CN117166551B - 土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验装置，包括模型箱、输电杆塔基础以及土洞发育装置，所述模型箱内填充有土体，所述输电杆塔基础竖直布置且底部插接于所述土体内，所述输电杆塔基础的底部的内侧设置有倾角传感器，所述模型箱的侧壁开设有入口，所述土洞发育装置设置于所述入口，所述土洞发育装置的输入端通过导线与计算机相连接，所述土洞发育装置的输出端位于所述土体内，用于在输电杆塔基础下侧的土体内生成不同形状的土洞，所述倾角传感器与所述计算机相连接。本发明试验难度小、试验稳定性较高、试验准确度高、试验成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及输电杆塔基础技术领域，尤其涉及一种土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验装置及方法。
背景技术
为了实现更大范围的资源优化配置和现代化智能电网的建设，输电基础设施建设仍保持高速推进，因此输电杆塔将不可避免地架设在不良土层地区。由于不良土层地区地下土洞分布情况复杂，同时地基的强度、变形和稳定性相对较差，在土洞发育到一定程度时会引起地基不均匀沉降和土层塌陷，进而导致输电杆塔基础倾斜、变形、甚至倾覆，严重威胁输电线路体系的安全，已在不良土层地区建成的高压输电杆塔也会因土洞长期发育问题存在着潜在的安全隐患，因此研究土洞发育对输电杆塔基础稳定性的影响非常重要，关乎到输电系统的正常运营和人民生活的正常需求。
目前，对于土洞发育条件下输电杆塔基础的稳定性研究较少，且现有研究技术存在一定缺陷，无法准确评估土洞发育对输电杆塔基础的影响程度。例如，专利CN114215122A公开了一种岩溶土洞发育条件下输电杆塔基础失稳的试验装置及方法，该专利存在一定的不足和缺陷，专利的试验步骤S2中用制作材料建立内部含有岩溶土洞的土体，但实际操作中在建立内部含有岩溶土洞的土体的过程中上部土体容易发生坍塌现象；此外该专利通过改变模型箱中水位位置达到岩溶土洞持续发育的目的，但实际操作中向模型箱内注入一定水后土体会发生松散解体现象，难以保证试验的正常进行，无法进行后续输电杆塔基础稳定性的研究，该试验实施存在一定的难度。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的土洞发育试验稳定性较差、难度较高的缺陷与问题，提供一种试验稳定性较高、难度较低的土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验装置及方法。
为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：
一种土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验装置，包括模型箱、输电杆塔基础以及土洞发育装置，所述模型箱内填充有土体，所述输电杆塔基础竖直布置且底部插接于所述土体内，所述输电杆塔基础的底部的内侧设置有倾角传感器，所述模型箱的侧壁开设有入口，所述土洞发育装置设置于所述入口，所述土洞发育装置的输入端通过导线与计算机相连接，所述土洞发育装置的输出端位于所述土体内，用于在输电杆塔基础下侧的土体内生成土洞，所述倾角传感器与所述计算机相连接。
所述土洞发育装置包括多个分离式弧形刀片、多个伸缩调节杆、转子马达、转轴、前进切削刀、定位传感器、钢丝螺纹管，所述钢丝螺纹管水平布置，所述钢丝螺纹管的一端位于所述入口内、另一端连接有所述转子马达，所述转轴的一端连接于所述转子马达的输出端，所述前进切削刀连接于所述转轴的另一端，多个所述伸缩调节杆的一端均连接于所述转轴的外周面，多个所述分离式弧形刀片与多个所述伸缩调节杆的另一端一一对应连接，多个所述分离式弧形刀片合围形成环形结构，所述环形结构的中心线沿所述转轴的径向布置，所述钢丝螺纹管的内部设置有导线，所述导线的一端与所述计算机相连接，所述导线的另一端分别与转子马达、伸缩调节杆、定位传感器、前进切削刀相连接，所述钢丝螺纹管的外侧设置有清理装置；
所述清理装置，用于将土洞扩张过程中产生的碎土屑通过入口传输至模型箱的外侧。
