CN216523873U - 一种物理模型试验中的位移测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种物理模型试验中的位移测试装置，当试验土体有多个不同测点需要进行测量，尤其当试验需求变化较大、测点分布随机性较大时，传统的测试装置难以灵活调整与适应。此外，当有测点处于坡面(即非水平面时)，传统装置更是难以将位移传感器固定于坡面的任意位置，本装置中位移传感器经可转动式伸缩杆通过滑块在位移调节组件内的滑动以及位移调节组件两端松紧调节组件在模型箱两侧的位置调整实现了在模型箱内试验土体的表面横纵两个方向的自由以移动，提高了位移传感器在试验土体中非水平面上的位移动的灵活性。

Description

一种物理模型试验中的位移测试装置

技术领域

本实用新型涉及物理模型试验领域，具体为一种物理模型试验中的位移测试装置。

背景技术

随着经济的迅猛发展，“交通强国”战略应时而生，这无疑对交通使用最为频繁与广泛的公路建设提出了更高的要求。在修建过程中所面临的地形地质条件以及气候条件也更加恶劣，高填方路基也大量出现，有的填方高度可达50m以上。这导致路基沉降、路堤边坡滑移在公路建设中普遍存在，并引起桥头跳车、路基沉陷、路面早期破损等多种质量病害，直接影响到公路的使用质量和社会效益。因此，我们要对路基的沉降与变形做好监测，以便更好的了解和掌握路基破坏的规律，减少路堤破坏等灾害的发生。

目前现场监测路基沉降、路堤边坡位移量的方法已有很多，如现场埋设沉降板观测、埋入式布设光纤、TDR技术、测斜孔位移测量等，但在物理模型试验领域中还有待进一步探索，这对比尺缩放的室内模型试验带来了诸多不便。当前在模型试验中测试路基沉降、路堤边坡位移时大多均是采用严格配套于使用的模型箱所设计的卡固装置，其很难应对多变的情况，并且也难以做到位移测试装置可以在模型箱水平面的横、纵两个方向上自由移动，这给试验的进行带来许多不便，局限性也较大。

实用新型内容

针对传统模型试验中的位移测试装置存在难以应对多变的试验条件以及难以在模型箱水平面的横纵两个方向自由移动的问题，本实用新型提供一种物理模型试验中的位移测试装置，该装置结构简单，操作方便，具有极高的适应性和实用性。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种物理模型试验中的位移测试装置，包括模型箱、试验土体、位移传感器、传感器卡固装置、可转动式伸缩杆、滑块、松紧调节组件和位移调节组件；所述试验土体填充在模型箱内，所述位移调节组件设置在模型箱的顶部，位移调节组件的两端分别通过松紧调节组件夹紧在模型箱的两侧，所述滑块滑动连接在位移调节组件内，所述可转动式伸缩杆的一端连接至滑块上，另一端装配传感器卡固装置，所述位移传感器上设有装配端和检测端，其中装配端安装在传感器卡固装置，所述检测端与试验土体的表面接触，所述位移传感器经可转动式伸缩杆通过滑块在位移调节组件内的滑动以及位移调节组件两端松紧调节组件在模型箱两侧的位置调整实现了在模型箱内试验土体的表面横纵两个方向的自由以移动。

优选的，位移调节组件包括梯形钢架和梯形钢架梁帽；所述梯形钢架为结构主体，与模型箱的长边的长度对应设置，所述梯形钢架梁帽位于梯形钢架的顶端，梯形钢架梁帽与梯形钢架之间通过螺栓连接，且梯形钢架梁帽朝向梯形钢架的一侧沿着长边设有渠形凹槽，所述滑块滑动设置在梯形钢架梁帽与梯形钢架之间的渠形凹槽内。

进一步的，梯形钢架梁帽与梯形钢架的长度对应设置，且在梯形钢架梁帽与梯形钢架之间渠形凹槽的两端分别设有封堵块。

进一步的，松紧调节组件包括梯形钢架固定板和橡胶垫片；所述梯形钢架固定板的一端固定连接在梯形钢架的下端，所述橡胶垫片与固定板的板面相对设置，且通过螺栓与固定板连接，橡胶垫片与模型箱的外壁接触设置，通过调节螺栓使得橡胶垫片与模型箱的外壁紧贴，其中橡胶垫片贴于模型箱外壁的一侧为锯齿状，实现了梯形钢架的两端在模型箱两侧的固定。

优选的，可转动式伸缩杆包括第一连接管和第二连接管，其中第一连接管的一端通过转轴与滑块连接，第一连接管的另一端与第二连接管的一端套入设置，实现第一连接管和第二连接管之间的伸缩，所述第二连接管的另一端通过转轴与传感器卡固装置连接。

