CN106836321B - 一种边坡土工离心模型试验表面卸荷装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供属于边坡试验领域，具体涉及一种边坡土工离心模型试验表面卸荷装置，包括边坡模型、套设于边坡模型上且至少罩住边坡模型前坡面的加载架、位于加载架和边坡模型前坡面之间的加载腔以及填充于加载腔内的颗料状加载料，所述加载架底部设有与所述加载腔相通的可开合的卸料口，所述加载架包括架框、设于架框上的透明的侧面板和前面板。本发明带有卸料口的加载架的设置可以实现在离心试验过程中无需停机即可对边坡表面进行开挖卸荷，从而模拟实际边坡原型的动态卸荷过程，避免了传统试验停机再挖边坡而引起的应力损失，提高了模拟试验的准确度。

Description

一种边坡土工离心模型试验表面卸荷装置

技术领域

本发明涉及边坡试验领域，具体是一种边坡土工离心模型试验表面卸荷装置。

背景技术

岩土工程中常会遇到复杂的工程问题，当现有问题超出规范许可范围时须对复杂问题进行专项研究，而离心试验技术是解决复杂岩土工程问题的重要手段，通过离心机给缩尺后的模型施加重力场从而再现原型的应力应变。由于施工工况的多样性，对模型工况的模型则显得颇为重要。

离心模型试验是通过离心机给模型施加重力场，通过模型来反应原型的变形及应力特征。如申请公布号CN 101906788 A公开的模拟离心场边坡开挖工况的设备，主要包括平台部分、下切系统和推拉系统。牵引电机通电后，电机齿轮正反向转动带动齿条右端的上层平台板在直线导轨上左右滑动，带动刀片左右运动，即有效模拟了在离心场下的“推拉”过程，直线电机的电机轴带动下部刀片沿竖直方向上下运动，这样即可根据需要将刀片垂直的切入和离开边坡坡脚，即实现了离心场下的“下切-上提”过程。该专利主要是模拟坡脚开挖，需要预先按实际工况将边坡模型与荷载物进行固定结合，且采用刀片对荷载进行强制切割，操作难度大，危险性大，且仅是对边坡模型坡脚进行开挖，模拟结果的准确性不高，得到结果单一。

在离心模型试验中，不仅要求对模型的材料选择、相似比进行正确的选择应用，同时还要求能够正确模拟原型的施工工况。在岩土边坡工程领域，诱发边坡破坏存在多种因素，同时随着边坡表层土体的破坏滑坡，边坡斜坡上卸荷而引起整个边坡发生二次灾害的事故也时有发生，因此，有必要对边坡卸荷进行有效的模拟，揭示边坡卸荷对整个边坡的影响，现有的试验停机后再开挖边坡引起应力损失，从而影响模拟结果。

发明内容

本发明的目的是提供一种准确反映实际边坡原型卸荷工况的边坡土工离心模型试验表面卸荷装置。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案实现的：

一种边坡土工离心模型试验表面卸荷装置，包括边坡模型、套设于边坡模型上且至少罩住边坡模型前坡面的加载架、位于加载架和边坡模型前坡面之间的加载腔以及填充于加载腔内的颗料状加载料，所述加载架底部设有与所述加载腔相通的可开合的卸料口，所述加载架包括架框、设于架框上的透明的侧面板和前面板。

