿轮，使该试验装置与支挡结构接触，同时保证锚索处于松弛状态；

c、通过齿轮扣将圆盘齿轮卡住，并将试验装置安装于支挡结构上；

d、安装好装置后，松开齿轮扣，使用手柄继续转动圆盘齿轮，使施力齿轮组的第一齿轮带动传力滑块向施力齿轮一侧移动，达到设定的预应力时，再通过齿轮扣将圆盘齿轮卡住；

e、根据圆盘齿轮的转动刻度记录转动位移，同时通过读数显示器记录拉力初始值；

f、得出圆盘齿轮转动位移和拉力初始值的对应关系；

g、保持步骤c的状态，根据设定的时间间隔，分别记录下每段时间的拉力大小；

h、对步骤d中的拉力初始值和步骤f中的多个拉力值进行分析，得出锚索拉力的变化情况和变化规律。

在使用控制施加与监测锚索拉力的模型试验装置时，将各部件组装成完整的试验装置进行试验，将穿过支挡结构的锚索与拉力传感器连接，实现了试验过程中锚索的锚固，通过包括第一齿轮及传力滑块的传力机构对锚索施加拉力，并且使拉力达到预先设定的预应力值，并记录下在该拉力下圆盘齿轮转动的位移大小，得出拉力大小与圆盘齿轮转动位移之间的对应关系，通过齿轮扣卡住圆盘齿轮，使试验装置在该状态下保持设定的时间长度，并在该时间范围内持续监测锚索拉力的变化情况，得到拉力变化规律。

Claims (10)

1.一种控制施加与监测锚索拉力的模型试验装置，其特征在于，包括用于传递拉力的拉力传感器，所述拉力传感器布置于固定框架内，该固定框架设置有与支挡结构连接的安装结构，该安装结构与支挡结构相适配，所述拉力传感器一端设有用于固定锚索的结构，另一端连接有用于提供动力的传力机构，所述拉力传感器连接有显示拉力大小的读数显示器。

2.根据权利要求1所述的控制施加与监测锚索拉力的模型试验装置，其特征在于，所述固定框架的安装结构为设置于固定框架端部的圆盘底座，所述圆盘底座固定于支挡结构上，所述圆盘底座的中心开设有用于锚索通过的锚索孔。

3.根据权利要求2所述的控制施加与监测锚索拉力的模型试验装置，其特征在于，所述锚索孔为锥形孔，靠近支挡结构一侧为大孔端，靠近拉力传感器一端为小孔端。

4.根据权利要求1-3之一所述的控制施加与监测锚索拉力的模型试验装置，其特征在于，所述传力机构包括用于传递拉力的施力齿轮组，该施力齿轮组设置有第一齿轮，所述第一齿轮配合连接有传力滑块，该传力滑块与第一齿轮配合的表面设置有齿条，所述传力滑块一端与拉力传感器连接。

5.根据权利要求4所述的控制施加与监测锚索拉力的模型试验装置，其特征在于，所述施力齿轮组还包括与第一齿轮啮合的第二齿轮，所述第二齿轮同时与第三齿轮啮合，所述第一齿轮与第二齿轮的半径比为2:1，所述第二齿轮与第三齿轮的半径比为2:1。

6.根据权利要求5所述的控制施加与监测锚索拉力的模型试验装置，其特征在于，所述第三齿轮固定于第三齿轮轴上，该第三齿轮轴还安装有用于提供动力的圆盘齿轮，所述圆盘齿轮上设置有转动刻度，所述圆盘齿轮与第一齿轮的半径比为1:1。

7.根据权利要求6所述的控制施加与监测锚索拉力的模型试验装置，其特征在于，所述圆盘齿轮上设置有用于转动圆盘齿轮的手柄，所述固定框架上设置有用于卡住圆盘齿轮的齿轮扣。

8.根据权利要求5-7之一所述的控制施加与监测锚索拉力的模型试验装置，其特征在于，所述传力滑块的截面形状呈凸字形，该传力滑块安装于用作滑轨的凹槽上，所述凹槽的截面形状与传力滑块适配，该凹槽对应开设于传力滑块下方的固定框架上，并向固定框架两端延伸至端面。

9.根据权利要求8所述的控制施加与监测锚索拉力的模型试验装置，其特征在于，所述传力滑块底部还设置有用于传力滑块沿凹槽滚动的滚轮。

10.一种控制施加与监测锚索拉力的模型试验方法，其特征在于，如权利要求9所述的控制施加与监测锚索拉力的模型试验装置所对应的试验方法，包括以下步骤：

a、将锚索穿过支挡结构并与拉力传感器连接；

b、转动圆盘齿轮，使该试验装置与支挡结构接触，同时保证锚索处于松弛状态；

c、通过齿轮扣将圆盘齿轮卡住，并将试验装置安装于支挡结构上；

d、安装好装置后，松开齿轮扣，使用手柄继续转动圆盘齿轮，使施力齿轮组的第一齿轮带动传力滑块向施力齿轮一侧移动，达到设定的预应力时，再通过齿轮扣将圆盘齿轮卡住；

e、根据圆盘齿轮的转动刻度记录转动位移，同时通过读数显示器记录拉力初始值；

f、得出圆盘齿轮转动位移和拉力初始值的对应关系；

g、保持步骤c的状态，根据设定的时间间隔，分别记录下每段时间的拉力大小；

h、对步骤d中的拉力初始值和步骤f中的多个拉力值进行分析，得出锚索拉力的变化情况和变化规律。