CN212321610U - 一种基于杠杆加载的边坡模型试验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于杠杆加载的边坡模型试验系统，包括边坡模型试验箱、杠杆加载装置、施力框架和加载板，边坡模型试验箱置于室内平整地面，边坡模型试验箱为顶部敞口的长方体箱，杠杆加载装置固定安装在边坡模型试验箱的顶部，边坡模型试验箱的内底部右侧边转动连接有边坡面板，加载板水平放置在边坡土样的上表面，承压板放置在加载板的上表面并与加载板压接，承压板位于杠杆加载装置的下方，杠杆加载装置的施力端向下顶压在承压板的顶部。该试验系统设计科学，操作方便易实施，加载更加稳定且符合边坡变形破坏实际物理特征，且可考虑坡面角对边坡稳定性的影响，可更加便捷、直观地在实验室内研究抗滑桩的受力机制及其破坏过程。

Description

一种基于杠杆加载的边坡模型试验系统

技术领域

本实用新型属于边坡试验技术领域,具体涉及一种基于杠杆加载的边坡模型试验系统。

背景技术

近年来我国经济快速发展，随着中原经济区上升到国家战略，在河南省西部山区高速公路工程建设也逐渐加快，西部地区地形地质条件复杂，大中型滑坡问题尤为突出，针对滑坡灾害的治理目前大多采用锚索、锚杆以及抗滑桩等措施，但是对于地质条件复杂且滑面较深的大型滑坡，抗滑桩由于其对边坡的扰动较小且抗弯性能优良，能提供较大的抗力，因此被广泛用于滑坡的预防和治理中。现阶段对于抗滑桩加固边坡稳定的问题的试验方法分为室外现场试验和室内模型试验。室外现场试验的试验对象往往是实际的边坡,因边坡规模较大导致试验所需试验材料等用量相应增加,耗资较大。室内模型试验的试验对象是边坡模型,学者们通过1g缩尺模型试验或ng离心模型试验研究了抗滑桩的受力、变形以及破坏的模式，这些边坡模型可以大大缩小导致试验所需试验材料等用量相应减少,耗资较少，同时其边坡模型所处的环境也可以人为控制。而模型试验中，如何准确模拟滑坡推力是保证试验准确的关键因素，大型离心机试验条件要求非常高,且试验场所受限制、成本高。现有的千斤顶加载装置在土体发生位移时很难继续保持恒定的荷载，难以契合实际工况。且已有的边坡模型箱的边坡面板多为固定角度，无法考虑到坡面角对边坡稳定性的影响

实用新型内容

本实用新型的目的是在已有技术不足的基础上，所提供的一种设计科学，操作方便易实施，加载更加稳定，且可考虑坡面角影响，可更加便捷、直观地在实验室内研究抗滑桩的受力机制及其破坏过程的试验系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种基于杠杆加载的边坡模型试验系统，它包括边坡模型试验箱、杠杆加载装置、承压板和加载板，边坡模型试验箱置于室内平整地面，边坡模型试验箱为顶部敞口的长方体箱，杠杆加载装置固定安装在边坡模型试验箱的顶部，边坡模型试验箱的内底部右侧边转动连接有边坡面板，边坡面板的前侧边与边坡模型试验箱的前侧板内壁滑动接触，边坡面板的后侧边与边坡模型试验箱的后侧板内壁滑动接触，边坡模型试验箱内装填有位于边坡面板左侧的边坡土样，加载板水平放置在边坡土样的上表面，承压板放置在加载板的上表面并与加载板压接，承压板位于杠杆加载装置的下方，杠杆加载装置的施力端向下顶压在承压板的顶部。

