CN204631032U - 一种滑坡野外模型试验用的自动加载系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种滑坡野外模型试验用的自动加载系统，包括液压加载系统和中央控制系统：液压加载系统包括反力墙(10)、液压动力站(1)、液压油缸(6)、电磁换向阀(2)、比例减压阀(3)、比例控制器(4)、液压锁(5)、压力传感器(7)、传感器与推力板连接件(8)、推力板(9)；液压油缸(6)与反力墙(10)、推力板(9)相对应连接，中心间距在同一加载力方向线上；中央控制系统为电脑终端(11)，与压力传感器(7)、液压动力站(1)连接。本实用新型的自动加载系统适用于野外的滑坡模型试验，且实现自动化加载，加载方法简单、加载荷载量及速度可控，经济效益比高。

Description

一种滑坡野外模型试验用的自动加载系统

技术领域

本实用新型涉及滑坡试验的加载技术，特别给出了一种应用于滑坡野外模型试验研究的自动加载系统。

背景技术

在滑坡灾害防治技术模型试验研究领域中，常采用加载的方式来模拟滑坡推力，观察在逐级加载作用下滑坡防治技术结构的位移、应力应变、裂缝变形及破坏形态等，全面而又形象地模拟其从加载直至破坏过程中的受力规律、破坏模式及变形机制，进而解决工程中的复杂问题，并创造或检验出其设计计算方法和理论。

目前，在进行滑坡模型试验时，常采用重物堆载法模拟竖向荷载，或采用反力法来模拟竖向、横向或斜向荷载。重物堆载法常采用沙袋或预制混凝土块等重物堆积来模拟竖向荷载，但存在堆载量大、耗时长、误差大、安全性差等缺陷，适用于滑坡模型小、荷载量不大、测试精度不高的物理模型试验。反力法常通过设置地锚并采用千斤顶通过拉杆对反力梁体施加荷载的方法来模拟竖向荷载，或通过制作试验模型箱体(钢结构)，并在箱体一侧安装千斤顶，利用模型箱体自静力平衡原理来模拟横向荷载，也可通过改变试验模型的箱体角度，来模拟斜向荷载。反力法相比堆载法具有模拟荷载量更大、加载更安全、加载时间短、测试误差小等特点，越来越广泛的应用于滑坡防治技术室内模型试验研究中。

为更符合实际的研究和验证滑坡防治技术结构的受力机制及变形破坏特征，滑坡模型试验研究逐步由室内转向野外，要求逐步提高，如试验模型尺寸更大、加载荷载量更多、监测测试自动化、安全加载等。常规的反力法也呈现出诸多缺陷：①拉地锚式反力梁法中，地锚造价高、加载位置固定不变、现场安全性难保证；②在野外建立一个滑坡尺寸大小的模型箱体，成本高昂且不切合实际；③千斤顶量程大、规格大，现场施工中加载难度大，手动控制加载误差大且安全性差。

目前，反力法多应用于桥梁梁体静载试验中，例如，在专利号[CN104280297A]中，分析了堆载法及设置地锚并采用千斤顶通过拉杆对梁体施加荷载方法的缺陷，并给出了一种桥梁梁体静载试验用的反力梁加载装置。在专利号[CN201402221Y]中，给出了一种可移动式多点同步结构模型静载试验装置，通过反力钢梁，实现对桥梁结构模型反力加载。因此，本发明旨在解决滑坡野外模型试验中的加载难题，提出一种应用于滑坡野外模型试验的自动加载系统。

