CN110286039B - 基于地下升降平台的岩土模型三维加载试验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于地下升降平台的岩土模型三维加载试验系统，包括模型箱、三维加载系统，三维加载系统包括矩形基坑，矩形基坑内设有矩形的水平加载框架，水平加载框架的立柱间设有放置所述模型箱的平台，以及驱动平台升降的驱动机构，相邻立柱间还设有高度可调的横梁，横梁上安装有位置横向可调的水平作动器；水平加载框架上方跨设有高度可调的主梁，主梁上设有位置横向可调的竖向作动器。本发明试验系统基于地下可升降平台进行设计，相对于传统试验系统，本发明可以根据试验项目的不同选择不同的试验箱，再根据试验箱尺寸调整三维方向加载力的位置，能够适用多种试验，适用性强。
Description
技术领域
本发明涉及领域，尤其涉及一种基于地下升降平台的岩土模型三维加载试验系统。
背景技术
随着岩土工程领域的不断发展,涉及地下水丰富、复杂地质条件、复杂施工环境等诸多岩土工程问题层出不穷,而基坑工程、边坡工程等也出现了深度深、规模大、施工复杂的新趋势。据统计,在世纪年代初时,我国最深的基坑约为20m,而目前国内深基坑的深度在30到40m也较为常见,边坡工程中的高边坡、软弱边坡、季节性区域边坡等复杂边坡问题也给研究者和技术人员不断带来挑战。面对岩土工程中的复杂问题，目前常采用大型岩土工程模型实验系统进行室内物理相似试验的方法来加以研究、解决。
大型岩土与地下工程模型实验系统是研究大型岩土工程问题的重要手段,在国内外已得到广泛应用,并在工程科研、设计及论证中发挥了重要作用。国际上如美国、英国、德国、意大利、日本、挪威等发达国家都先后开展了岩土工程多功能实验系统的试验研究工作,针对桩土共同作用、各种桩的受力机理、群桩效应、大型矿井顶板围岩稳定、大坝坝体与坝基的岩体稳定、大型洞室围岩稳定与支护等工程问题,进行了卓有成效的研究工作,并研制了相应的试验设备。国内如中国建筑科学研究院地基研究所、武汉岩土力学研究所、总参工程兵科研所、清华大学、北京科技大学、河海大学、石家庄铁道学院、北京建筑工程学院、同济大学、山东大学等单位,都先后开展了这方面的研究工作,研制了规模不等多功能实验系统。
但是，现有工程模型实验系统作动器安置位置、模型箱尺寸与放置位置固定，存在灵活性不足的问题，通常一个工程模型实验系统只能针对特定岩土环境进行试验，通用性差。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用性较强的基于地下升降平台的岩土模型三维加载试验系统。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种基于地下升降平台的岩土模型三维加载试验系统，包括模型箱、三维加载系统、液压系统、数据采集系统和控制系统，所述三维加载系统包括矩形基坑，矩形基坑内设有矩形的水平加载框架，矩形基坑侧壁设有垫块支座，水平加载框架的立柱通过垫块支座固定在矩形基坑侧壁上；水平加载框架的立柱间设有放置所述模型箱的平台，以及驱动平台升降的驱动机构，平台根据模型箱尺寸升降以调整高度，平台与立柱间设有固定平台的限位机构；相邻立柱间还设有高度可调的横梁，横梁上安装有位置横向可调的水平作动器；水平加载框架上方跨设有竖向加载框架，竖向加载框架包括两根立梁，两立梁对称设置在矩形基坑外部两侧，立梁间连接有高度可调的主梁，主梁上设有位置横向可调的竖向作动器；试验时，根据模型箱尺寸调整横梁、水平作动器、主梁、竖向作动器位置，对模型箱进行三维六自由度的加载。
进一步的，所述驱动机构包括直线导轨，直线导轨竖向安装在水平加载框架的上下横梁间，所述平台四周与直线导轨的滑块固定连接，直线导轨通过驱使滑块上下滑动，从而带动平台实现升降。
进一步的，所述限位机构包括设置在立柱上的螺栓孔，螺栓孔内设置有高强螺栓，高强螺栓支撑在平台下方，对平台进行限位。
进一步的，所述水平作动器和横梁、竖向作动器和主梁、横梁和立柱、主梁和立梁间均设有直线导轨，直线导轨带动水平作动器、竖向作动器平移，带动横梁、主梁升降，实现位置可调。
进一步的，所述平台及其驱动机构可以替换为液压剪叉升降平台。
本发明的有益效果是：本发明试验系统基于地下可升降平台进行设计，相对于传统试验系统，本发明可以根据试验项目的不同选择不同的试验箱，再根据试验箱尺寸调整三维方向加载力的位置，能够适用多种试验，适用性强。另外，本发明设置在地面下，有利于减小占地面积，而且利用地面岩土体作为反力支撑，结构设计相对更简单，有利于降低造价，同时，利用地面岩土体作为反力支撑，有利于增大荷载范围，较好地模拟岩土工程开挖施工等过程的力学变化特性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的俯视图；
