CN114062124B

CN114062124B - 适用于实验室中低应力条件下的分布式土压力测量仪

Info

Publication number: CN114062124B
Application number: CN202111238611.6A
Authority: CN
Inventors: 方薇; 石立君
Original assignee: Changsha University of Science and Technology
Current assignee: Changsha University of Science and Technology
Priority date: 2021-10-25
Filing date: 2021-10-25
Publication date: 2023-12-08
Anticipated expiration: 2041-10-25
Also published as: CN114062124A

Abstract

本发明涉及岩土工程技术领域，且公开了适用于实验室中低应力条件下的分布式土压力测量仪，包括底座、横板、挡板、推板和多个压力传感器，挡板的侧壁通过圆孔与多个压力传感器固定连接，挡板和推板的下端均与横板的上端滑动连接，底座的上端对称固定连接有两个安装板，两个安装板的上端共同与横板的下端固定连接，横板的侧壁通过条形通孔竖直套接有两个侧板，两个侧板相对的一侧分别与挡板和推板的两端滑动连接，底座的上端连接有传动机构，底座通过传动机构连接有两个横杆，其中一个横杆的杆壁上固定连接有两个限位条，两个限位条均与挡板的一侧连接，另一个横杆的上端固定连接有龙门架，龙门架与推板的一侧连接。该适用于实验室中低应力条件下的分布式土压力测量仪，可以在测量试验完成后快速取出试验用的填土样本，并且也能快速更改填土空间，扩大测量范围。

Description

适用于实验室中低应力条件下的分布式土压力测量仪

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，具体为适用于实验室中低应力条件下的分布式土压力测量仪。

背景技术

岩土工程是以求解岩体与土体工程问题，包括地基与基础、边坡和地下工程等问题，生活中常见的挡土墙是指支承路基填土或山坡土体、防止填土或土体变形失稳的一种支挡结构，在挡土墙横断面中，与被支承土体直接接触的部位称为墙背，与墙背相对的、临空的部位称为墙面，与地基直接接触的部位称为基底，与基底相对的、墙的顶面称为墙顶，基底的前端称为墙趾，基底的后端称为墙踵，支挡结构的土压力问题是基坑工程、边坡工程关注的共同工程问题，土压力的大小及其分布特点是支挡结构设计的依据，挡土墙土压力也是岩土工程的重要研究方向，特别是填土对挡土墙的压力，以及山坡土体与填土共同对挡土墙的压力分布情况，关于极限、非极限土压力的实验研究与理论研究的实验验证均需要借助土压力测量设备得以实现，传统的测量装置多为带有压力传感器的土压力盒。

目前，传统的测量设备结构比较简单，虽然安装有多个传感器实现分布式测量土压力，但是测量填土对挡土墙的土压力时，填土需要被捣实，导致填土样本结块，难以从测量设备中取出，并且，实验时测量设备内的填土容纳空间较为固定，难以测量不同量的填土对挡土墙的土压力。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了适用于实验室中低应力条件下的分布式土压力测量仪，具备测量范围广，使用方便，能够在测量试验完成后快速取出试验用的填土样本，并且也能快速更改填土空间，扩大测量范围等优点，解决了测量试验结束后，难以从测量设备中取出填土样本，并且，实验时测量设备内的填土容纳空间较为固定，难以测量不同量的填土对挡土墙的土压力的问题。

(二)技术方案

为实现上述的目的，本发明提供如下技术方案：适用于实验室中低应力条件下的分布式土压力测量仪，包括底座、横板、挡板、推板和多个压力传感器，挡板的侧壁通过圆孔与多个压力传感器固定连接，挡板和推板的下端均与横板的上端滑动连接，所述底座的上端对称固定连接有两个安装板，两个所述安装板的上端共同与横板的下端固定连接，所述横板的侧壁通过条形通孔竖直套接有两个侧板，两个所述侧板相对的一侧分别与挡板和推板的两端滑动连接，所述底座的上端连接有传动机构，所述底座通过传动机构连接有两个横杆，其中一个所述横杆的杆壁上固定连接有两个限位条，两个所述限位条均与挡板的一侧连接，另一个所述横杆的上端固定连接有龙门架，所述龙门架与推板的一侧连接。