进一步的，第一连接管和第二连接管的嵌套处设有固定阀，用于对伸缩后的第一连接管和第二连接管进行固定。

优选的，位移传感器的检测端装配有海绵垫片，所述海绵垫片与试验土体的表面接触。

优选的，传感器卡固装置为凸形薄钢片结构，其中凸出的结构与位移传感器结构对应设置，传感器卡固装置的两侧通过螺栓和螺母固定。

优选的，位移传感器垂直于试验土体的表面。

优选的，位移传感器采用高精度KTR自复位式直线位移传感器。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型提供了一种物理模型试验中的位移测试装置，当试验土体有多个不同测点需要进行测量，尤其当试验需求变化较大、测点分布随机性较大时，传统的测试装置难以灵活调整与适应。此外，当有测点处于坡面(即非水平面时)，传统装置更是难以将位移传感器固定于坡面的任意位置，本装置中位移传感器经可转动式伸缩杆通过滑块在位移调节组件内的滑动以及位移调节组件两端松紧调节组件在模型箱两侧的位置调整实现了在模型箱内试验土体的表面横纵两个方向的自由以移动，提高了位移传感器在试验土体中非水平面上的位移动的灵活性。

进一步的，位移调节组件包括梯形钢架和梯形钢架梁帽，梯形钢架梁帽位于梯形钢架的顶端，梯形钢架梁帽与梯形钢架之间通过螺栓连接，且梯形钢架梁帽朝向梯形钢架的一侧沿着长边设有渠形凹槽，滑块滑动设置在梯形钢架梁帽与梯形钢架之间的渠形凹槽内，便于滑块沿着渠形凹槽的长度方向进行滑动，同时使得位移传感器在试验土体的表面上沿着位移调节组件的长边方向进行位移调节。

更进一步的，梯形钢架梁帽与梯形钢架的长度对应设置，且在梯形钢架梁帽与梯形钢架之间渠形凹槽的两端分别设有封堵块，避免滑块滑出渠形凹槽。

更进一步的，松紧调节组件包括梯形钢架固定板和橡胶垫片，橡胶垫片与固定板的板面相对设置，且通过螺栓与固定板连接，橡胶垫片与模型箱的外壁接触设置通过拧紧梯形钢架固定板，通过对梯形钢架固定板上的螺栓拧紧使得橡胶垫片与模型箱的外壁紧贴，保证了梯形钢架的两端在模型箱两侧的固定，同时也可以通过调节梯形钢架固定板和橡胶垫片之间的松紧，实现梯形钢架在模型箱上的位置调节。

进一步的，可转动式伸缩杆包括第一连接管和第二连接管，其中第一连接管的一端通过转轴与滑块连接，第一连接管的另一端与第二连接管的一端套入设置，实现第一连接管和第二连接管之间的伸缩，所述第二连接管的另一端通过转轴与传感器卡固装置连接，采用转轴使其类似机械手的灵活性，使得位移传感器可以固定于模型土体的坡面等任意位置。

更进一步的，第一连接管和第二连接管的嵌套处设有固定阀，通过固定阀实现了伸缩后的固定，保证了位移传感器在检测过程中的稳定性。

进一步的，位移传感器的检测端装配有海绵垫片，所述海绵垫片与试验土体的表面接触，提高了检测结果的准确性。

进一步的，传感器卡固装置为凸形薄钢片结构，其中凸出的结构与位移传感器结构对应设置，传感器卡固装置的两侧通过螺栓和螺母固定，提高了对位移传感器固定装配的稳定性。

进一步的，位移传感器垂直于试验土体的表面，保证试验结果的准确性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的正视图；

图3为本实用新型的俯视图；

图4为本实用新型的侧视图；

图5为传感器固定装置、可转动式伸缩杆、滑动块、转轴、固定阀组合细部俯视图；

图6为传感器固定装置、可转动式伸缩杆、滑动块、转轴、固定阀组合细部侧视图；

图7为梯形钢架固定板、橡胶垫片细部结构示意图；

图中：1-模型箱；2-试验土体；3-位移传感器；4-海绵垫片；5-传感器卡固装置；6-转轴；7-可转动式伸缩杆；8-固定阀；9-滑块；10-梯形钢架；11-梯形钢架梁帽；12-梯形钢架固定板；13-橡胶垫片；71-第一连接管；72-第二连接管。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，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，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

参见图1、图2、图3和图4，本实用新型一个实施例中，提供了一种物理模型试验中的位移测试装置，该装置结构简单，操作方便，具有极高的适应性和实用性。

具体的，该物理模型试验中的位移测试装置，包括模型箱1、试验土体2、位移传感器3、传感器卡固装置5、可转动式伸缩杆7、滑块9、松紧调节组件和位移调节组件；所述试验土体2填充在模型箱1内，所述位移调节组件设置在模型箱1的顶部，位移调节组件的两端分别通过松紧调节组件夹紧在模型箱1的两侧，所述滑块9滑动连接在位移调节组件内，所述可转动式伸缩杆7的一端连接至滑块9上，另一端装配传感器卡固装置5，所述位移传感器3上设有装配端和检测端，其中装配端安装在传感器卡固装置5，所述检测端与试验土体2的表面接触，所述位移传感器3经可转动式伸缩杆7通过滑块9在位移调节组件内的滑动以及位移调节组件两端松紧调节组件在模型箱1两侧的位置调整实现了在模型箱1内试验土体2的表面横纵两个方向的自由以移动。