实用新型内容

针对现有常规的反力法加载应用野外模型试验中的不足，提供一种适用于野外的滑坡模型试验的加载系统，实现自动化加载，加载方法简单、加载荷载量及速度可控。

本实用新型提供的技术方案是：该自动加载系统包括液压加载系统和中央控制系统，所述液压加载系统包括反力墙、液压动力站、液压油缸、电磁换向阀、比例减压阀、比例控制器、液压锁、压力传感器、传感器与推力板连接件、推力板；所述液压油缸与反力墙、推力板相对应连接，中心间距在同一加载力方向线上；所述液压油缸后座与反力墙固定连接，所述液压油缸伸缩端与压力传感器相连，所述压力传感器与传感器与推力板连接件相连，所述传感器与推力板连接件嵌入推力板中；所述液压动力站与液压油缸相连，所述比例减压阀、电磁换向阀、比例控制器电信号端通过电缆连接；所述中央控制系统为电脑终端，与压力传感器、液压动力站连接。

以上所述本实用新型提供的自动加载系统中，所述液压动力站产生液压能，电信号控制所述电磁换向阀以控制液压能传递到所述液压油缸；压力信号控制所述比例减压阀的出口液压压力，以控制传递到液压油缸中液压能的大小；所述液压油缸做功产生机械能传递出推力。中央控制系统作为自动加载系统的总控制端，预先在中央控制系统的所述电脑终端中设定好野外滑坡试验的加载力大小、速度及液压加载系统的启停命令，通过控制液压动力站的启停、电磁换向阀的起闭和阀芯开口大小来实现所述液压油缸的推动方向及伸缩速度，进而带动所述推力板运动。所述压力传感器采集的压力数据与设定压力进行比较，经过所述比例控制器处理，所述比例控制器再对所述比例减压阀进行控制，调节所述比例减压阀出口处的液压压力，进而实现液压油缸推力大小的自动加载与控制。

进一步的，所述液压加载系统采用相同的独立单元结构。即整个自动加载系统可以重复多个液压加压加载系统单元，包括对应的多个反力墙、液压动力站、液压油缸、电磁换向阀、比例减压阀、比例控制器、液压锁、压力传感器、推力板及传感器与推力板连接件等，一一对应。其原理简要上就是将反力墙、液压油缸及推力板均设计为相同的独立单元结构，并相对应连接，从而使得整个自动加载系统可以根据实际野外情况选择合适数量的液压加压加载系统单元，更灵活的可调节性、更高的重复利用率。

优化的，所述推力板自底向上由方形钢板、圆形钢板、加筋钢板、圆形凹座组成；所述方形钢板与圆形钢板通过钢板连接孔采用螺栓连接，所述加筋钢板与圆形钢板、圆形凹座外沿通过焊接方式连接。

优化的，所述独立的推力板之间采用连接短钢板通过螺栓连接。保证施压在滑坡模型上的滑坡推力整体一致。

具体的，所述液压油缸后座与所述反力墙通过螺栓连接孔以螺栓形式连接；所述液压油缸伸缩端为内螺纹，所述压力传感器两端均为外螺纹；所述传感器与推力板连接件与压力传感器相连一端为内螺纹，另一端为楔形且内设插销孔，所述传感器与推力板连接件的楔形一端嵌入推力板的所述圆形凹座中，且通过所述插销连接孔与推力板连接。

以上所述自动加载系统中所述反力墙、液压动力站、液压油缸、压力传感器及推力板等结构的参数指标，应根据滑坡试验模型结构的总体设计来定。

本实用新型的积极有益效果：

1、本实用新型中液压加载系统及中央控制系统等模块功能结构简单，设计合理，经济效益比高；

2、所述液压加载系统的反力墙、液压油缸及推力板等均设计为相同的独立单元结构，并相对应连接，各推力板之间采用短钢板及螺栓连接，具有拆装简便、加载效果好、重复利用率高等优势；

3、因液压油缸及推力板均设计为单独结构，可根据不同滑坡模型试验所需要的最大荷载量，来设置安装液压油缸及推力板的数量，具有拆装简便、位置可变及荷载总量可变等优势；

4、通过电脑终端的中央控制系统，设定逐级的加载量，实现对液压加载系统的自动控制，加载过程简单、成本低、时间短、效果好、速度可控且安全可靠；

5、适用范围广，可根据野外试验的实际情况，设置不同结构形式的反力墙、液压油缸、推力板及其相互之间的连接方式，适用于不同滑面形态、不同斜坡模型的加载试验，尤其是加载量非常大的大型模型试验研究，同时，也适用于野外小型滑坡的现场加载试验研究。