进一步，所述加载腔内设有底部对应卸料口位置具有下料开口的载料囊袋，所述载料囊袋至少局部与所述架框固连。

进一步，所述加载架顶部敞口，所述载料囊袋顶部具有高出所述边坡模型顶端的填料口。

进一步，所述载料囊袋为上、下敞口分别形成填料口和下料开口的直通囊管套。

进一步，所述卸料口上设有挡板和用于控制挡板升降的开关。

进一步，还包括吊篮，所述吊篮具有底板和至少一侧板，所述边坡模型固设于所述底板上且背靠于所述侧板上，所述边坡模型包括多片倾斜叠加的模型板块。

进一步，所述架框包括夹设于所述边坡模型两侧的侧面框和与边坡模型前坡面平行的前面框，所述底板上位于所述边坡模型两侧设有抬高架，所述架框设于所述抬高架上。

进一步，所述抬高架包括设于所述底板上的支撑块和设于支撑块上且至少一端与所述吊篮篮体固连的支撑条。

进一步，所述吊篮顶部架设有分别压靠于所述架框前部和后部上的限位压板和限位挡板，所述吊篮顶部设有篮架杆，所述限位压板两端通过套设于所述篮架杆上的紧固套架设于所述篮架杆上，所述紧固套包括通过螺栓上下分别进行螺接的外半套和内半套，所述内半套顶部开口形成用于通过所述限位压板并使限位压板端部插入所述外半套套内的进板口，所述紧固套至少一侧套壁上设有夹紧填板。

进一步，限位压板上沿其长度方向开有一字槽孔，槽孔上通过松紧螺栓设有两块夹固于加载架两侧的限位件。

进一步，所述颗料状加载料为铁砂。

本发明的有益效果为：

1.本发明带有卸料口的加载架的设置可以实现在离心试验过程中无需停机即可对边坡表面进行开挖卸荷，且可逐渐卸掉边坡表面上的所有荷载(也可通过控制挡板的开合来控制卸荷量，以得到更多的不同载荷量下的模拟结果)，从而模拟实际边坡原型的动态卸荷过程，避免了传统试验停机再挖边坡而引起的应力损失，得到的模拟结果全面、准确；同时，边坡模型加载状态试验后，也可在离心机不停机地状态下转变到边坡模型卸荷后状态，既避免了上述的应力损失，同时也便于边坡模型加载和卸荷后状态的各项试验准确、高效地进行，得到高精准度的模拟结果。

2.本发明结构简单，成本低，组装方便。

3.利用本发明还可准确地捕捉到模拟边坡表层土体的动态破坏滑坡状态，为实际开挖方法和步骤提供可靠的参考。

附图说明

图1为本发明实施例一边坡模型与加载架配合结构示意图；

图2为本发明实施例一边坡模型与加载架剖示结构示意图；

图3为本发明实施例一边坡模型与加载架结构示意图；

图4为本发明实施例二边坡模型、加载架和吊篮配合结构示意图；

图5为本发明实施例三边坡模型、加载架和吊篮配合的结构示意图。

图中1－边坡模型，2－加载架，3－加载腔，5－颗料状加载料，4－卸料口，21－架框，22－侧面板，23－前面板，6－载料囊袋，61－填料口，7－挡板，8－开关，9－吊篮，91－底板，92－侧板，11－模型板块，93－抬高架，931－支撑块，932－支撑条，94－限位压板，95－限位挡板，96－篮架杆，97－紧固套，971－外半套，972－内半套，973－进板口，974－夹紧填板，941－限位件。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例一：

请参考图1-3，一种边坡土工离心模型试验表面卸荷装置，包括边坡模型1、套设于边坡模型1上且至少罩住边坡模型1前坡面的加载架2、位于加载架2和边坡模型1前坡面之间的加载腔3以及填充于加载腔3内的颗料状加载料5，所述加载架2底部设有与所述加载腔3相通的可开合的卸料口4。所述加载架2包括架框21、设于架框21上的透明的侧面板22和前面板23。加载架2上的用于定形和定位加载腔3的面板都是透明板，利于离心机内的监测装置实时进行监测。

在离心模型试验中按照待测实地边坡选用边坡模型1、并根据实际载荷情况选用合适的加载腔3大小的加载架2，并进行加载，加载架2用于保持堆载形状、厚度不变，在加载架2的底部预留卸料口4，用于边坡模型1坡面上的堆积荷载顺利卸荷。

所述加载腔3内设有底部对应卸料口4位置具有下料开口的载料囊袋6，所述载料囊袋6至少局部与所述架框21固连。载料囊袋6上对应加载架2的侧面和前面对接位置的设有夹入该对接位置的长条固定部，固定部由载料囊袋6本体局部叠合夹入所述对接位置内，固定部沿载料囊袋6长度方向设置且与载料囊袋6等长。