优选的，所述传动机构包括两个导向杆，且导向杆与横杆相互垂直，所述横杆的两端均固定连接有滑套，两个所述滑套分别与两个导向杆的杆壁滑动套接，两个所述横杆的下端均固定连接有齿条，两个所述齿条之间共同啮合有第一齿轮，所述第一齿轮的下端固定连接有转轴，且转轴的下端通过滚动轴承与底座的上端转动连接，所述转轴的轴壁上固定连接有蜗轮，所述蜗轮的一侧啮合有蜗杆，所述安装板的一侧通过滚珠轴承转动连接有传动轴，所述传动轴的一端与蜗杆固定连接，所述传动轴的另一端固定连接有第一手轮，所述底座的上端设有限位机构，所述限位机构与齿条连接。

优选的，所述限位机构包括齿圈，所述齿圈的中心处通过方孔滑动套接有矩形杆，所述矩形杆的下端与底座的上端固定连接，所述齿圈的下端对称固定连接有两个L形杆，两个所述L形杆的水平部杆壁上均套接有矩形框，且矩形框为倾斜设置，所述安装板的一侧通过阻尼轴承转动连接有连接轴，所述连接轴的一端固定连接有第二手轮，所述连接轴的另一端穿过阻尼轴承并滑动套接有轴套，所述轴套的侧壁与矩形杆的杆壁固定连接，所述连接轴的轴壁与矩形框的侧壁固定连接。

优选的，所述底座的上端通过密封轴承转动连接有两个旋转轴，两个所述旋转轴的上端均固定连接有第二齿轮，所述第二齿轮分别与两个齿条相对的一侧啮合，所述横杆的杆壁上固定连接有矩形套，所述矩形套与齿条的侧壁套接。

优选的，所述挡板的一侧设有连接杆，所述连接杆的杆壁上套接有两个环形块，两个所述环形块均与挡板的一侧固定连接，所述连接杆的杆壁上固定连接有两个顶杆，两个所述顶杆的下端共同固定连接有限位杆，两个所述限位条的侧壁均倾斜开设有多个卡槽，所述限位条通过卡槽与限位杆的杆壁卡接，所述限位条的一端通过销轴与挡板的侧壁转动连接。

优选的，所述龙门架的两个竖直部侧壁均通过矩形通孔滑动套接有两个定向杆，两个所述定向杆的一端均与推板的一侧固定连接，所述龙门架的两个竖直部之间固定连接有支撑杆，所述支撑杆的杆壁上固定连接有电动推杆，所述电动推杆的活塞杆一端穿过支撑杆的杆壁并固定连接有支撑架，所述支撑架与定向杆的杆壁固定连接。

优选的，所述横板的中心处开设有矩形开口，所述矩形开口内固定连接有矩形橡胶框，所述矩形橡胶框内固定连接有壳体，所述壳体的上端与横板的上端处于同一水平面，所述壳体内固定连接有振动电机，所述壳体的下端四角处均固定连接有弹簧，四个所述弹簧的下端均与底座的上端固定连接。

优选的，所述侧板的一侧设有限位板，所述限位板的下端与横板的上端固定连接，所述侧板的一侧固定连接有定位块，所述定位块与限位板的上端接触。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了适用于实验室中低应力条件下的分布式土压力测量仪，具备以下有益效果：

1、本发明在使用的时候，将侧板插入条形通孔内，然后操作传动机构调节两个横杆之间的间距，进而改变推板与挡板之间位置，进而改变测试装置内的填土空间，在填土时，启动振动电机，振动电机带动壳体产生振动，使放置在测试装置内的填土结构密实，填土达到一定的密实度后挤压挡板上的压力传感器，分布安装的压力传感器能够检测填土作用在挡板上的土压力分布情况，然后利用电动推杆、支撑架、定向杆改变推板的位置，模拟填土与山坡土体共同作用在挡土墙上的土压力分布情况，在测量试验完成后，操作传动机构使挡板与推板快速相对远离，然后抽出两个侧板，此时被压实的填土暴露在横板上，方便技术人员快速取出。

2、本发明设置有传动机构，在使用时，用手转动第一手轮，第一手轮旋转带动传动轴使蜗杆旋转，蜗杆旋转带动蜗轮使转轴旋转，转轴旋转带动第一齿轮旋转，由于两个齿条对称啮合在第一齿轮的两侧，因此第一齿轮旋转时，两个齿条沿不同的方向相对运动，进而使齿条带动两个横杆使挡板和推板相对运动，既能快速改变测试装置内的填土容量，也能够在测试后快速与填土脱离，方便技术人员取出填土。