所述前进切削刀包括球铰、连杆、转盘、微电机，所述转轴的另一端开设有凹槽，所述球铰安装于所述凹槽内，所述连杆的一侧连接于所述球铰，所述转盘的一侧连接于所述连杆的另一侧，所述微电机的输出端连接于所述转盘的另一侧，所述转盘的外周面沿周向连接有多个切削刀，所述定位传感器设置于所述转轴的内部且靠近所述切削刀布置，所述导线的另一端与所述微电机相连接。
所述伸缩调节杆包含控制单元、阻尼加热器、形状记忆合金丝和多个依次嵌套连接的杆件，所述控制单元位于最外层的杆件的内部，所述阻尼加热器的一端与所述控制单元相连接、另一端与所述形状记忆合金丝的一端相连接，所述形状记忆合金丝的另一端与最内层杆件的底部相连接，所述控制单元与所述计算机相连接。
所述分离式弧形刀片的表面呈锯齿状。
所述模型箱的入口沿所述土洞发育装置的长度方向设置有保护管，所述土洞发育装置位于所述保护管内。
一种土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验方法，该试验方法应用于土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验装置，所述试验方法包括以下步骤：
S1：根据实际工程情况等比例缩小建立多个相同的模型箱和输电杆塔基础，模型箱中的土体采用原场地土；
S2：将土洞发育装置放置在模型箱的入口内；
S3：在计算机中发出指令，自动控制土洞发育装置到达指定土洞扩张位置；
S4：计算机控制土洞发育装置进行土洞扩张作业；
S5：在土洞扩张过程中自动记录输电杆塔基础底部位置的倾角传感器的倾斜度；
S6：在多个模型箱内进行距输电杆塔基础底部不同深度位置处的相同土洞扩张作业；
S7：在多个模型箱内，根据不同深度位置处的相同土洞下对输电杆塔基础的稳定性影响进行分区，按照输电杆塔基础的倾斜度建立三级危险分区，包括低风险区、中风险区、高风险区；
S8：在每个危险分区中进行多个土洞扩张作业，当每个危险分区中的输电杆塔基础的倾斜度均达到阈值时停止土洞扩张作业，记录各个危险分区内土洞的最大数量；
S9：在高危险区中调节土洞发育装置的土洞扩张速度，模拟不同速度的土洞发育，当土洞发育到设定时间且输电杆塔基础倾斜度达到阈值时，此时的土洞发育速度即为高危险区中土洞最大的允许发育速度。
所述步骤S3的具体步骤为：
计算机发出指令控制微电机工作，进而带动转盘转动，转盘转动使外部的切削刀沿转盘的轴线旋转并对土体进行切削，使土洞发育装置在土体内移动，同时定位传感器将当前位置信息反馈给计算机，计算机根据反馈的位置信息控制土洞发育装置到达指定土洞扩张位置，切削中的土屑通过清理装置排出。
所述步骤S4的具体步骤为：
计算机发送指令给控制单元，控制单元接收到计算机信号启动阻尼加热器工作，阻尼加热器将温度进行改变使形状记忆合金丝伸长，形状记忆合金丝伸长带动杆件伸长，使多个所述分离式弧形刀片合围形成环形结构，然后计算机控制转子马达转动，使转轴转动，转轴带动伸缩调节杆进行转动，与伸缩调节杆相连的分离式弧形刀片同步转动对土体进行切削生成土洞，切削中的土屑通过清理装置排出。
所述试验方法还包括以下步骤：
在多个模型箱内距输电杆塔基础底部相同深度位置处进行不同形状土洞的扩张作业，计算机发送指令给控制单元，控制单元接收到计算机信号启动阻尼加热器工作，阻尼加热器将温度进行改变使形状记忆合金丝伸缩，形状记忆合金丝伸缩带动杆件伸缩，使每个模型箱内的伸缩调节杆的长度不一致，然后计算机控制转子马达转动，使转轴转动，通过分离式弧形刀片切削土体生成不同形状的土洞，记录在不同形状土洞下输电杆塔基础的倾斜度。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明一种土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验装置及方法中，采用等比例缩小的多个试验模型进行研究分析，模型箱内采用原场地土模拟现实的土洞，大大减少了试验难度，同时通过模型箱可以直观显示土洞发育过程中输电杆塔基础的变形特征，具有良好的可视化效果；通过土洞发育装置在土体内生成土洞来还原实际的土洞发育，相较于通过制作材料建立内部含有岩溶土洞的土体，可以有效避免土体发生坍塌现象；通过模拟土洞在距输电杆塔基础底部不同深度位置处、不同发育速度条件下输电杆塔基础的变形情况，根据输电杆塔基础倾斜度响应情况进行了危险分区划定，可以准确评估土洞发育对输电杆塔基础稳定性的影响程度；通过模拟不同危险分区中多个土洞发育对输电杆塔基础的影响情况，确定在输电杆塔基础失稳破坏前不同危险分区内土洞的最大数量，此外，可以确定在输电杆塔基础失稳破坏前高危险区内土洞最大允许发育速度，可为实际工程安全稳定性分析提供指导。因此，本发明试验难度小、试验稳定性较高、试验准确度高、试验成本较低。