基于上述，所述杠杆加载装置包括固定板、门字型支板、杠杆梁、砝码托盘、承载钢杆和平衡砝码，固定板沿前后方向水平横跨在边坡模型试验箱的顶部，固定板的底部前侧和后侧分别固定连接在边坡模型试验箱的前侧板和后侧板的上侧边，门字型支板的左侧、右侧和下侧均敞口，门字型支板的底部用螺栓固定连接在固定板的上表面，杠杆梁沿左右方向穿过门字型支板的中部，杠杆梁通过一根转轴转动连接在门字型支板上，转轴沿前后方向水平设置，转轴的前后两侧分别转动连接在门字型支板的前侧板和后侧板上，转轴穿过杠杆梁并与杠杆梁固定连接，砝码托盘水平设置，加载钢杆竖向设置，加载钢杆的上端通过销轴铰接在杠杆梁的左端，加载钢杆的下端与砝码托盘的上表面中心固定连接，杠杆梁的右侧外圆周上设置有外螺纹，平衡砝码的中心开设有与外螺纹配合的内螺纹孔，平衡砝码螺纹连接在杠杆梁的右侧外圆周，砝码托盘上放置有加载砝码，转轴的前端穿过门字型支板的前侧板且位于门字型支板的前侧板的前侧，转轴的后端穿过门字型支板的后侧板且位于门字型支板的后侧板的后侧，转轴的前端和后端均固定安装有一个加载转盘，两个加载转盘结构相同且前后对称设置，两个加载转盘的外侧面偏心部各铰接有一根竖向设置的加载杆，固定板上沿左右方向开设有两条前后并排的长孔，两根加载杆的下端分别对应穿过两条长孔且位于固定板的下方，两根加载杆的下端通过一根水平设置的圆柱钢杆固定连接。

基于上述，承压板为上窄下宽的梯形台，承压板和加载板的长度方向均沿前后水平设置，加载板的前侧边和后侧边分别与边坡模型试验箱的前侧板内壁和后侧板内壁接触，承压板在长度方向上的尺寸略小于加载板在长度方向上的尺寸，承压板的上表面开设有沿前后方向设置的凹槽，圆柱钢杆外圆下侧部与承压板凹槽槽底顶压接触。进一步的，所述外壳远离支撑杆的一侧外壁上焊接有推杆，且外壳的一侧外壁底部位置开有出料口。

基于上述，边坡面板的前侧边和后侧边上均固定连接有一根沿前后方向水平设置的导杆，两根导杆前后对称设置，边坡模型试验箱的前侧板和后侧板的右侧上部均开设有一条圆弧形轨道孔，两条圆弧形轨道孔前后对应，圆弧形轨道孔与导杆的移动轨迹在前后方向的投影重合，前侧的导杆的前端穿过前侧的圆弧形轨道孔且位于边坡模型试验箱的前侧板的前侧，前侧导杆与前侧的圆弧形轨道孔滑动连接，后侧导杆的后端穿过后侧的圆弧形轨道孔且位于边坡模型试验箱的后侧板的后侧，后侧的导杆与后侧的圆弧形轨道孔滑动连接，前侧的导杆的前侧外圆周和后侧的导杆的后侧外圆周上均螺纹连接有锁紧螺冒，前侧的锁紧螺冒的后侧边与边坡模型试验箱的前侧板的前侧面紧压接触，后侧的锁紧螺冒的前侧边与边坡模型试验箱的后侧板的后侧面紧压接触，边坡面板的上侧边伸出边坡模型试验箱的上端口且设置有柱形把手。进一步的，所述出水管远离水泵的一端焊接有喷水管，且喷水管位于外壳的外壁上，喷水管的一侧外壁上设有等距离分布的雾化头。

基于上述，边坡模型试验箱的底板、左侧板、右侧板、后侧板和边坡面板均为钢板，边坡模型试验箱的前侧板为有机玻璃板，边坡模型试验箱的前侧板与边坡模型试验箱的底板、左侧板、右侧板的连接处通过密封胶密封连接。

