CN208953539U - 一种可变坡度的边坡模型试验装置 - Google Patents

一种可变坡度的边坡模型试验装置 Download PDF

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左志武
冯忠居
高雪池
龙厚胜
武敏
王富春
陈成勇
赵瑞欣
周磊生
齐辉
胡超
江冠
文军强
冯凯
王政斌
于翔
朱彦名
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Abstract

本实用新型公开了一种可变坡度的边坡模型试验装置,包括底座、主体箱、横向加载装置、桩体、竖向加载装置以及位移计,底座设置在主体箱的底部;桩体沿主体箱的竖直方向的中心线设置,桩体的顶端设置竖向加载装置,上部还连接横向加载装置;位移计包括位移传感器和接收器,位移传感器设置在桩体顶端;主体箱的两个相对面的上半部侧板包括若干三角形可拼接板单元,所述上半部侧板的方向与横向加载装置的加载方向平行,本装置能有效地模拟边坡地形及桩体环境,操作灵活方便,并且可以循环使用,可以观测土的变形情况,以及是否产生裂缝;能够更加真实地模拟桩土环境,且通过横竖向加载装置和位移计,可知桩基承载力、桩顶及桩身的沉降情况。

Description

一种可变坡度的边坡模型试验装置
技术领域
本实用新型属于桩基承载力的试验技术领域,具体涉及一种可变坡度的边坡模型试验装置。
背景技术
一般来说,边坡是指天然斜坡以及由于工程行为而人工开挖或填筑的斜坡。在实际工程,边坡这种地形十分常见,但其施工环境较险要复杂,因此研究可变坡度的边坡模型试验装置具有重大的实用价值和经济效益。目前已有的边坡模型试验装置,大多固定坡度且无法准确测量桩基承载力,这样对于研究不同坡度边坡中桩基的承载特性存在很大的局限性。
现有的边坡模型试验装置,是根据实际所需的工程,模拟固定坡度,并且装置结构简单,不可重复利用,也不能真实反映桩土环境;至关重要的是,其无法检测边坡中桩基础的承载力。
目前存在的边坡模型实验装置主要存在以下缺点:
一、现存的边坡模型试验装置,其坡度固定,不能很好地循环使用,经济效益低,且成坡面不能很好地模拟现实中的土质边坡。
二、现有的边坡模型试验装置无法拆卸,不能很好地了解土的变形情况以及是否产生裂缝。
三、试验装置不能真实地模拟桩土环境,且无法在竖向及横向加载,进而无法得知桩顶及桩身的沉降情况。
进一步的,千斤顶与顶板用螺栓紧固,方便拆卸和更换不同的千斤顶,还能满足不同压力的试验。
实用新型内容
为解决上述问题,本实用新型提供一种可变坡度的边坡模型试验装置,在原有模型装置的基础上,进行了创新性改进,不仅可变坡度,而且竖向横向均可加载且有位移计可实时观测桩顶与桩身的沉降。
为达到上述目的,本实用新型采用的技术方案是:一种可变坡度的边坡模型试验装置,包括底座、主体箱、横向加载装置、桩体、竖向加载装置以及位移计;其中,底座设置在主体箱的底部,桩体沿主体箱的竖直方向的中心线设置,桩体的顶端设置竖向加载装置;桩体的上部还连接横向加载装置;位移计包括位移传感器和接收器,位移传感器设置在桩体的顶端;
主体箱的两个相对面的上半部侧板包括若干三角形可拼接板单元,所述上半部侧板的方向与横向加载装置的加载方向平行。