附图说明

图1本实用新型所述自动加载系统的结构框架图；

图2本实用新型所述自动加载系统的原理图；

图3本实用新型所述自动加载系统中的液压油缸(6)、压力传感器(7)及连接件(8)的结构图；

图4-a本实用新型所述自动加载系统中的推力板(9)的剖面结构图；

图4-b本实用新型所述自动加载系统中的推力板(9)的俯视结构图；

图5本实用新型所述自动加载系统在大型格构锚固系统野外模型试验中的剖面示意图；

图6本实用新型所述自动加载系统的施工流程图。

附图中的标记分别是：

1—液压动力站，2—电磁换向阀，3—比例减压阀，4—比例控制器，5—液压锁，6—液压油缸，7—压力传感器，8—传感器与推力板连接件，9—推力板，10—反力墙，11—电脑终端，12—支撑柱。

6-1—液压油缸后座，6-2—螺栓连接孔，6-3—液压油缸伸缩端，8-1—连接件插销孔，9-1—方形钢板，9-2—圆形钢板，9-3—加筋钢板，9-4—圆形凹座，9-5—插销连接孔，9-6—钢板连接孔，9-7—连接短钢板。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例，对本实用新型做进一步的说明。

实施例一 一种滑坡野外模型试验用的自动加载系统结构

如图1所示本实用新型滑坡野外模型试验用的自动加载系统包括液压加载系统和中央控制系统：液压加载系统包括反力墙10、液压动力站1、液压油缸6、电磁换向阀2、比例减压阀3、比例控制器4、液压锁5、压力传感器7、传感器与推力板连接件8、推力板9；液压油缸6与反力墙10、推力板9相对应连接，中心间距在同一加载力方向线上；液压油缸后座6-1与反力墙10固定连接，液压油缸伸缩端6-3与压力传感器7相连，压力传感器7与传感器与推力板连接件8相连，传感器与推力板连接件8嵌入推力板9中；液压动力站1与液压油缸6相连，比例减压阀3、电磁换向阀2、比例控制器4电信号端通过电缆连接；中央控制系统为电脑终端11，与压力传感器7、液压动力站1连接。

液压加载系统中电磁换向阀2、比例减压阀3、比例控制器4及液压锁5等液压元器件均为行业标准件。反力墙10主要提供反力作用，液压动力站1及液压油缸6为加载系统提供动力，压力传感器7测试推力大小并反馈至电脑终端11，推力板9将推力均匀传递至斜坡模型。

图2示出了自动加载系统的原理图，中央控制系统作为自动加载系统的总控制端，由中央控制系统的电脑终端11预设各液压油缸6的加载力大小、速度，压力传感器7采集压力数据与设定压力进行比较，经过比例控制器4处理，比例控制器4再对比例减压阀3进行控制调节比例减压阀3出口处的液压压力，进而实现液压油缸6推力大小的自动加载与控制。

自动加载过程具体包括方向和速度的控制、加载力大小的控制：一方面，通过控制液压动力站1的启停、电磁换向阀2的起闭和阀芯开口大小来实现液压油缸6的加载方向及伸缩速度，进而带动推力板9运动；另一方面，电脑终端11预设的各液压油缸6的加载压力信号与安装在液压油缸伸缩端6-3的压力传感器7反馈的推力信号经过电脑终端11比较，经过比例控制器4放大信号，驱动比例减压阀3的电磁铁移动引起比例减压阀3出口处的液压压力的变化，进而控制液压油推动液油缸6的活塞伸出，当液压油缸伸缩端6-3顶住推力板9产生压力，此压力与设定加载压力相等时，比例控制器4驱动比例减压阀3的电磁铁的电流不变，比例减压阀3输出端的液压油压力不变，液压油缸伸缩端6-3停止运动，中央控制电脑端实现加载压力调节。