本实用新型的有益效果为：

1.本实用新型不受高要求的试验条件和试验场所的限制，且能保持恒定的加载荷载，更加契合实际工况。

2.本实用新型的模型箱中可调角度的边坡面板即考虑到坡面角对边坡稳定性的影响，又能供不同研究者多次使用。

3.本实用新型具有设计科学、操作方便易实施、加载更加稳定、边坡变形过程可视、可调坡面角且符合边坡变形破坏实际物理特征的优点。

附图说明

图1为本实用新型提出的一种基于杠杆加载边坡模型实验装置正视图。

图2为本实用新型提出的一种基于杠杆加载边坡模型实验装置侧视图。

图3为本实用新型提出的一种基于杠杆加载边坡模型实验装置俯视图。

图中：1砝码托盘、2加载砝码、3承载钢杆、4.销轴、5杠杆梁、6.门字型支板、7转轴、8加载转盘、9加载杆、10平衡砝码、11固定板、12承压板、13加载板、14边坡面板、15柱形把手、16导杆、17圆弧形轨道、18螺杆、19左侧板、20右侧板、21后侧板、22前侧板、23底板、24土样、25模型桩。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参照图1-3，一种基于杠杆加载的边坡模型试验系统，包括边坡模型试验箱、杠杆加载装置、承压板12和加载板13，边坡模型试验箱置于室内平整地面，边坡模型试验箱为顶部敞口的长方体箱，杠杆加载装置固定安装在边坡模型试验箱的顶部，边坡模型试验箱的内底部右侧边转动连接有边坡面板14，边坡面板14的前侧边与边坡模型试验箱的前侧板22内壁滑动接触，边坡面板14的后侧边与边坡模型试验箱的后侧板21内壁滑动接触，边坡模型试验箱内装填有位于边坡面板左侧的边坡土样24，加载板13水平放置在边坡土样24的上表面，承压板12放置在加载板13的上表面并与加载板13压接，承压板12位于杠杆加载装置的下方，杠杆加载装置的施力端向下顶压在承压板12的顶部。

基于上述，所述杠杆加载装置包括固定板11、门字型支板6、杠杆梁5、砝码托盘1、承载钢杆3和平衡砝码10，固定板11沿前后方向水平横跨在边坡模型试验箱的顶部，固定板11的底部前侧和后侧分别固定连接在边坡模型试验箱的前侧板22和后侧板21的上侧边，门字型支板6的左侧、右侧和下侧均敞口，门字型支板6的底部用螺栓固定连接在固定板11的上表面，杠杆梁5沿左右方向穿过门字型支板6的中部，杠杆梁5通过一根转轴7转动连接在门字型支板6上，转轴7沿前后方向水平设置，转轴7的前后两侧分别转动连接在门字型支板6的前侧板22和后侧板21上，转轴7穿过杠杆梁5并与杠杆梁5固定连接，砝码托盘1水平设置，承载钢杆3竖向设置，承载钢杆3的上端通过销轴4铰接在杠杆梁5的左端，承载钢杆3的下端与砝码托盘1的上表面中心固定连接，杠杆梁5的右侧外圆周上设置有外螺纹，平衡砝码10的中心开设有与外螺纹配合的内螺纹孔，平衡砝码10螺纹连接在杠杆梁5的右侧外圆周，砝码托盘1上放置有加载砝码2，转轴7的前端穿过门字型支板6的前侧板且位于门字型支板6的前侧板的前侧，转轴的后端穿过门字型支板6的后侧板且位于门字型支板6的后侧板的后侧，转轴7的前端和后端均固定安装有一个加载转盘8，两个加载转盘8结构相同且前后对称设置，两个加载转盘8的外侧面偏心部各铰接有一根竖向设置的加载杆9，固定板11上沿左右方向开设有两条前后并排的长孔，两根加载杆9的下端分别对应穿过两条长孔且位于固定板11的下方，两根加载杆9的下端通过一根水平设置的圆柱钢杆固定连接。

承压板12为上窄下宽的梯形台，承压板12和加载板13的长度方向均沿前后水平设置，加载板13的前侧边和后侧边分别与边坡模型试验箱的前侧板内壁22和后侧板21内壁接触，承压板12在长度方向上的尺寸略小于加载板13在长度方向上的尺寸，承压板12的上表面开设有沿前后方向设置的凹槽，圆柱钢杆外圆下侧部与承压板12凹槽槽底顶压接触。