有些离心试验需要在水环境下进行，载料囊袋6的设置可将边坡模型1与颗料状加载料5隔开，避免颗料状加载料打湿后附着或钻入边坡模型内，产生离心力以外的附着力，影响模拟结果的准确性。载料囊袋6的设置便于颗料状加载料5的加载和顺利卸荷，提高了模拟试验的准备性。载料囊袋6局部与架框21固连以保证载料囊袋6不会随加载或卸荷过程上下挤在叠合在一起，确保载料囊袋6不会产生影响试验的变形。

所述加载架2顶部敞口，所述载料囊袋6顶部具有高出所述边坡模型1顶端的填料口61。便于操作者或操作工作精准定位填料加载。所述载料囊袋6为上、下敞口分别形成填料口和下料开口的直通囊管套。直通囊管套只需要从大卷的囊管套上截取一段即可使用，成本低，加载和卸荷方便，模拟真实度高。

所述卸料口4上设有挡板7和用于控制挡板7升降的开关8。

在卸料口4上方安置挡板7的开关8，941可选用微型控制开关，由微型控制开关控制卸料口4开启和关闭。

所述颗料状加载料5为铁砂。由于铁砂不易形态或磨损，也易于与液体分离，这样采用铁砂作为载料既便于回收利用，同时也利于提高模拟试验的准确性。

实施例二：

请参考图4，一种边坡土工离心模型试验表面卸荷装置，与上述实施例一不同处在于所述试验装置还包括吊篮9，所述吊篮9具有底板91和至少一侧板92，所述边坡模型1固设于所述吊篮9的底板91上且背靠于所述侧板92上，所述边坡模型1包括多片倾斜叠加的模型板块11。

边坡模型1通过模块化的模型板块11叠合而成，便于组装出多种边坡模型，也便于边坡模型加工，成本低。边坡模型1底部和背部通过吊篮9的底板91和侧板92进行定位支支撑，侧面和前坡面通过加载架2和荷载的颗料状加载料5进行定位。

所述加载架2的架框21包括夹设于所述边坡模型1两侧的侧面框和与边坡模型1前坡面平行的前面框，所述底板91上位于所述边坡模型1两侧设有抬高架93，所述架框21设于所述抬高架93上。抬高架93的设置将加载架抬高，进而将卸料口4抬高，以确保卸料口4与吊篮9的底板91之间有足够的余量空间便于载料顺利卸荷下来。

所述抬高架93包括设于所述底板91上的支撑块931和设于支撑块931上且至少一端与所述吊篮9篮体固连的支撑条932。

实施例三：

请参考图5，一种边坡土工离心模型试验表面卸荷装置，与上述实施例二不同处在于所述吊篮9的顶部架设有分别压靠于所述架框21前部和后部上的限位压板94和限位挡板95。所述吊篮9顶部设有篮架杆96，所述限位压板94两端通过套设于所述篮架杆96上的紧固套97架设于所述篮架杆96上，所述紧固套97包括通过螺栓上下分别进行螺接的外半套971和内半套972，所述内半套972顶部开口形成用于通过所述限位压板94并使限位压板94端部插入所述外半套972套内的进板口973，所述紧固套至少一侧套壁上设有夹紧填板974。

本实施例中吊篮9具有两条后立杆，吊篮9的侧板固设于后立杆后表面上，边坡模型1后部一侧通过固连地一条后立杆内侧的支撑杆、另一侧通过抵在另一条后立杆内侧的加宽的支撑块或外加的夹紧块夹固于两条后立杆之间，上述结构的设置保证本装置可适用不同宽度的边坡模型。

加载架2底部与抬高架93固连，顶部通过限位压板94和限位挡板95进行定位，限位压板94通过可调节的紧固套97固定从而适用不同型号的加载架2。内、外半套通过上下螺栓对接固定，限位压板94前后两侧抵在进板口973的口壁上即内半套972的套顶壁上，顶部和端部抵于外半套971内，该结构调节操作方便。夹紧填板974夹于紧固套97内利于紧固套97与篮架杆96紧固。本实施例中限位压板94上沿其长度方向开有一字槽孔，槽孔上通过松紧螺栓设有两块夹固于加载架2两侧的限位件941。