如图1中所示，自动加载系统中的液压加载系统采用相同的独立单元结构。结合图3示出了图1中自动加载系统采用相同的独立单元结构时液压油缸6、压力传感器7及传感器与推力板连接件8的结构：液压油缸后座6-1与反力墙10通过螺栓连接孔6-2以螺栓形式连接；液压油缸伸缩端6-3为内螺纹，压力传感器7两端均为外螺纹；传感器与推力板连接件8与压力传感器7相连一端为内螺纹，另一端为楔形且内设插销孔8-1，传感器与推力板连接件8的楔形一端嵌入推力板9的圆形凹座9-4中，且通过插销连接孔9-5与推力板9连接。

图4-a、4-b分别示出了本实用新型所述自动加载系统中推力板9的剖视、俯视结构：推力板9自底向上由方形钢板9-1、圆形钢板9-2、加筋钢板9-3、圆形凹座9-4组成；方形钢板9-1与圆形钢板9-2通过钢板连接孔9-6采用螺栓连接，加筋钢板9-3与圆形钢板9-2、圆形凹座9-4外沿通过焊接方式连接。同样当液压加载系统采用多个相同的独立单元时，各独立的推力板9之间采用连接短钢板9-7通过螺栓连接。

实施例二 滑坡野外模型试验中自动加载系统的应用

图5示出了本实用新型所述自动加载系统在大型格构锚固系统野外模型试验中的应用及结构。大型格构锚固体系野外模型试验在出露完整的基岩面上进行，采用反力墙法对模型施加斜向荷载，斜向角度为基岩倾角θ。

模型试验分多次进行，其中最大模型所需要的结构破坏最大推力为P。为满足多次试验要求，共设置n个液压油缸，根据实际地形条件，均匀分布在模型后部，间距为L。

根据不同试验模型的尺寸及推力要求，为保障试验多次重复进行，设置相同数量n的反力墙、液压油缸、压力传感器及推力板，相互之间通过螺纹、螺栓、短钢板等方式对应连接，拆装简便，重复利用。各部分的具体结构如下：

a)、液压油缸6后部为圆形后座6-1，采用螺栓与反力墙10连接，前部油缸伸缩端6-3设计为内螺纹与压力传感器7连接。可根据实际情况设定支撑柱12，使得液压加载力方向更准确。液压油缸6的各项参数指标，包括结构尺寸、行程ΔL、工作压力等，应根据单个液压油缸6设计的起重量Ti(kN/m)及模型结构试验要求来定。设计标准参考《机械设计手册》第五卷第21篇第六章，且必须符合国家标准GB/T2348-1993的数值。

b)、压力传感器7测试液压油缸6所提供的推力，并反馈至电脑终端11，以便控制加载系统工作，其尺寸与油缸伸缩端6-3一样，两侧均设计为外螺纹，以便与液压油缸6、传感器与推力板连接件8通过螺纹连接。

c)、传感器与推板连接件8，主要起连接作用，一端设计为内螺纹与压力传感器7连接，另一端设计成楔形且内设插销孔8-1与推力板9连接，以保证推力板9随液压油缸6进回程。

d)、推力板9主要将推力均匀传递至斜坡模型，为保证钢板不变形，采用方形钢板9-1、圆形钢板9-2、加筋钢板9-3、圆形凹座9-4自底而上组合设计，相互间采用螺栓、焊接等连接成整体。其中，圆形凹座9-4与传感器与推板连接件8通过插销连接，以保证推力板9随油缸进回程；圆形钢板9-2上采用对称布设的加筋钢板9-3焊接；方形钢板长9-1为L，与液压油缸6、反力墙10等中心间距一致。

e)、反力墙10固定在模型后部，起到支挡、提供反力作用，采用钢筋混凝土设计，满足加载反力的要求即可，其结构设计(尺寸、配筋形式等)应满足《钢筋混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)。