3、本发明设置有限位机构，在使用时，用手转动第二手轮使连接轴旋转，连接轴旋转时带动矩形框摆动，矩形框摆动时挤压L形杆的水平部，进而使得L形杆受力带动齿圈上移，齿圈上移时在矩形杆上滑动，齿圈上移后与两个齿条啮合，由于齿圈的中心处通过方孔与矩形杆滑动套接，因此齿圈无法旋转，进而能够利用齿圈与齿条的啮合，使得传动机构无法运动，进而起到限位的作用。

附图说明

图1为本发明提出的适用于实验室中低应力条件下的分布式土压力测量仪的结构示意图；

图2为本发明提出的适用于实验室中低应力条件下的分布式土压力测量仪图1的后视图；

图3为本发明提出的适用于实验室中低应力条件下的分布式土压力测量仪图1中底座、横板和壳体的结构示意图；

图4为本发明提出的适用于实验室中低应力条件下的分布式土压力测量仪图1中传动机构的结构示意图，

图5为本发明提出的适用于实验室中低应力条件下的分布式土压力测量仪图1中传动机构的俯视图；

图6为本发明提出的适用于实验室中低应力条件下的分布式土压力测量仪图1中限位机构的结构示意图；

图7为本发明提出的适用于实验室中低应力条件下的分布式土压力测量仪图1中横板和侧板的结构示意图；

图8为本发明提出的适用于实验室中低应力条件下的分布式土压力测量仪图2中龙门架、支撑架和定向杆的结构示意图。

图中：1、底座；2、安装板；3、横板；4、限位板；5、定位块；6、侧板；7、推板；8、龙门架；9、挡板；10、压力传感器；11、环形块；12、连接杆；13、顶杆；14、限位条；15、限位杆；16、横杆；17、齿条；18、矩形套；19、滑套；20、导向杆；21、第二手轮；22、第一手轮；23、定向杆；24、支撑杆；25、电动推杆；26、壳体；27、振动电机；28、矩形橡胶框；29、弹簧；30、第二齿轮；31、第一齿轮；32、蜗轮；33、蜗杆；34、支撑架；35、齿圈；36、矩形杆；37、矩形框；38、L形杆；39、轴套；40、连接轴。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

参照附图1-8，适用于实验室中低应力条件下的分布式土压力测量仪，包括底座1、横板3、挡板9、推板7和多个压力传感器10，挡板9的侧壁通过圆孔与多个压力传感器10固定连接，挡板9和推板7的下端均与横板3的上端滑动连接，底座1的上端对称固定连接有两个安装板2，两个安装板2的上端共同与横板3的下端固定连接，横板3的侧壁通过条形通孔竖直套接有两个侧板6，两个侧板6相对的一侧分别与挡板9和推板7的两端滑动连接，侧板6的一侧设有限位板4，限位板4的下端与横板3的上端固定连接，侧板6的一侧固定连接有定位块5，定位块5与限位板4的上端接触，底座1的上端连接有传动机构，底座1通过传动机构连接有两个横杆16，其中一个横杆16的杆壁上固定连接有两个限位条14，两个限位条14均与挡板9的一侧连接，挡板9的一侧设有连接杆12，连接杆12的杆壁上套接有两个环形块11，两个环形块11均与挡板9的一侧固定连接，连接杆12的杆壁上固定连接有两个顶杆13，两个顶杆13的下端共同固定连接有限位杆15，两个限位条14的侧壁均倾斜开设有多个卡槽，限位条14通过卡槽与限位杆15的杆壁卡接，限位条14的一端通过销轴与挡板9的侧壁转动连接，另一个横杆16的上端固定连接有龙门架8，龙门架8与推板7的一侧连接，龙门架8的两个竖直部侧壁均通过矩形通孔滑动套接有两个定向杆23，两个定向杆23的一端均与推板7的一侧固定连接，龙门架8的两个竖直部之间固定连接有支撑杆24，支撑杆24的杆壁上固定连接有电动推杆25，电动推杆25的活塞杆一端穿过支撑杆24的杆壁并固定连接有支撑架34，支撑架34与定向杆23的杆壁固定连接，横板3的中心处开设有矩形开口，矩形开口内固定连接有矩形橡胶框28，矩形橡胶框28内固定连接有壳体26，壳体26的上端与横板3的上端处于同一水平面，壳体26内固定连接有振动电机27，壳体26的下端四角处均固定连接有弹簧29，四个弹簧29的下端均与底座1的上端固定连接。