边坡面板14的前侧边和后侧边上均固定连接有一根沿前后方向水平设置的导杆16，两根导杆16前后对称设置，边坡模型试验箱的前侧板22和后侧板21的右侧上部均开设有一条圆弧形轨道17孔，两条圆弧形轨道孔17前后对应，圆弧形轨道孔17与导杆16的移动轨迹在前后方向的投影重合，前侧的导杆16的前端穿过前侧的圆弧形轨道17孔且位于边坡模型试验箱的前侧板22的前侧，前侧导杆16与前侧的圆弧形轨道17孔滑动连接，后侧导杆16的后端穿过后侧的圆弧形轨道17孔且位于边坡模型试验箱的后侧板21的后侧，后侧的导杆16与后侧的圆弧形轨道17孔滑动连接，前侧的导杆16的前侧外圆周和后侧的导杆16的后侧外圆周上均螺纹连接有锁紧螺冒，前侧的锁紧螺冒的后侧边与边坡模型试验箱的前侧板22的前侧面紧压接触，后侧的锁紧螺冒的前侧边与边坡模型试验箱的后侧板23的后侧面紧压接触，边坡面板的上侧边伸出边坡模型试验箱的上端口且设置有柱形把手15。

边坡模型试验箱的底板23、左侧板19、右侧板20、后侧板21和边坡面板14均为钢板，边坡模型试验箱的前侧板22为有机玻璃板，边坡模型试验箱的前侧板22与边坡模型试验箱的底板23、左侧板19、右侧板20的连接处通过密封胶密封连接。

一种基于杠杆加载的边坡模型试验系统的试验方法，包括以下步骤：

步骤1：将边坡面板14上的导杆16调松，利用柱形把手15将边坡面板调整到所需角度，调紧导杆16进行固定。准备好制备基岩的混凝土材料，试验土样24，模型桩25。

步骤2：在边坡模型箱内壁铺设一层塑料薄膜。将已经搅拌好的混凝土材料倒入模型箱进行整平，再将模型桩插入在预留位置处进行垂直调整。养护7～14天，待混凝土硬化后进行步骤3。

步骤3：从固定板11左右两侧的预留空隙进行模型箱分层填土(每层厚约10cm)，每层用工具将土样24捣实、整平。注意将土样24的边坡与边坡面板11处的土进行捣实，避免出现空隙。填土过程中可进行土压力盒的埋设。填土完成后将试验土样静止7-10天使其自然固结沉降，之后进行步骤4.

步骤4：将加载板13前后纵向放置在土样24顶面，将施力框架12前后纵向放置在加载板13顶面。

步骤5：将杠杆加载装置安置在模型箱顶部，与模型箱的前侧板22和后侧板21的顶部进行固定连接，将加载杆9调至竖直，使加载杆9下端的圆柱钢杆与承压板12凹槽槽底顶压接触。

步骤6:转动平衡砝码10使杠杆梁5处于水平状态。

步骤7：放松导杆16的螺帽，将边坡面板14调至与地表垂直，拧紧螺帽进行边坡面板固定。

步骤8：往砝码托盘1上分级放置加载砝码2，杠杆梁受5力后左端将产生向下位移，此时带动加载转盘8转动，使加载杆9发生向下位移，将荷载依次通过承压板12和加载板13传至土样24顶面。

步骤9：逐步加载砝码2进行试验数据采集。

以上所述，仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (5)

1.一种基于杠杆加载的边坡模型试验系统，其特征在于:包括边坡模型试验箱、杠杆加载装置、承压板和加载板，边坡模型试验箱置于室内平整地面，边坡模型试验箱为顶部敞口的长方体箱，杠杆加载装置固定安装在边坡模型试验箱的顶部，边坡模型试验箱的内底部右侧边转动连接有边坡面板，边坡面板的前侧边与边坡模型试验箱的前侧板内壁滑动接触，边坡面板的后侧边与边坡模型试验箱的后侧板内壁滑动接触，边坡模型试验箱内装填有位于边坡面板左侧的边坡土样，加载板水平放置在边坡土样的上表面，承压板放置在加载板的上表面并与加载板压接，承压板位于杠杆加载装置的下方，杠杆加载装置的施力端向下顶压在承压板的顶部。