实施例三 滑坡野外模型试验中应用自动加载系统的施工

图6示出了本实用新型所述的滑坡野外模型试验的自动加载系统的施工步骤，具体如下：

第一、滑坡试验模型制作完成后，对滑坡后部加载区进行清理，确定反力墙10、液压油缸6及推力板9布设位置后，搭设施工平台；

第二、根据反力墙10的设计要求，进行反力墙10施工，包括刻槽、支模、绑扎钢筋、混凝土浇筑及养护等，并按设计要求预留与液压油缸6拼接安装的孔位；

第三、依据推力板9的设计要求，加工制作推力板9、推力板9与液压油缸6连接部件，并预留连接部位的孔位以便拆装；

第四、依照液压加载系统的设计要求，加工制作液压油缸6，并组装液压工作站1；

第五、依照模型试验设计要求，安装压力传感器7，连接电磁换向阀2、比例减压阀3、比例控制器4、液压锁5等液压加载元件和电脑终端11中央控制系统，并进行调试；

第六、按照模型试验荷载设计要求，依照预设的荷载量，进行自动加载测试。

以上结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制。在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代和改进等，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围之内。

Claims (5)

1.一种滑坡野外模型试验用的自动加载系统，其特征在于：所述自动加载系统包括液压加载系统和中央控制系统：

所述液压加载系统包括反力墙(10)、液压动力站(1)、液压油缸(6)、电磁换向阀(2)、比例减压阀(3)、比例控制器(4)、液压锁(5)、压力传感器(7)、传感器与推力板连接件(8)、推力板(9)；

所述液压油缸(6)与反力墙(10)、推力板(9)相对应连接，中心间距在同一加载力方向线上；所述液压油缸后座(6-1)与反力墙(10)固定连接，所述液压油缸伸缩端(6-3)与压力传感器(7)相连，所述压力传感器(7)与传感器与推力板连接件(8)相连，所述传感器与推力板连接件(8)嵌入推力板(9)中；所述液压动力站(1)与液压油缸(6)相连，所述比例减压阀(3)、电磁换向阀(2)、比例控制器(4)电信号端通过电缆连接；

所述中央控制系统为电脑终端(11)，与压力传感器(7)、液压动力站(1)连接。

2.根据权利要求1所述的滑坡野外模型试验用的自动加载系统，其特征在于：所述液压加载系统采用相同的独立单元结构。

3.根据权利要求2所述的滑坡野外模型试验用的自动加载系统，其特征在于：所述推力板(9)自底向上由方形钢板(9-1)、圆形钢板(9-2)、加筋钢板(9-3)、圆形凹座(9-4)组成；所述方形钢板(9-1)与圆形钢板(9-2)通过钢板连接孔(9-6)采用螺栓连接，所述加筋钢板(9-3)与圆形钢板(9-2)、圆形凹座(9-4)外沿通过焊接方式连接。

4.根据权利要求2、3所述的任一滑坡野外模型试验用的自动加载系统，其特征在于：所述独立的推力板(9)之间采用连接短钢板(9-7)通 过螺栓连接。

5.根据权利要求3所述的滑坡野外模型试验用的自动加载系统，其特征在于：所述液压油缸后座(6-1)与所述反力墙(10)通过螺栓连接孔(6-2)以螺栓形式连接；所述液压油缸伸缩端(6-3)为内螺纹，所述压力传感器(7)两端均为外螺纹；所述传感器与推力板连接件(8)与压力传感器(7)相连一端为内螺纹，另一端为楔形且内设插销孔(8-1)，所述传感器与推力板连接件(8)的楔形一端嵌入推力板(9)的所述圆形凹座(9-4)中，且通过所述插销连接孔(9-5)与推力板(9)连接。