2、本发明一种土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验装置及方法中，土洞发育装置采用伸缩杆和刀片的连接方式，初始状态下，伸缩杆处于收缩状态，分离式弧形刀片靠近转轴，此时可以将转轴、钢丝螺纹管放在模型箱的入口，通过前进切削刀进行预切削，使伸缩杆和刀片可以移动到指定土洞扩张位置，由于伸缩杆处于收缩状态，因此前进过程中不会生成额外的土洞，到达指定位置后，伸缩杆进行伸长，同时在转子马达的带动下，分离式弧形刀片沿转轴进行旋转对土体进行切削，从而生成土洞，由于伸缩杆的长度可以进行调节，因此生成的土洞更容易接近现实中的土洞，可以精准模拟土体中土洞的发育，从而使试验的结构更加精确，同时采用自动化的方式来控制土洞发育装置在土体内前进和调节伸缩杆的长度，试验过程较为方便。因此，本发明自动化程度较高、试验准确度较高。
3、本发明一种土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验装置及方法中，通过模拟土洞在不同规模尺寸下输电杆塔基础的变形情况，可以准确评估不同形状的土洞发育对输电杆塔基础稳定性的影响程度，对于在不良土层地区内搭建输电杆塔具有着一定的指导意义。因此，本发明试验准确度高、模拟效果较好。
附图说明
图1是本发明中一种土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验装置的结构示意图。
图2是图1中A处的放大示意图。
图3是本发明中土洞发育装置未工作状态下的部分结构示意图。
图4是本发明中土洞发育装置工作状态下的部分结构示意图。
图5是本发明中前期切削刀的结构示意图。
图6是本发明中伸缩调节杆压缩状态下的结构示意图。
图7是本发明中伸缩调节杆拉长状态下的结构示意图。
图中：模型箱1、入口11、土体2、输电杆塔基础3、土洞发育装置4、伸缩调节杆41、控制单元411、阻尼加热器412、形状记忆合金丝413、杆件414、分离式弧形刀片42、转子马达43、转轴44、凹槽441、钢丝螺纹管45、定位传感器46、清理装置47、风机471、柔性管472、前进切削刀48、球铰481、连杆482、转盘483、微电机484、切削刀485、倾角传感器5、导线6、计算机7、保护管8。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1至图7，一种土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验装置，包括模型箱1、输电杆塔基础3以及土洞发育装置4，所述模型箱1内填充有土体2，所述输电杆塔基础3竖直布置且底部插接于所述土体2内，所述输电杆塔基础3的底部的内侧设置有倾角传感器5，所述模型箱1的侧壁开设有入口11，所述土洞发育装置4设置于所述入口11，所述土洞发育装置4的输入端通过导线6与计算机7相连接，所述土洞发育装置4的输出端位于所述土体2内，用于在输电杆塔基础3下侧的土体2内生成土洞，所述倾角传感器5与所述计算机7相连接。
所述土洞发育装置4包括多个分离式弧形刀片42、多个伸缩调节杆41、转子马达43、转轴44、前进切削刀48、定位传感器46、钢丝螺纹管45，所述钢丝螺纹管45水平布置，所述钢丝螺纹管45的一端位于所述入口11内、另一端连接有所述转子马达43，所述转轴44的一端连接于所述转子马达43的输出端，所述前进切削刀48连接于所述转轴44的另一端，多个所述伸缩调节杆41的一端均连接于所述转轴44的外周面，多个所述分离式弧形刀片42与多个所述伸缩调节杆41的另一端一一对应连接，多个所述分离式弧形刀片42合围形成环形结构，所述环形结构的中心线沿所述转轴44的径向布置，所述钢丝螺纹管45的内部设置有导线6，所述导线6的一端与所述计算机7相连接，所述导线6的另一端分别与转子马达43、伸缩调节杆41、定位传感器46、前进切削刀48相连接，所述钢丝螺纹管45的外侧设置有清理装置47；