本发明在使用的时候，将侧板6插入条形通孔内，然后操作传动机构调节两个横杆16之间的间距，进而改变推板7与挡板9之间位置，进而改变测试装置内的填土空间，在填土时，启动振动电机27，振动电机27带动壳体26产生振动，使放置在测试装置内的填土结构密实，方便后续对填土进行捣实，由于推板7的位置不变，因此填土达到一定的密实度后挤压挡板9上的压力传感器10，分布安装的压力传感器10能够检测填土作用在挡板9上的土压力分布情况，随后启动电动推杆25推动支撑架34使定向杆23移动，定向杆23移动带动推板7移动，进而模拟山坡土体的运动挤压填土，填土受压后继续将压力传递至挡板9上，从而能够模拟填土与山坡土体共同作用在挡土墙上的土压力分布情况，在测量试验完成后，操作传动机构使挡板9与推板7快速相对远离，然后抽出两个侧板6，此时被压实的填土暴露在横板3上，方便技术人员快速取出。

实施例2：基于实施例1有所不同的是；

参照附图3-5，传动机构包括两个导向杆20，且导向杆20与横杆16相互垂直，横杆16的两端均固定连接有滑套19，两个滑套19分别与两个导向杆20的杆壁滑动套接，两个横杆16的下端均固定连接有齿条17，两个齿条17之间共同啮合有第一齿轮31，第一齿轮31的下端固定连接有转轴，且转轴的下端通过滚动轴承与底座1的上端转动连接，转轴的轴壁上固定连接有蜗轮32，蜗轮32的一侧啮合有蜗杆33，安装板2的一侧通过滚珠轴承转动连接有传动轴，传动轴的一端与蜗杆33固定连接，传动轴的另一端固定连接有第一手轮22，底座1的上端设有限位机构，限位机构与齿条17连接，底座1的上端通过密封轴承转动连接有两个旋转轴，两个旋转轴的上端均固定连接有第二齿轮30，第二齿轮30分别与两个齿条17相对的一侧啮合，横杆16的杆壁上固定连接有矩形套18，矩形套18与齿条17的侧壁套接。

本发明设置有传动机构，在使用时，用手转动第一手轮22，第一手轮22旋转带动传动轴使蜗杆33旋转，蜗杆33旋转带动蜗轮32使转轴旋转，转轴旋转带动第一齿轮31旋转，由于两个齿条17对称啮合在第一齿轮31的两侧，因此第一齿轮31旋转时，两个齿条17沿不同的方向相对运动，进而使齿条17带动两个横杆16使挡板9和推板7相对运动，既能快速改变测试装置内的填土容量，也能够在测试后快速与填土脱离，方便技术人员取出填土。

实施例3：基于实施例1有所不同的是；

参照附图6，限位机构包括齿圈35，齿圈35的中心处通过方孔滑动套接有矩形杆36，矩形杆36的下端与底座1的上端固定连接，齿圈35的下端对称固定连接有两个L形杆38，两个L形杆38的水平部杆壁上均套接有矩形框37，且矩形框37为倾斜设置，安装板2的一侧通过阻尼轴承转动连接有连接轴40，连接轴40的一端固定连接有第二手轮21，连接轴40的另一端穿过阻尼轴承并滑动套接有轴套39，轴套39的侧壁与矩形杆36的杆壁固定连接，连接轴40的轴壁与矩形框37的侧壁固定连接。

本发明设置有限位机构，在使用时，用手转动第二手轮21使连接轴40旋转，连接轴40旋转时带动矩形框37摆动，矩形框37摆动时挤压L形杆38的水平部，进而使得L形杆38受力带动齿圈35上移，齿圈35上移时在矩形杆36上滑动，齿圈35上移后与两个齿条17啮合，由于齿圈35的中心处通过方孔与矩形杆36滑动套接，因此齿圈35无法旋转，进而能够利用齿圈35与齿条17的啮合，使得传动机构无法运动，进而起到限位的作用。

需要说明的是，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.适用于实验室中低应力条件下的分布式土压力测量仪，包括底座（1）、横板（3）、挡板（9）、推板（7）和多个压力传感器（10），挡板（9）的侧壁通过圆孔与多个压力传感器（10）固定连接，挡板（9）和推板（7）的下端均与横板（3）的上端滑动连接，其特征在于：所述底座（1）的上端对称固定连接有两个安装板（2），两个所述安装板（2）的上端共同与横板（3）的下端固定连接，所述横板（3）的侧壁通过条形通孔竖直套接有两个侧板（6），两个所述侧板（6）相对的一侧分别与挡板（9）和推板（7）的两端滑动连接，所述底座（1）的上端连接有传动机构；

