CN204594988U - 一种室内土工模型实验装置 - Google Patents

Abstract

本装置包括主体支架和活动支架，主体支架为由主框架构成的一个立方体，主体支架的六个面均开口，主体支架的四个侧面沿高度方向分别对称设有支撑杆将侧面分割为左右两个开口，每个独立的开口均通过独立的挡板封闭，主体支架的每个侧面的主框架的侧面和支撑杆的侧面设有相互对应的第一插装槽，第一插装槽内插装有封闭侧面开口的挡板，主体支架在支撑杆的内侧设有第二插装槽，第二插装槽内可插装挡板将主体支架内的空间分割成多个矩形的模型槽，模型槽的四周通过独立的挡板封闭，主体支架和模型槽的其中两个相对的侧面开口为观察窗，观察窗上插装的挡板由透明材质构成，活动支架安装在主框架内侧用于给插装在第二插装槽内的挡板提供支撑。本实用新型方便拆卸和组装、容易移动，通过活动支架能调整内部空间大小，从而完成多项地基与基础模型试验，为持续、深入的实验研究提供依据。

Description

一种室内土工模型实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种室内土工模型实验装置。

背景技术

土木工程中，地基与基础的安全与稳定是上部结构安全使用的重要保障，已经在使用的地基基础型式，或者型式本身、或者遇到特殊地质条件(如地下出现空洞、软土层倾斜等)，其工作机理、破坏过程和破坏模式到目前为止还没有被清楚的认识；新的地基基础型式提出以后，在施工可行的基础上，必然要研究其工作机理和破坏过程及破坏模式，以满足施工可行、经济合理、使用安全的优化设计要求。室内实验、现场测试和理论分析是科学研究的基本方法。但是在现有的室内模型实验中，钢筋混凝土大型土工模型实验耗时长、成本高，特别是加载非常困难、劳动强度很大，很难观测破坏过程和破坏模式，因此急需一种实验装置来解决这个问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足而提供一种可以测试基桩和桩体复合地基在不同受力条件下破坏过程的室内土工模型实验装置。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种室内土工模型实验装置，包括主体支架和活动支架，所述主体支架为由主框架构成的一个立方体，所述主体支架的六个面均开口，所述主体支架的四个侧面沿高度方向分别对称设有支撑杆将侧面分割为左右两个开口，每个独立的开口均通过独立的挡板封闭，所述主体支架的每个侧面的主框架的侧面和支撑杆的侧面设有相互对应的第一插装槽，所述第一插装槽内插装有封闭侧面开口的所述挡板，所述主体支架在支撑杆的内侧设有第二插装槽，所述第二插装槽内可插装挡板将所述主体支架内的空间分割成多个矩形的模型槽，所述模型槽的四周通过独立的挡板封闭，所述主体支架和模型槽的其中两个相对的侧面开口为观察窗，所述观察窗上插装的挡板由透明材质构成，所述活动支架安装在主框架内侧用于给插装在所述第二插装槽内的挡板提供支撑。

所述活动支架的横截面为“一”字形，所述活动支架与主体支架设有两种连接方式，第一种连接方式，所述挡板插装在两个相对的第二插装槽之间将主体支架内空间分割上下或左右总共四个独立的模型槽，第一块活动支架固定在主体支架相对的两个侧面上固定所述挡板，第二种连接方式为在第一种连接方式的基础上，第二块活动支架设置在第一块活动支架与主体支架之间，并且第二块活动支架与第一块活动支架连接处上设置有与第二插装槽对应的第三插装槽，所述挡板插装在第二插装槽和第三插装槽之间将第一种连接方式形成的模型槽再分割为两个独立的模型槽。

所述观察窗上设有纵横向刻度。

所述观察窗与第一插装槽、第二插装槽和第三插装槽接触面上均设有减震胶条。

所述观察窗为钢化玻璃。

所述纵横向刻度为在观察窗上刻画10mm×10mm的方格。

所述主体支架上除开观察窗外的另外两个相对的侧面开口为分级实验窗，设置在所述分级实验窗侧的挡板由多块规格形状相同的板体沿主体支架高度方向拼装形成。

所述第一插装槽、第二插装槽和第三插装槽的规格相同，所述挡板的厚度与所述第一插装槽、第二插装槽和第三插装槽的开口宽度相匹配。

所述主体支架的侧面在纵向和横向上设有至少一根加强筋。

由于采用上述方案，本装置的活动支架和挡板与主体支架之间为可拆卸式的活动连接，这样使得整体及每个部分的重量较轻，从而方便将本装置运输到固定式反力架下进行加压实验，使得实验更加容易安装、数据更加容易测读，挡板和主体支架采用插装的方式连接，保证组装方便、稳定，能实现实验意图，所述支撑杆在主体支架内的位置根据实验的要求确定，从而可以通过在主体支架内部插装挡板来调整主体支架内空间布设，从而适应不同实验的要求。主体支架和模型槽至少有两个相对的侧面开口为观察窗，从而方便实验者对实验进行观察，减震胶条的设置防止挡板受到挤压损坏，设置分级实验窗是为了模拟基坑开挖、坡体分级下滑等分级卸载过程，实现分级卸载实验，加强筋保证了整个装置受力不产生超限变形。