三角形可拼接板单元包括一块30°边坡用板单元、一块45°用边坡板单元、一块60°用边坡板单元、一块75°用边坡板单元以及一块90°用边坡板单;且30°、45°、60°、75°以及90°边坡用板单元拼接形成矩形板,相邻两块三角形板单元的连接部通过燕尾榫卯结构连接。
竖向加载装置为千斤顶,底座上设置有支撑架,支撑架顶部设置千斤顶,千斤顶通过顶板固定在支撑架顶部,支撑架与底座可拆卸连接。
千斤顶与顶板采用螺栓紧固,方便拆卸和更换不同的千斤顶,还能满足不同压力的试验。
主体箱包括竖直设置的四根立柱和板单元,每根立柱上设有两条用于安装板单元的竖向凹槽,且两条凹槽的开口方向垂直。
立柱包括八根角钢,角钢两两一组平行设置,且同一组角钢之间设置有通道作为用于安装板单元的竖向凹槽,角钢的个端面与底座焊接固定。
千斤顶的下端面设置有滚动体,滚动体与桩体的顶面接触,并能沿着桩体的顶面滚动。
顶板的两端与支撑架顶部的两根钢管焊接固定,顶板上设置有加强筋板。
横向加载装置包括钢丝绳、定滑轮以及砝码,钢丝绳的一端与桩体的顶端连接,另一端连接砝码,钢丝绳的中部设置定滑轮用于改变钢丝绳的拉力方向,钢丝绳绕过定滑轮,从水平方向变为竖直向下;其中定滑轮固定安装在主体箱的上方,通过支撑架上的设置的一水平钢管固定安装。
位移计设置有两组,顶板与桩体顶端之间设置一组记录竖直方向位移,桩体顶部侧面与箱体侧板顶部之间设置一组记录桩体顶端的水平方向位移;顶板和箱体侧板顶部分别设置接收器,位移计连接电脑,并实时向电脑传输位移数据。
与现有技术相比,本实用新型至少具有以下有益效果:本实用新型所述试验装置可以通过板单元的拆卸与组装形成不同坡度的边坡坡面,可以很好地循环利用,有很高的经济效益,且成坡面可以很好的模拟实际工程中的土质边坡;试验结束后,将侧面的板单元拆卸,可以观测土的变形情况,以及是否产生裂缝;能够更加真实地模拟桩土环境,且通过横竖向加载装置和位移计,可知桩基承载力、桩顶及桩身的沉降情况。
进一步的,采用不同角度的三角形板单元拼接形成不同角度的的侧板,方便做出对应角度的坡面。
进一步的,相邻两块三角形板单元的连接部通过燕尾榫卯结构连接,燕尾榫卯结构连接方便,防止板与板的连接脱开,而且能承受纵向应力。
进一步的,千斤顶的施加竖向压力可调,而且还能更换不同的千斤顶,增大实验装置的载荷范围。
进一步的,支撑架与底座通过螺纹连接使得支撑架主体和底座均可更换,通过更换不同强度的支撑架和底座,能有效扩大本实用新型的适用范围。进一步的,板单元方便嵌入凹槽,结构简单,而且易于加工和组装。
进一步的,千斤顶的下端面设置有滚动体,滚动体与桩体的顶面接触,向桩体施加载荷的同时有效降低对桩体水平位移的影响。
进一步的,顶板的两端与支撑架顶部的两根钢管焊接固定,顶板上设置有加强筋板,能有效提高实验装置的整体性和强度,有利于试验的顺利进行。
进一步的,采用砝码对桩体施加水平横向载荷,采用定滑轮改变载荷方向,方便在竖直方向加载或卸载砝码,横向载荷调节灵活,易于控制。
进一步的,设置两组位移计,并且连接电脑,能同时记录桩体的水平和竖直位移,而且还实现自动记录试验数据。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图。
图2为整体结构前视示意图。
图3为本实用新型模型箱30°成坡示意图。
图4为本实用新型模型箱45°成坡示意图。
图5为本实用新型模型箱60°成坡示意图。
图6为本实用新型模型箱75°成坡示意图。
图7为本实用新型模型箱90°成坡示意图。
图8为本实用新型模型箱横向加载装置示意图。