所述清理装置47，用于将土洞扩张过程中产生的碎土屑通过入口11传输至模型箱1的外侧。
所述前进切削刀48包括球铰481、连杆482、转盘483、微电机484，所述转轴44的另一端开设有凹槽441，所述球铰481安装于所述凹槽441内，所述连杆482的一侧连接于所述球铰481，所述转盘483的一侧连接于所述连杆482的另一侧，所述微电机484的输出端连接于所述转盘483的另一侧，所述转盘483的外周面沿周向连接有多个切削刀485，所述定位传感器46设置于所述转轴44的内部且靠近所述切削刀485布置，所述导线6的另一端与所述微电机484相连接。
所述伸缩调节杆41包含控制单元411、阻尼加热器412、形状记忆合金丝413和多个依次嵌套连接的杆件414，所述控制单元411位于最外层的杆件414的内部，所述阻尼加热器412的一端与所述控制单元411相连接、另一端与所述形状记忆合金丝413的一端相连接，所述形状记忆合金丝413的另一端与最内层杆件414的底部相连接，所述控制单元411与所述计算机7相连接。
所述分离式弧形刀片42的表面呈锯齿状。
所述模型箱1的入口11沿所述土洞发育装置4的长度方向设置有保护管8，所述土洞发育装置4位于所述保护管8内。
一种土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验方法，该试验方法应用于土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验装置，所述试验方法包括以下步骤：
S1：根据实际工程情况等比例缩小建立多个相同的模型箱1和输电杆塔基础3，模型箱1中的土体2采用原场地土；
S2：将土洞发育装置4放置在模型箱1的入口11内；
S3：在计算机7中发出指令，自动控制土洞发育装置4到达指定土洞扩张位置；
S4：计算机7控制土洞发育装置4进行土洞扩张作业；
S5：在土洞扩张过程中自动记录输电杆塔基础3底部位置的倾角传感器5的倾斜度；
S6：在多个模型箱1内进行距输电杆塔基础3底部不同深度位置处的相同土洞扩张作业；
S7：在多个模型箱1内，根据不同深度位置处的相同土洞下对输电杆塔基础3的稳定性影响进行分区，按照输电杆塔基础3的倾斜度建立三级危险分区，包括低风险区、中风险区、高风险区；
S8：在每个危险分区中进行多个土洞扩张作业，当每个危险分区中的输电杆塔基础3的倾斜度均达到阈值时停止土洞扩张作业，记录各个危险分区内土洞的最大数量；
S9：在高危险区中调节土洞发育装置4的土洞扩张速度，模拟不同速度的土洞发育，当土洞发育到设定时间且输电杆塔基础3倾斜度达到阈值时，此时的土洞发育速度即为高危险区中土洞最大的允许发育速度。
所述步骤S3的具体步骤为：
计算机7发出指令控制微电机484工作，进而带动转盘483转动，转盘483转动使外部的切削刀485沿转盘483的轴线旋转并对土体2进行切削，使土洞发育装置4在土体2内移动，同时定位传感器46将当前位置信息反馈给计算机7，计算机7根据反馈的位置信息控制土洞发育装置4到达指定土洞扩张位置，切削中的土屑通过清理装置47排出。
所述步骤S4的具体步骤为：
计算机7发送指令给控制单元411，控制单元411接收到计算机7信号启动阻尼加热器412工作，阻尼加热器412将温度进行改变使形状记忆合金丝413伸长，形状记忆合金丝413伸长带动杆件414伸长，使多个所述分离式弧形刀片42合围形成环形结构，然后计算机7控制转子马达43转动，使转轴44转动，转轴44带动伸缩调节杆41进行转动，与伸缩调节杆41相连的分离式弧形刀片42同步转动对土体2进行切削生成土洞，切削中的土屑通过清理装置47排出。
所述试验方法还包括以下步骤：