综上所述，本装置在加载过程中，实验者能观测到桩和土的破坏过程和破坏模式；尺寸合理，能利用结构试验中心的固定式反力架；本装置方便拆卸和组装、容易移动，通过活动支架能调整内部空间大小，从而完成多项地基与基础模型试验，为持续、深入的实验研究提供装置。

附图说明

图1是本实用新型的立体图。

图2是本实用新型未安装活动支架的底平面图。

图3是本实用新型未安装活动支架的顶平面图。

图4是本实用新型主体支架内安装“一”字形活动支架的第一种方式。

图5是本实用新型主体支架内安装“一”字形活动支架的第二种方式。

图6是本实用新型主体支架内安装“一”字形活动支架的第三种方式。

图7是本实用新型主体支架内安装“一”字形活动支架的第四种方式。

图8是本实用新型主体支架内安装两块“一”字形活动支架的第一种方式。

图9是本实用新型主体支架内安装两块“一”字形活动支架的第二种方式。

图10是本实用新型主体支架内安装两块“一”字形活动支架的第三种方式。

图11是本实用新型主体支架内安装两块“一”字形活动支架的第四种方式。

具体实施方式

下面结合附图，进一步详细说明本专利的具体实施方式。

如图1至11所示，一种室内土工模型实验装置，本例中主体支架1由角钢焊接而成，活动支架5由角钢上的耳板通过螺栓拼接并与主体支架连接，使得挡板插入后将主体支架内的空间分割为新尺寸的模型槽，第一插装槽2、第二插装槽3、第三插装槽也由角钢焊接形成，所述主体支架1为一个1500mm×800mm×1200mm(长×宽×高)的长方体，且在四个侧面的主框架内侧均设有第一插装槽2，所述主体支架1的其中四个侧面沿高度方向分别设有支撑杆6，支撑杆6由“T”形钢条、2根角钢及带螺孔的钢块焊接而成，支撑杆6将侧面分割为左右两个独立的开口，每个独立的开口均通过独立的挡板4密封，所述主体支架1的每个侧面的主框架和支撑杆6上均设有第一插装槽2，所述第一插装槽2内插装有封闭侧面开口的挡板4，所述主体支架1在支撑杆6的内侧通过角钢焊接形成第二插装槽3，所述第二插装槽3内可插装挡板4将所述主体支架1内的空间分割成多个矩形的可用作实验的模型槽7，如图4至11所示，所述模型槽7的四周通过独立的挡板4封闭，所述主体支架1和模型槽7的其中两个相对的侧面开口为观察窗，所述观察窗上插装的挡板由透明材质构成，且所述观察窗上设有10mm×10mm的方格作为刻度，所述活动支架5安装在主体支架1内侧用于给插装在所述第二插装槽3内的挡板提供支撑，本例中观察窗由钢化玻璃构成，所述活动支架横截面为“一”字形。每次实验只使用一个模型槽，而活动支架设置在模型槽的外侧，从而不影响实验。如图4、5、6、7所示，第一种连接方式，所述挡板插装在两个相对的第二插装槽之间将主体支架内空间分割为上下或左右总共四个独立的模型槽，第一块活动支架固定在主体支架相对的两个侧面上固定所述挡板。如图8、9、10、11所示，第二种连接方式为在第一种连接方式的基础上，第二块活动支架设置在第一块活动支架与主体支架之间，并且第二块活动支架与第一块活动支架连接处上设置有与第二插装槽对应的第三插装槽，所述挡板插装在第二插装槽和第三插装槽之间将第一种连接方式形成的模型槽再分割为两个独立的模型槽。形成独立的模型槽7后，构成模型槽7侧面支撑的挡板均可单独安装或拆卸。

作为本例的一种实施方式，如果需要模拟基坑开挖、坡体分级下滑等过程，实现分级卸载实验，将所述主体支架上除开观察窗外的另外某个侧面开口设为分级实验窗，设置在所述分级实验窗侧的挡板由多块规格形状相同的板体沿主体支架高度方向拼装形成。