所述传动机构包括两个导向杆（20），且导向杆（20）与横杆（16）相互垂直，所述横杆（16）的两端均固定连接有滑套（19），两个所述滑套（19）分别与两个导向杆（20）的杆壁滑动套接，两个所述横杆（16）的下端均固定连接有齿条（17），两个所述齿条（17）之间共同啮合有第一齿轮（31），所述第一齿轮（31）的下端固定连接有转轴，且转轴的下端通过滚动轴承与底座（1）的上端转动连接，所述转轴的轴壁上固定连接有蜗轮（32），所述蜗轮（32）的一侧啮合有蜗杆（33），所述安装板（2）的一侧通过滚珠轴承转动连接有传动轴，所述传动轴的一端与蜗杆（33）固定连接，所述传动轴的另一端固定连接有第一手轮（22），所述底座（1）的上端设有限位机构，所述限位机构与齿条（17）连接；

所述限位机构包括齿圈（35），所述齿圈（35）的中心处通过方孔滑动套接有矩形杆（36），所述矩形杆（36）的下端与底座（1）的上端固定连接，所述齿圈（35）的下端对称固定连接有两个L形杆（38），两个所述L形杆（38）的水平部杆壁上均套接有矩形框（37），且矩形框（37）为倾斜设置，所述安装板（2）的一侧通过阻尼轴承转动连接有连接轴（40），所述连接轴（40）的一端固定连接有第二手轮（21），所述连接轴（40）的另一端穿过阻尼轴承并滑动套接有轴套（39），所述轴套（39）的侧壁与矩形杆（36）的杆壁固定连接，所述连接轴（40）的轴壁与矩形框（37）的侧壁固定连接；

所述底座（1）通过传动机构连接有两个横杆（16），其中一个所述横杆（16）的杆壁上固定连接有两个限位条（14），两个所述限位条（14）均与挡板（9）的一侧连接，另一个所述横杆（16）的上端固定连接有龙门架（8），所述龙门架（8）与推板（7）的一侧连接，所述挡板（9）的一侧设有连接杆（12），所述连接杆（12）的杆壁上套接有两个环形块（11），两个所述环形块（11）均与挡板（9）的一侧固定连接，所述连接杆（12）的杆壁上固定连接有两个顶杆（13），两个所述顶杆（13）的下端共同固定连接有限位杆（15），两个所述限位条（14）的侧壁均倾斜开设有多个卡槽，所述限位条（14）通过卡槽与限位杆（15）的杆壁卡接，所述限位条（14）的一端通过销轴与挡板（9）的侧壁转动连接；

所述龙门架（8）的两个竖直部侧壁均通过矩形通孔滑动套接有两个定向杆（23），两个所述定向杆（23）的一端均与推板（7）的一侧固定连接，所述龙门架（8）的两个竖直部之间固定连接有支撑杆（24），所述支撑杆（24）的杆壁上固定连接有电动推杆（25），所述电动推杆（25）的活塞杆一端穿过支撑杆（24）的杆壁并固定连接有支撑架（34），所述支撑架（34）与定向杆（23）的杆壁固定连接。

2.根据权利要求1所述的适用于实验室中低应力条件下的分布式土压力测量仪，其特征在于：所述底座（1）的上端通过密封轴承转动连接有两个旋转轴，两个所述旋转轴的上端均固定连接有第二齿轮（30），所述第二齿轮（30）分别与两个齿条（17）相对的一侧啮合，所述横杆（16）的杆壁上固定连接有矩形套（18），所述矩形套（18）与齿条（17）的侧壁套接。

3.根据权利要求1所述的适用于实验室中低应力条件下的分布式土压力测量仪，其特征在于：所述横板（3）的中心处开设有矩形开口，所述矩形开口内固定连接有矩形橡胶框（28），所述矩形橡胶框（28）内固定连接有壳体（26），所述壳体（26）的上端与横板（3）的上端处于同一水平面，所述壳体（26）内固定连接有振动电机（27），所述壳体（26）的下端四角处均固定连接有弹簧（29），四个所述弹簧（29）的下端均与底座（1）的上端固定连接。

4.根据权利要求1所述的适用于实验室中低应力条件下的分布式土压力测量仪，其特征在于：所述侧板（6）的一侧设有限位板（4），所述限位板（4）的下端与横板（3）的上端固定连接，所述侧板（6）的一侧固定连接有定位块（5），所述定位块（5）与限位板（4）的上端接触。