在多个模型箱1内距输电杆塔基础3底部相同深度位置处进行不同形状土洞的扩张作业，计算机7发送指令给控制单元411，控制单元411接收到计算机7信号启动阻尼加热器412工作，阻尼加热器412将温度进行改变使形状记忆合金丝413伸缩，形状记忆合金丝413伸缩带动杆件414伸缩，使每个模型箱1内的伸缩调节杆41的长度不一致，然后计算机7控制转子马达43转动，使转轴44转动，通过分离式弧形刀片42切削土体2生成不同形状的土洞，记录在不同形状土洞下输电杆塔基础3的倾斜度。
本发明的原理说明如下：
本发明中钢丝螺纹管45与转子马达43的定子固定连接，转轴44与转子马达43的转子固定连接，计算机7通过导线6向转子马达43输出电流，促使转子马达43转动，转子马达43转动时带动转轴44转动，由于伸缩调节杆41与转轴44固定连接，伸缩调节杆41也绕转轴44转动，计算机7与倾角传感器5通过导线6或无线信号相连，土洞发育装置4在土体2内移动过程中，转盘483转动使外部的切削刀485旋转并对土体2进行切削同时转轴44同步向前移动。
实施例1：
参见图1至图7，一种土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验装置，包括模型箱1、输电杆塔基础3以及土洞发育装置4，所述模型箱1内填充有土体2，所述输电杆塔基础3竖直布置且底部插接于所述土体2内，所述输电杆塔基础3的底部的内侧设置有倾角传感器5，所述模型箱1的侧壁开设有入口11，所述土洞发育装置4设置于所述入口11，所述土洞发育装置4的输入端通过导线6与计算机7相连接，所述土洞发育装置4的输出端位于所述土体2内，用于在输电杆塔基础3下侧的土体2内生成土洞，所述倾角传感器5与所述计算机7相连接。
所述土洞发育装置4包括多个分离式弧形刀片42、多个伸缩调节杆41、转子马达43、转轴44、前进切削刀48、定位传感器46、钢丝螺纹管45，所述钢丝螺纹管45水平布置，所述钢丝螺纹管45的一端位于所述入口11内、另一端连接有所述转子马达43，所述转轴44的一端连接于所述转子马达43的输出端，所述转轴44的另一端开设有凹槽441，所述前进切削刀48包括球铰481、连杆482、转盘483、微电机484，所述球铰481安装于所述凹槽441内，所述连杆482的一侧连接于所述球铰481，所述转盘483的一侧连接于所述转盘483的另一侧，所述微电机484的输出端连接于所述连杆482的另一侧，所述转盘483的外周面沿周向连接有多个切削刀485，所述定位传感器46设置于所述转轴44的内部且靠近所述切削刀485布置，多个所述伸缩调节杆41的一端均连接于所述转轴44的外周面，多个所述分离式弧形刀片42与多个所述伸缩调节杆41的另一端一一对应连接，多个所述分离式弧形刀片42合围形成环形结构，所述环形结构的中心线沿所述转轴44的径向布置，所述钢丝螺纹管45的内部设置有导线6，所述导线6的一端与所述计算机7相连接，所述导线6的另一端分别与转子马达43、伸缩调节杆41、定位传感器46、微电机484相连接，所述钢丝螺纹管45的外侧设置有清理装置47；
所述伸缩调节杆41包含控制单元411、阻尼加热器412、形状记忆合金丝413和多个依次嵌套连接的杆件414，所述控制单元411位于最外层的杆件414的内部，所述阻尼加热器412的一端与所述控制单元411相连接、另一端与所述形状记忆合金丝413的一端相连接，所述形状记忆合金丝413的另一端与最内层杆件414的底部相连接，所述控制单元411与所述计算机7相连接。所述分离式弧形刀片42的表面呈锯齿状。
一种土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验方法，该试验方法应用于土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验装置，所述试验方法包括以下步骤：
S1：根据实际工程情况等比例缩小建立多个相同的模型箱1和输电杆塔基础3，模型箱1中的土体2采用原场地土；
S2：将土洞发育装置4放置在模型箱1的入口11内；
S3：计算机7发出指令控制微电机484工作，进而带动转盘483转动，转盘483转动使外部的切削刀485沿转盘483的轴线旋转并对土体2进行切削，使土洞发育装置4在土体2内移动，同时定位传感器46将当前位置信息反馈给计算机7，计算机7根据反馈的位置信息控制土洞发育装置4到达指定土洞扩张位置；