实施例一：约定图X方向为长，Y方向为宽，Z方向为高。

图2、3所示，在主体支架内相对边的第一插槽内安装钢化玻璃(X方向)或者木板(Y方向)，形成1500mm×800mm×1200mm(长×宽×高)的模型槽7。

图4所示，主体支架和活动支架构成模型槽7，其对边安装钢化玻璃(X方向或者木板(Y方向)，形成1000mm×800mm×1200mm(长×宽×高)的模型槽。

图5所示，主体支架和活动支架构成模型槽7，其对边安装钢化玻璃(X方向或者木板(Y方向)，形成500mm×800mm×1200mm(长×宽×高)的模型槽。

图6所示，主体支架和活动支架构成模型槽7，其对边安装钢化玻璃(X方向或者木板(Y方向)，形成1500mm×500mm×1200mm(长×宽×高)的模型槽。

图7所示，主体支架和活动支架构成模型槽7，其对边安装钢化玻璃(X方向或者木板(Y方向)，形成1500mm×300mm×1200mm(长×宽×高)的模型槽。

图8所示，主体支架和活动支架构成模型槽7，其对边安装钢化玻璃(X方向或者木板(Y方向)，形成1000mm×500mm×1200mm(长×宽×高)的模型槽。

图9所示，主体支架和活动支架构成的模型槽7，其对边安装钢化玻璃(X方向或者木板(Y方向)，形成1000mm×300mm×1200mm(长×宽×高)的模型槽。

图10所示，主体支架和活动支架构成模型槽7，其对边安装钢化玻璃(X方向或者木板(Y方向)，形成500mm×300mm×1200mm(长×宽×高)的模型槽。

图11所示，主体支架和活动支架构成模型槽7，其对边安装钢化玻璃(X方向或者木板(Y方向)，形成500mm×500mm×1200mm(长×宽×高)的模型槽。

实验时，利用图8中模型槽7(长×宽×高为1000mm×500mm×1200mm)，测试顶角为4度的桩在桩顶垂直荷载作用下的破坏过程，实验过程如下：(1)预制3根模型桩(可粘贴应变片)；(2)移动本装置到反力架下部，使得模型槽7的X方向轴线与反力架轴线重合，目的是让3根模型桩受力相等；(3)2根模型桩紧贴钢化玻璃安装(模型桩与钢化玻璃之间涂抹凡士林，顶角为4度)，一根模型桩固定在模型槽中部，并且使3根模型桩的顶端和底端均在Y方向轴线上；(4)中间模型桩的侧面沿高度均匀安装水平位移计；(5)装模型土；(6)模型桩顶依次安装压力传感器、横梁和百分表，在横梁中心安装千斤顶和压力传感器；(7)千斤顶分级加载，读取分级压力、相应位移和应变；(8)从钢化玻璃观测到模型桩断裂，实验结束。

Claims (9)

1.一种室内土工模型实验装置，包括主体支架和活动支架，其特征在于：所述主体支架为由主框架构成的一个立方体，所述主体支架的六个面均开口，所述主体支架的四个侧面沿高度方向分别对称设有支撑杆将侧面分割为左右两个开口，每个独立的开口均通过独立的挡板封闭，所述主体支架的每个侧面的主框架的侧面和支撑杆的侧面设有相互对应的第一插装槽，所述第一插装槽内插装有封闭侧面开口的所述挡板，所述主体支架在支撑杆的内侧设有第二插装槽，所述第二插装槽内可插装挡板将所述主体支架内的空间分割成多个矩形的模型槽，所述模型槽的四周通过独立的挡板封闭，所述主体支架和模型槽的其中两个相对的侧面开口为观察窗，所述观察窗上插装的挡板由透明材质构成，所述活动支架安装在主框架内侧用于给插装在所述第二插装槽内的挡板提供支撑。

2.根据权利要求1所述的室内土工模型实验装置，其特征在于：所述活动支架的横截面为“一”字形，所述活动支架与主体支架设有两种连接方式，第一种连接方式，所述挡板插装在两个相对的第二插装槽之间将主体支架内空间分割上下或左右总共四个独立的模型槽，第一块活动支架固定在主体支架相对的两个侧面上固定所述挡板，第二种连接方式为在第一种连接方式的基础上，第二块活动支架设置在第一块活动支架与主体支架之间，并且第二块活动支架与第一块活动支架连接处上设置有与第二插装槽对应的第三插装槽，所述挡板插装在第二插装槽和第三插装槽之间将第一种连接方式形成的模型槽再分割为两个独立的模型槽。

3.根据权利要求2所述的室内土工模型实验装置，其特征在于：所述观察窗上设有纵横向刻度。

4.根据权利要求3所述的室内土工模型实验装置，其特征在于：所述观察窗与第一插装槽、第二插装槽和第三插装槽接触面上均设有减震胶条。

5.根据权利要求3所述的室内土工模型实验装置，其特征在于：所述观察窗为钢化玻璃。

6.根据权利要求5所述的室内土工模型实验装置，其特征在于：所述纵横向刻度为在观察窗上刻画10mm×10mm的方格。

7.根据权利要求2至6之一所述的室内土工模型实验装置，其特征在于：所述主体支架上除开观察窗外的另外两个相对的侧面开口为分级实验窗，设置在所述分级实验窗侧的挡板由多块规格形状相同的板体沿主体支架高度方向拼装形成。

8.根据权利要求7所述的室内土工模型实验装置，其特征在于：所述第一插装槽、第二插装槽和第三插装槽的规格相同，所述挡板的厚度与所述第一插装槽、第二插装槽和第三插装槽的开口宽度相匹配。

9.根据权利要求8所述的室内土工模型实验装置，其特征在于：所述主体支架的侧面在纵向和横向上设有至少一根加强筋。