2.根据权利要求1所述的基于杠杆加载的边坡模型试验系统，其特征在于：所述杠杆加载装置包括固定板、门字型支板、杠杆梁、砝码托盘、承载钢杆和平衡砝码，固定板沿前后方向水平横跨在边坡模型试验箱的顶部，固定板的底部前侧和后侧分别固定连接在边坡模型试验箱的前侧板和后侧板的上侧边，门字型支板的左侧、右侧和下侧均敞口，门字型支板的底部焊接连接在固定板的上表面，杠杆梁沿左右方向穿过门字型支板的中部，杠杆梁通过一根转轴转动连接在门字型支板上，转轴沿前后方向水平设置，转轴的前后两侧分别转动连接在门字型支板的前侧板和后侧板上，转轴穿过杠杆梁并与杠杆梁固定连接，砝码托盘水平设置，加载钢杆竖向设置，加载钢杆的上端销轴铰接在杠杆梁的左端，加载钢杆的下端与砝码托盘的上表面中心固定连接，杠杆梁的右侧外圆周上设置有外螺纹，平衡砝码的中心开设有与外螺纹配合的内螺纹孔，平衡砝码螺纹连接在杠杆梁的右侧外圆周，砝码托盘上放置有加载砝码，转轴的前端穿过门字型支板的前侧板且位于门字型支板的前侧板的前侧，转轴的后端穿过门字型支板的后侧板且位于门字型支板的后侧板的后侧，转轴的前端和后端均固定安装有一个加载转盘，两个加载转盘结构相同且前后对称设置，前侧的加载转盘的前侧面偏心部及后侧的加载转盘的后侧面偏心部均铰接有一根竖向设置的加载杆，固定板上沿左右方向开设有两条前后并排的长孔，两根加载杆的下端分别对应穿过两条长孔且位于固定板的下方，两根加载杆的下端通过一根水平设置的圆柱钢杆固定连接。

3.根据权利要求2所述的基于杠杆加载的边坡模型试验系统，其特征在于：承压板为上窄下宽的梯形台，承压板和加载板的长度方向均沿前后水平设置，加载板的前侧边和后侧边分别与边坡模型试验箱的前侧板内壁和后侧板内壁接触，承压板在长度方向上的尺寸略小于加载板在长度方向上的尺寸，承压板的上表面开设有沿前后方向设置的凹槽，圆柱钢杆外圆下侧部与承压板凹槽槽底顶压接触。

4.根据权利要求1所述的基于杠杆加载的边坡模型试验系统，其特征在于：边坡面板的前侧边和后侧边上均固定连接有一根沿前后方向水平设置的导杆，两根导杆前后对称设置，边坡模型试验箱的前侧板和后侧板的右侧上部均开设有一条圆弧形轨道孔，两条圆弧形轨道孔前后对应，圆弧形轨道孔与导杆的移动轨迹在前后方向的投影重合，前侧的导杆的前端穿过前侧的圆弧形轨道孔且位于边坡模型试验箱的前侧板的前侧，前侧导杆与前侧的圆弧形轨道孔滑动连接，后侧导杆的后端穿过后侧的圆弧形轨道孔且位于边坡模型试验箱的后侧板的后侧，后侧的导杆与后侧的圆弧形轨道孔滑动连接，前侧的导杆的前侧外圆周和后侧的导杆的后侧外圆周上均螺纹连接有锁紧螺冒，前侧的锁紧螺冒的后侧边与边坡模型试验箱的前侧板的前侧面紧压接触，后侧的锁紧螺冒的前侧边与边坡模型试验箱的后侧板的后侧面紧压接触，边坡面板的上侧边伸出边坡模型试验箱的上端口且设置有柱形把手。

5.根据权利要求4所述的基于杠杆加载的边坡模型试验系统，其特征在于：边坡模型试验箱的底板、左侧板、右侧板、后侧板和边坡面板均为钢板，边坡模型试验箱的前侧板为有机玻璃板，边坡模型试验箱的前侧板与边坡模型试验箱的底板、左侧板、右侧板的连接处通过密封胶密封连接。

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