S4：计算机7发送指令给控制单元411，控制单元411接收到计算机7信号启动阻尼加热器412工作，阻尼加热器412将温度进行改变使形状记忆合金丝413伸长，形状记忆合金丝413伸长带动杆件414伸长，使多个所述分离式弧形刀片42合围形成环形结构，然后计算机7控制转子马达43转动，使转轴44转动，转轴44带动伸缩调节杆41进行转动，与伸缩调节杆41相连的分离式弧形刀片42同步转动对土体2进行切削生成土洞；
S5：在土洞扩张过程中自动记录输电杆塔基础3底部位置的倾角传感器5的倾斜度Δ；
S6：在多个模型箱1内进行距输电杆塔基础3底部不同深度位置处的相同土洞扩张作业；
S7：在多个模型箱1内，根据不同深度位置处的相同土洞下对输电杆塔基础3的稳定性影响进行分区，按照输电杆塔基础3的倾斜度建立三级危险分区，包括低风险区、中风险区、高风险区，参照下表；
S8：在每个危险分区中进行多个土洞扩张作业，当每个危险分区中的输电杆塔基础3的倾斜度均0.5%时停止土洞扩张作业，记录各个危险分区内土洞的最大数量；
S9：在高危险区中调节土洞发育装置4的土洞扩张速度，模拟不同速度的土洞发育，当土洞发育了24个小时且输电杆塔基础3倾斜度达到0.5%时，此时的土洞发育速度即为高危险区中土洞最大的允许发育速度。
实施例2：
基本内容等同于实施例1，不同之处在于：
参见图1至图2，所述清理装置47包括风机471、柔性管472，柔性管472的直径为0.8mm-15mm，所述柔性管472套设于所述钢丝螺纹管45的外侧，钢丝螺纹管45上侧内表面与柔性管472上侧外表面相粘结，使得土屑从钢丝螺纹管45下侧通过，所述风机471位于所述模型箱1的外侧，所述柔性管472的一端穿过所述入口11后与所述风机471相连通，切削中的土屑进入柔性管472中，通过风机471排出。
实施例3：
基本内容等同于实施例1，不同之处在于：
参见图1至图2，所述模型箱1的入口11沿所述土洞发育装置4的长度方向设置有保护管8，所述土洞发育装置4位于所述保护管8内。
实施例4：
基本内容等同于实施例1，不同之处在于：
所述试验方法还包括以下步骤：
在多个模型箱1内距输电杆塔基础3底部相同深度位置处进行不同形状土洞的扩张作业，计算机7发送指令给控制单元411，控制单元411接收到计算机7信号启动阻尼加热器412工作，阻尼加热器412将温度进行改变使形状记忆合金丝413伸缩，形状记忆合金丝413伸缩带动杆件414伸缩，使每个模型箱1内的伸缩调节杆41的长度不一致，然后计算机7控制转子马达43转动，使转轴44转动，通过分离式弧形刀片42切削土体2生成不同形状的土洞，记录在不同形状土洞下输电杆塔基础3的倾斜度。
Claims (9)
1.一种土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验装置，其特征在于：包括模型箱(1)、输电杆塔基础(3)以及土洞发育装置(4)，所述模型箱(1)内填充有土体(2)，所述输电杆塔基础(3)竖直布置且底部插接于所述土体(2)内，所述输电杆塔基础(3)的底部的内侧设置有倾角传感器(5)，所述模型箱(1)的侧壁开设有入口(11)，所述土洞发育装置(4)设置于所述入口(11)，所述土洞发育装置(4)的输入端通过导线(6)与计算机(7)相连接，所述土洞发育装置(4)的输出端位于所述土体(2)内，用于在输电杆塔基础(3)下侧的土体(2)内生成土洞，所述倾角传感器(5)与所述计算机(7)相连接；
所述土洞发育装置(4)包括多个分离式弧形刀片(42)、多个伸缩调节杆(41)、转子马达(43)、转轴(44)、前进切削刀(48)、定位传感器(46)、钢丝螺纹管(45)，所述钢丝螺纹管(45)水平布置，所述钢丝螺纹管(45)的一端位于所述入口(11)内、另一端连接有所述转子马达(43)，所述转轴(44)的一端连接于所述转子马达(43)的输出端，所述前进切削刀(48)连接于所述转轴(44)的另一端，多个所述伸缩调节杆(41)的一端均连接于所述转轴(44)的外周面，多个所述分离式弧形刀片(42)与多个所述伸缩调节杆(41)的另一端一一对应连接，多个所述分离式弧形刀片(42)合围形成环形结构，所述环形结构的中心线沿所述转轴(44)的径向布置，所述钢丝螺纹管(45)的内部设置有导线(6)，所述导线(6)的一端与所述计算机(7)相连接，所述导线(6)的另一端分别与转子马达(43)、伸缩调节杆(41)、定位传感器(46)、前进切削刀(48)相连接，所述钢丝螺纹管(45)的外侧设置有清理装置(47)；