图9为本实用新型模型箱竖向加载装置示意图。
图10为图1中A处放大图。
图11为转接头示意图。
图12为板单元示意图,图12(a)为30°用板单元正视示意图,图12(b)为30°用板单元俯视示意图;图12(c)为45°用板单元正视示意图,图12(d)为45°用板单元俯视示意图;图12(e)为60°用板单元正视示意图,图12(f)为60°用板单元俯视示意图;图12 (g)为75°用板单元正视示意图,图12(h)为75°用板单元俯视示意图;图12(i)为90°用板单元正视示意图,图12(j)为90°用板单元俯视示意图。
附图中,1-底座,2-主体箱,3-钢管,4-桩体,5-千斤顶,6-顶板,7-激光位移传感器,8- 接收器,9-定滑轮,10-钢丝绳,11-立柱,12-土体,13-砝码,14-转接头,141-套筒,142-耳板,143-转动轴,144-滚动体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
如图1和图2所示,一种可变坡度的边坡模型试验装置,包括底座1、主体箱2、横向加载装置、桩体4、竖向加载装置以及位移计;其中,底座1设置在主体箱2的底部,桩体4沿主体箱2的竖直方向的中心线设置,桩体4的顶端设置竖向加载装置;桩体4的上部还设置有横向加载装置;位移计固定在主体箱2的顶部;主体箱2的两个相对面的上半部侧板包括若干可拼接板单元,所述上半部侧板的方向与横向加载装置的加载方向平行;千斤顶5的下端面设置有滚动体144,滚动体144与桩体4的顶面接触,并能沿着桩体4的顶面滚动。
顶板6的两端与支撑架顶部的两根钢管3焊接固定,顶板6上设置有加强筋板。
横向加载装置包括钢丝绳10、定滑轮9以及砝码13,钢丝绳10的一端与桩体4的顶端连接,另一端连接砝码13,钢丝绳10的中部设置定滑轮9用于改变钢丝绳10的拉力方向,钢丝绳10绕过定滑轮9,从水平方向变为竖直向下;其中定滑轮9固定安装在主体箱2的上方,通过支撑架上的设置的一水平钢管3固定安装。
可拼接板单元包括一块30°边坡用板单元、一块45°用边坡板单元、一块60°用边坡板单元、一块75°用边坡板单元以及一块90°用边坡板单;且30°、45°、60°、75°以及90°边坡用板单元拼接形成矩形板。
相邻两块三角形板单元的连接部通过燕尾榫卯结构连接;竖向加载装置为千斤顶5,底座上设置有支撑架,支撑架顶部设置千斤顶5,千斤顶5通过顶板6固定在支撑架顶部。
千斤顶5的下端面设置有滚动体144,滚动体144与桩体4的顶面接触,并能沿着桩体4的顶面滚动。
支撑架与底座1通过螺纹连接;千斤顶5与顶板6采用螺栓紧固,方便拆卸和更换不同的千斤顶5,还能满足不同压力的试验;
位移计设置有两组,顶板6与桩体4顶端之间设置一组记录竖直方向位移,桩体4顶部侧面与箱体侧板顶部之间设置一组记录桩体4顶端的水平方向位移;顶板6和箱体侧板顶部分别设置接收器8,位移计连接电脑,并实时向电脑传输位移数据。
底座1与主体箱2连接;
主体箱2包括竖直设置的4根立柱和板单元,每根立柱上设有两条用于安装板单元的竖向凹槽,且两条凹槽的开口方向垂直。
本实用新型的一个可选实施例,主体箱2的立柱为实心柱体,所述实心柱体与底座1固定连接,所述实心柱体的两个面开设有纵向凹槽,板单元嵌入纵向凹槽连接角钢,使得实心柱体与板单元形成主体箱2。
本实用新型试验装置由以下几部分来组成:
通过焊接将钢制的顶板6与上部钢管3固定连接在一起,用于抵抗千斤顶5向下加载产生的反力,以此保证装置的整体稳定;支撑架包括八根高强度带孔的钢管3,相当于试验装置的骨架,保证装置的稳定,且为横向加载装置提供支撑,支撑架与底座1可拆卸连接另外,钢管与钢管之间通过孔洞相互连接支撑,钢管3与底板之间采用螺纹连接。底座1采用高强钢制作,且为主体箱2的底板,方便主体箱2装载土体12,钢管之间的连接如图10所示。
主体箱2包括角钢和板单元,具体包括八根角钢,角钢两两一组平行设置,且同一组角钢之间设置有用于安装板单元的通道,方便板单元的组合与拆卸,角钢之间设置有四周的板单元相连接成一整体,角钢的一个端面与底座焊接固定,有很好的稳定性。
如图3~图7以及图12所示,板单元包括固定板单元和三角形板单元,其中三角形板单元包括30°板单元、45°板单元、60°板单元、75°板单元以及90°板单元;三角形板单元通过两边的立柱两个侧面的纵向凹槽进行不同角度的组装,方便快捷,操作简单灵活;三角形板单元之间的扣接通过燕尾榫接的方式连接,不仅使侧板更加稳固,而且增加了垂直方向的约束能力,即法向抗冲切的能力;45°板单元是在30°板单元的基础上扣接15°的板单元,以此形成45°的边坡坡面,以此类推,可以得到60°、75°以及90°的边坡坡面。在主体箱2内装载土体12,启动加载装置,位移计将实时的沉降数据传输到电脑,完成模型试验。
如图8所示,横向加载装置包括钢丝绳10、定滑轮9以及砝码13,根据实验的不同加载情况增减砝码13,通过钢丝绳10和定滑轮9对桩顶施加水平向拉力,定滑轮9安装在横向设置的钢管上,省力方便,且有利于固定横向力的方向。
如图9所示,竖向加载包括千斤顶5,千斤顶5在试验时施加向下的力在桩顶中心处,由此产生的反力通过顶板6消耗,千斤顶5的中心线与桩体4的中心线重合,避免加载时各种因素造成的偏心现象。另外,其提供的竖向力可以调节,以此满足不同实验的需求。
本实用新型优选的,滚动体144采用滚轮,如图11所示,竖向加载装置与桩体4的顶部之间设置转接头14,转接头14包括耳板142、转动轴143、滚轮和套筒141,转接头14设置在千斤顶5与桩体4的顶端之间,耳板142的材质为塑料材质,用于约束侧向作用,稳定滚轮,使滚轮只在水平方向滑动;转动轴采用钢材,主要发生转动,不能平动,为滚轮的滚动提供了有力支撑;滚轮与套筒141均为钢材,套筒141相当于底座,是千斤顶5与转接头14的连接部分。
作为本实用新型一个可选的实施例,转接头14的下方设置一个万向球,万向球与桩体4 的顶面接触。
位移计包括激光位移传感器7和接收器8;接收器8分别安装在顶板6的底面和主体箱2 顶部侧板顶部,激光位移传感器7安装在桩体4的顶部,其中水平方向和竖直方向各设置一件,且两个激光位移传感器7分别对应顶板底面和主体箱2顶部侧板顶部的接收器(8);位移计是适用于测量桩顶及桩身位移的仪器,通过激光反复测量接收器的位置变化,即沉降或位移量,位移计可连接到电脑,方便实时监测数据,及时处理相关异常问题。
本实用新型在使用过程中,首先安装好底座1,其次根据实际需要选定坡度,扣接不同三角形板单元,装入立柱11的纵向凹槽形成相应的坡面,然后安装好剩余的竖向加载装置、横向加载装置、位移计及桩体4;主体箱2的部分完成以后,再装入准备好的土体12至坡面的边线;最后,启动竖向加载装置与横向加载装置,位移计实时传送沉降数据,从而得知边坡中桩基承载力以及变形情况。在试验结束后,还可以将侧面板单元拆卸以此观测土体12的裂缝情况。本实用新型试验装置能有效地模拟边坡地形及桩体环境,操作灵活方便,并且可以循环使用,有很大的实用价值以及经济效益。