图3为本发明的正视图；
图4为本发明的侧视图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1-4所示，一种基于地下升降平台的岩土模型三维加载试验系统，包括模型箱1、三维加载系统2（图中未标出）、液压系统、数据采集系统和控制系统，其中，
所述三维加载系统2包括矩形基坑21，矩形基坑21内设有矩形的水平加载框架22，矩形基坑21侧壁设有垫块支座23，水平加载框架22的立柱221通过垫块支座23固定在矩形基坑21侧壁上。
所述水平加载框架22的立柱221间设有放置所述模型箱1的平台24，以及驱动平台24升降的驱动机构25，平台24根据模型箱1尺寸升降以调整高度，平台24与立柱221间设有固定平台24的限位机构26（图中未画出）。
所述驱动机构25包括直线导轨251，直线导轨251竖向安装在水平加载框架22的上横梁223、下横梁224间，所述平台24四周与直线导轨251的滑块252固定连接，直线导轨251通过驱使滑块252上下滑动，从而带动平台24实现升降。
所述限位机构26包括设置在立柱上的螺栓孔，螺栓孔内设置有高强螺栓，高强螺栓支撑在平台下方，对平台进行限位。
所述相邻立柱221间还设有高度可调的横梁222，横梁222上安装有位置横向可调的水平作动器27；水平加载框架22上方跨设有竖向加载框架28，竖向加载框架28包括两根立梁281，两立梁281对称设置在矩形基坑21外部两侧，立梁281间连接有高度可调的主梁282，主梁282上设有位置横向可调的竖向作动器29。
所述水平作动器27和横梁222、竖向作动器29和主梁282、横梁222和立柱221、主梁282和立梁281间均设有直线导轨，直线导轨带动水平作动器27、竖向作动器29平移，带动横梁222、主梁282升降，实现位置可调。
试验时，根据模型箱1尺寸调整横梁222、水平作动器27、主梁282、竖向作动器29位置，对模型箱1进行三维六自由度的加载。
本发明试验系统基于地下可升降平台进行设计，相对于传统试验系统，本发明可以根据试验项目的不同选择不同的试验箱，再根据试验箱尺寸调整三维方向加载力的位置，能够适用多种试验，适用性强。另外，本发明设置在地面下，有利于减小占地面积，而且利用地面岩土体作为反力支撑，结构设计相对更简单，有利于降低造价，同时，利用地面岩土体作为反力支撑，有利于增大荷载范围，较好地模拟岩土工程开挖施工等过程的力学变化特性。
进一步的，所述平台24及其驱动机构25可以替换为液压剪叉升降平台。
为了进一步提高本发明的适用性，可以在模型箱侧面设有亚克力透明板，以便于观察和信息采集；可以在模型箱中设置有冻结管以模拟冻结法施工；可以在模型箱中设置有注浆管以模拟注浆工艺施工试验；可以在模型箱上设置喷淋系统，外接水箱、水泵及管路等，以模拟外界的降雨影响试验；可以采用整体式防水土箱，并外接水箱、水泵及管路，模拟地下水位升降及渗流试验。
所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。
Claims (2)
1.一种基于地下升降平台的岩土模型三维加载试验系统，包括模型箱、三维加载系统、液压系统、数据采集系统和控制系统，其特征在于，所述三维加载系统包括矩形基坑，矩形基坑内设有矩形的水平加载框架，矩形基坑侧壁设有垫块支座，水平加载框架的立柱通过垫块支座固定在矩形基坑侧壁上；水平加载框架的立柱间设有放置所述模型箱的平台，以及驱动平台升降的驱动机构，平台根据模型箱尺寸升降以调整高度，平台与立柱间设有固定平台的限位机构；相邻立柱间还设有高度可调的横梁，横梁上安装有位置横向可调的水平作动器；水平加载框架上方跨设有竖向加载框架，竖向加载框架包括两根立梁，两立梁对称设置在矩形基坑外部两侧，立梁间连接有高度可调的主梁，主梁上设有位置横向可调的竖向作动器；试验时，根据模型箱尺寸调整横梁、水平作动器、主梁、竖向作动器位置，对模型箱进行三维六自由度的加载；
所述驱动机构包括直线导轨，直线导轨竖向安装在水平加载框架的上下横梁间，所述平台四周与直线导轨的滑块固定连接，直线导轨通过驱使滑块上下滑动，从而带动平台实现升降；
所述限位机构包括设置在立柱上的螺栓孔，螺栓孔内设置有高强螺栓，高强螺栓支撑在平台下方，对平台进行限位；
所述水平作动器和横梁、竖向作动器和主梁、横梁和立柱、主梁和立梁间均设有直线导轨，直线导轨带动水平作动器、竖向作动器平移，带动横梁、主梁升降，实现位置可调。
2.如权利要求1所述的一种基于地下升降平台的岩土模型三维加载试验系统，其特征在于，所述平台及其驱动机构可以替换为液压剪叉升降平台。
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