所述清理装置(47)，用于将土洞扩张过程中产生的碎土屑通过入口(11)传输至模型箱(1)的外侧。
2.根据权利要求1所述的一种土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验装置，其特征在于：所述前进切削刀(48)包括球铰(481)、连杆(482)、转盘(483)、微电机(484)，所述转轴(44)的另一端开设有凹槽(441)，所述球铰(481)安装于所述凹槽(441)内，所述连杆(482)的一侧连接于所述球铰(481)，所述转盘(483)的一侧连接于所述连杆(482)的另一侧，所述微电机(484)的输出端连接于所述转盘(483)的另一侧，所述转盘(483)的外周面沿周向连接有多个切削刀(485)，所述定位传感器(46)设置于所述转轴(44)的内部且靠近所述切削刀(485)布置，所述导线(6)的另一端与所述微电机(484)相连接。
3.根据权利要求1所述的一种土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验装置，其特征在于：所述伸缩调节杆(41)包含控制单元(411)、阻尼加热器(412)、形状记忆合金丝(413)和多个依次嵌套连接的杆件(414)，所述控制单元(411)位于最外层的杆件(414)的内部，所述阻尼加热器(412)的一端与所述控制单元(411)相连接、另一端与所述形状记忆合金丝(413)的一端相连接，所述形状记忆合金丝(413)的另一端与最内层杆件(414)的底部相连接，所述控制单元(411)与所述计算机(7)相连接。
4.根据权利要求1所述的一种土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验装置，其特征在于：所述分离式弧形刀片(42)的表面呈锯齿状。
5.根据权利要求1所述的一种土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验装置，其特征在于：所述模型箱(1)的入口(11)沿所述土洞发育装置(4)的长度方向设置有保护管(8)，所述土洞发育装置(4)位于所述保护管(8)内。
6.一种土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验方法，其特征在于：该试验方法应用于权利要求1所述的土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验装置，所述试验方法包括以下步骤：
S1：根据实际工程情况等比例缩小建立多个相同的模型箱(1)和输电杆塔基础(3)，模型箱(1)中的土体(2)采用原场地土；
S2：将土洞发育装置(4)放置在模型箱(1)的入口(11)内；
S3：在计算机(7)中发出指令，自动控制土洞发育装置(4)到达指定土洞扩张位置；
S4：计算机(7)控制土洞发育装置(4)进行土洞扩张作业；
S5：在土洞扩张过程中自动记录输电杆塔基础(3)底部位置的倾角传感器(5)的倾斜度；
S6：在多个模型箱(1)内进行距输电杆塔基础(3)底部不同深度位置处的相同土洞扩张作业；
S7：在多个模型箱(1)内，根据不同深度位置处的相同土洞下对输电杆塔基础(3)的稳定性影响进行分区，按照输电杆塔基础(3)的倾斜度建立三级危险分区，包括低风险区、中风险区、高风险区；
S8：在每个危险分区中进行多个土洞扩张作业，当每个危险分区中的输电杆塔基础(3)的倾斜度均达到阈值时停止土洞扩张作业，记录各个危险分区内土洞的最大数量；
S9：在高危险区中调节土洞发育装置(4)的土洞扩张速度，模拟不同速度的土洞发育，当土洞发育到设定时间且输电杆塔基础(3)倾斜度达到阈值时，此时的土洞发育速度即为高危险区中土洞最大的允许发育速度。
7.根据权利要求6所述的一种土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验方法，其特征在于：