本发明带有卸料口的加载架的设置可以实现在离心试验过程中无需停机即可对边坡进行卸荷，从而模拟实际边坡原型的卸荷动态过程，避免了传统试验停机再挖边坡而引起的应力损失。同时，边坡模型加载状态试验后，也可在离心机不停机地状态下转变到边坡模型卸荷后状态，既避免了上述的应力损失，同时也便于边坡模型加载和卸荷后状态的各项试验准确、高效地进行，得到高精准度的模拟结果，为今后模拟边坡卸荷提供了新的思路。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种边坡土工离心模型试验表面卸荷装置，其特征在于：包括边坡模型(1)、套设于边坡模型(1)上且至少罩住边坡模型(1)前坡面的加载架(2)、位于加载架(2)和边坡模型(1)前坡面之间的加载腔(3)以及填充于加载腔(3)内的颗料状加载料(5)，所述加载架(2)底部设有与所述加载腔(3)相通的可开合的卸料口(4)，所述加载架(2)包括架框(21)、设于架框(21)上的透明的侧面板(22)和前面板(23)。

2.如权利要求1所述的边坡土工离心模型试验表面卸荷装置，其特征在于：所述加载腔(3)内设有底部对应卸料口(4)位置具有下料开口的载料囊袋(6)，所述载料囊袋(6)至少局部与所述架框(21)固连。

3.如权利要求2所述的边坡土工离心模型试验表面卸荷装置，其特征在于：所述加载架(2)顶部敞口，所述载料囊袋(6)顶部具有高出所述边坡模型(1)顶端的填料口(61)。

4.如权利要求3所述的边坡土工离心模型试验表面卸荷装置，其特征在于：所述载料囊袋(6)为上、下敞口分别形成填料口和下料开口的直通囊管套。

5.如权利要求1-4中任一项所述的边坡土工离心模型试验表面卸荷装置，其特征在于：所述卸料口(4)上设有挡板(7)和用于控制挡板(7)升降的开关(8)。

6.如权利要求1所述的边坡土工离心模型试验表面卸荷装置，其特征在于：还包括吊篮(9)，所述吊篮(9)具有底板(91)和至少一侧板(92)，所述边坡模型(1)固设于所述底板(91)上且背靠于所述侧板(92)上，所述边坡模型(1)包括多片倾斜叠加的模型板块(11)。

7.如权利要求6所述的边坡土工离心模型试验表面卸荷装置，其特征在于：所述架框(21)包括夹设于所述边坡模型(1)两侧的侧面框和与边坡模型(1)前坡面平行的前面框，所述底板(91)上位于所述边坡模型(1)两侧设有抬高架(93)，所述架框(21)设于所述抬高架(93)上。

8.如权利要求7所述的边坡土工离心模型试验表面卸荷装置，其特征在于：所述抬高架(93)包括设于所述底板(91)上的支撑块(931)和设于支撑块(931)上且至少一端与所述吊篮(9)篮体固连的支撑条(932)。

9.如权利要求7或8所述的边坡土工离心模型试验表面卸荷装置，其特征在于：所述吊篮(9)顶部架设有分别压靠于所述架框(21)前部和后部上的限位压板(94)和限位挡板(95)，所述吊篮(9)顶部设有篮架杆(96)，所述限位压板(94)两端通过套设于所述篮架杆(96)上的紧固套(97)架设于所述篮架杆(96)上，所述紧固套(97)包括通过螺栓上下分别进行螺接的外半套(971)和内半套(972)，所述内半套(972)顶部开口形成用于通过所述限位压板(94)并使限位压板(94)端部插入所述外半套(971)套内的进板口(973)，所述紧固套(97)至少一侧套壁上设有夹紧填板(974)。

10.如权利要求9所述的边坡土工离心模型试验表面卸荷装置，其特征在于：限位压板(94)上沿其长度方向开有一字槽孔，槽孔上通过松紧螺栓设有两块夹固于加载架(2)两侧的限位件(941)。

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