Claims (10)

1.一种可变坡度的边坡模型试验装置,其特征在于,包括底座(1)、主体箱(2)、横向加载装置(3)、桩体(4)、竖向加载装置以及位移计;其中,底座(1)设置在主体箱(2)的底部,桩体(4)沿主体箱(2)的竖直方向的中心线设置,桩体(4)的顶端设置竖向加载装置;桩体(4)的上部还连接横向加载装置(3);位移计包括位移传感器(7)和接收器(8),位移传感器(7)设置在桩体(4)的顶端;
主体箱(2)的两个相对面的上半部侧板包括若干三角形可拼接板单元,所述上半部侧板的方向与横向加载装置(3)的加载方向平行。
2.根据权利要求1所述的可变坡度的边坡模型试验装置,其特征在于,三角形可拼接板单元包括一块30°边坡用板单元、一块45°用边坡板单元、一块60°用边坡板单元、一块75°用边坡板单元以及一块90°用边坡板单;且30°、45°、60°、75°以及90°边坡用板单元拼接形成矩形板,相邻两块三角形板单元的连接部通过燕尾榫卯结构连接。
3.根据权利要求1所述的可变坡度的边坡模型试验装置,其特征在于,竖向加载装置为千斤顶(5),底座上设置有支撑架,支撑架顶部设置千斤顶(5),千斤顶(5)通过顶板(6)固定在支撑架顶部,支撑架与底座(1)可拆卸连接。
4.根据权利要求3所述的可变坡度的边坡模型试验装置,其特征在于,千斤顶(5)与顶板(6)采用螺栓紧固,方便拆卸和更换不同的千斤顶(5),还能满足不同压力的试验。
5.根据权利要求1所述的可变坡度的边坡模型试验装置,其特征在于,主体箱(2)包括竖直设置的四根立柱(11)和板单元,每根立柱(11)上设有两条用于安装板单元的竖向凹槽,且两条凹槽的开口方向垂直。
6.根据权利要求5所述的可变坡度的边坡模型试验装置,其特征在于,立柱(11)包括八根角钢,角钢两两一组平行设置,且同一组角钢之间设置有通道作为用于安装板单元的竖向凹槽,角钢的个端面与底座焊接固定。
7.根据权利要求1所述的可变坡度的边坡模型试验装置,其特征在于,千斤顶(5)的下端面设置有滚动体(144),滚动体(144)与桩体(4)的顶面接触,并能沿着桩体(4)的顶面滚动。
8.根据权利要求1所述的可变坡度的边坡模型试验装置,其特征在于,顶板(6)的两端与支撑架顶部的两根钢管焊接固定,顶板(6)上设置有加强筋板。
9.根据权利要求1所述的可变坡度的边坡模型试验装置,其特征在于,横向加载装置包括钢丝绳(10)、定滑轮(9)以及砝码(13),钢丝绳(10)的一端与桩体(4)的顶端连接,另一端连接砝码(13),钢丝绳(10)的中部设置定滑轮(9)用于改变钢丝绳(10)的拉力方向,钢丝绳(10)绕过定滑轮,从水平方向变为竖直向下;其中定滑轮(9)固定安装在主体箱的上方,通过支撑架上的设置的一水平钢管固定安装。
10.根据权利要求1所述的可变坡度的边坡模型试验装置,其特征在于,位移计设置有两组,顶板(6)与桩体(4)顶端之间设置一组记录竖直方向位移,桩体(4)顶部侧面与箱体侧板顶部之间设置一组记录桩体(4)顶端的水平方向位移;顶板(6)和箱体侧板顶部分别设置接收器(8),位移计连接电脑,并实时向电脑传输位移数据。
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