所述土洞发育装置(4)包括多个分离式弧形刀片(42)、多个伸缩调节杆(41)、转子马达(43)、转轴(44)、前进切削刀(48)、定位传感器(46)、钢丝螺纹管(45)，所述钢丝螺纹管(45)水平布置，所述钢丝螺纹管(45)的一端位于所述入口(11)内、另一端连接有所述转子马达(43)，所述转轴(44)的一端连接于所述转子马达(43)的输出端，所述转轴(44)的另一端开设有凹槽(441)，所述前进切削刀(48)包括球铰(481)、连杆(482)、转盘(483)、微电机(484)，所述球铰(481)安装于所述凹槽(441)内，所述连杆(482)的一侧连接于所述球铰(481)，所述转盘(483)的一侧连接于所述连杆(482)的另一侧，所述微电机(484)的输出端连接于所述转盘(483)的另一侧，所述转盘(483)的外周面沿周向连接有多个切削刀(485)，所述定位传感器(46)设置于所述转轴(44)的内部且靠近所述切削刀(485)布置，多个所述伸缩调节杆(41)的一端均连接于所述转轴(44)的外周面，多个所述分离式弧形刀片(42)与多个所述伸缩调节杆(41)的另一端一一对应连接，多个所述分离式弧形刀片(42)合围形成环形结构，所述环形结构的中心线沿所述转轴(44)的径向布置，所述钢丝螺纹管(45)的内部设置有导线(6)，所述导线(6)的一端与所述计算机(7)相连接，所述导线(6)的另一端分别与转子马达(43)、伸缩调节杆(41)、定位传感器(46)、微电机(484)相连接，所述钢丝螺纹管(45)的外侧设置有清理装置(47)；
所述步骤S3的具体步骤为：
计算机(7)发出指令控制微电机(484)工作，进而带动转盘(483)转动，转盘(483)转动使外部的切削刀(485)沿转盘(483)的轴线旋转并对土体(2)进行切削，使土洞发育装置(4)在土体(2)内移动，同时定位传感器(46)将当前位置信息反馈给计算机(7)，计算机(7)根据反馈的位置信息控制土洞发育装置(4)到达指定土洞扩张位置，切削中的土屑通过清理装置(47)排出。
8.根据权利要求7所述的一种土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验方法，其特征在于：
所述伸缩调节杆(41)包含控制单元(411)、阻尼加热器(412)、形状记忆合金丝(413)和多个依次嵌套连接的杆件(414)，所述控制单元(411)位于最外层的杆件(414)的内部，所述阻尼加热器(412)的一端与所述控制单元(411)相连接、另一端与所述形状记忆合金丝(413)的一端相连接，所述形状记忆合金丝(413)的另一端与最内层杆件(414)的底部相连接，所述控制单元(411)与所述计算机(7)相连接；
所述步骤S4的具体步骤为：
计算机(7)发送指令给控制单元(411)，控制单元(411)接收到计算机(7)信号启动阻尼加热器(412)工作，阻尼加热器(412)将温度进行改变使形状记忆合金丝(413)伸长，形状记忆合金丝(413)伸长带动杆件(414)伸长，使多个所述分离式弧形刀片(42)合围形成环形结构，然后计算机(7)控制转子马达(43)转动，使转轴(44)转动，转轴(44)带动伸缩调节杆(41)进行转动，与伸缩调节杆(41)相连的分离式弧形刀片(42)同步转动对土体(2)进行切削生成土洞，切削中的土屑通过清理装置(47)排出。
9.根据权利要求8所述的一种土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验方法，其特征在于：
所述试验方法还包括以下步骤：
在多个模型箱(1)内距输电杆塔基础(3)底部相同深度位置处进行不同形状土洞的扩张作业，计算机(7)发送指令给控制单元(411)，控制单元(411)接收到计算机(7)信号启动阻尼加热器(412)工作，阻尼加热器(412)将温度进行改变使形状记忆合金丝(413)伸缩，形状记忆合金丝(413)伸缩带动杆件(414)伸缩，使每个模型箱(1)内的伸缩调节杆(41)的长度不一致，然后计算机(7)控制转子马达(43)转动，使转轴(44)转动，通过分离式弧形刀片(42)切削土体(2)生成不同形状的土洞，记录在不同形状土洞下输电杆塔基础(3)的倾斜度。
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