具体的，位移调节组件包括梯形钢架10和梯形钢架梁帽11；所述梯形钢架10为结构主体，与模型箱1的长边的长度对应设置，承担“桥梁”纽带作用；梯形钢架10的横断面为上窄下宽的梯形结构，以使其稳定性能最优。所述梯形钢架梁帽11位于梯形钢架10的顶端，梯形钢架梁帽11与梯形钢架10之间通过螺栓连接，且梯形钢架梁帽11朝向梯形钢架10的一侧沿着长边设有渠形凹槽，所述滑块9滑动设置在梯形钢架梁帽11与梯形钢架10之间的渠形凹槽内。

其中，梯形钢架梁帽11与梯形钢架10的长度对应设置，且在梯形钢架梁帽11与梯形钢架10之间渠形凹槽的两端分别设有封堵块。

根据图7所示，松紧调节组件包括梯形钢架固定板12和橡胶垫片13；所述梯形钢架固定板12的一端固定连接在梯形钢架10的下端，所述橡胶垫片13与固定板12的板面相对设置，且通过螺栓与固定板12连接，橡胶垫片13与模型箱1的外壁接触设置，通过调节螺栓使得橡胶垫片13与模型箱1的外壁紧贴，其中橡胶垫片13贴于模型箱外壁的一侧为锯齿状，用于增大橡胶垫片与模型箱外壁的摩擦力，使得梯形钢架固定更加稳固。

具体的，根据图5和图6所示，可转动式伸缩杆7包括第一连接管71和第二连接管72，其中第一连接管71的一端通过转轴6与滑块9连接，第一连接管71的另一端与第二连接管72的一端套入设置，实现第一连接管71和第二连接管72之间的伸缩，所述第二连接管72的另一端通过转轴6与传感器卡固装置5连接。

其中，第一连接管71和第二连接管72的嵌套处设有固定阀8，用于对伸缩后的第一连接管71和第二连接管72进行固定。

具体的，位移传感器3的检测端装配有海绵垫片4，所述海绵垫片4与试验土体2的表面接触。

具体的，传感器卡固装置5为凸形薄钢片结构，其中凸出的结构与位移传感器3结构对应设置，传感器卡固装置5的两侧通过螺栓和螺母固定。

具体的，位移传感器3采用高精度KTR自复位式直线位移传感器，，其接触头通过海绵垫片4与试验土体2相接触。同时，位移传感器3的安装要保持垂直于试验土体2，以保证试验结果的准确性。

本实用新型中可根据梯形钢架10和梯形钢架梁帽11之间的渠形凹槽的长度，放置若干滑块9，因此可以同时放置若干位移传感器3,同时进行检测。

实施例1

根据已有试验土体2中的测点位置，先将梯形钢架10置于模型箱1的纵向，然后在其横向方向上进行移动，大致移动至合适位置，将长螺栓穿过梯形钢架固定板12拧入至橡胶垫片13的螺纹中进行固定。再将连接有可转动式伸缩杆7的滑块9置于梯形钢架10的渠形凹槽中，将滑块9在模型箱1的纵向上进行移动，大致移动至合适位置后将梯形钢架梁帽11的渠形凹槽也对准滑块9将其恰好嵌入，再将螺栓打入至梯形钢架梁帽11的两端，将滑块9固定。接下来调整可转动式伸缩杆7以及转轴6，控制好伸缩杆长度与角度后利用固定阀8将伸缩杆长度固定，将位移传感器3置于传感器卡固装置5中进行固定。最后在所测试验土体2的测点处放置一块儿海绵垫片4，将位移传感器3的测头处轻触垫片即可测量。

使用本装置测试本实施例中的模型土体测点位移时的总体步骤为：

一、初期准备。具体为：根据所要模拟的实际工况，对其选定合适缩放比尺，从而构建出合适的模型试验土体2，过程中大多需要分层夯填，夯填过程中可以埋设各类其他测试元件、器材、引线等，也可根据实际情况做特殊变动。填筑完成后，在模型试验土体中标定所要测定的测点，以便之后可以迅速将位移传感器安放至正确测点位置处。

二、粗调装置。具体为：根据标注的测点位置，将梯形钢架10在模型箱1的横向上移动至合适位置，再将连接有可转动式伸缩杆7的滑块9置于梯形钢架10的渠形凹槽中，将滑块9在模型箱1的纵向上进行移动，大致移动至合适位置后将梯形钢架梁帽11的渠形凹槽也对准滑块9将其恰好嵌入，再将螺栓打入至梯形钢架梁帽11的两端，将滑块9固定。

三、精调装置。具体为：根据标注的测点位置，调整可转动式伸缩杆7以及转轴6，控制好伸缩杆长度与角度后利用固定阀8将伸缩杆长度固定，将KTR自复位式直线位移传感器3置于传感器卡固装置5中进行固定，再次微调转轴6使得位移传感器整体垂直于所测试验土体(测点)。

四、初测读数。为使得整体读数精确性高，将位移传感器的测头处放置一块海绵垫块4，原则上使位移传感器测头轻触海绵垫块4即可。记录一组初始测点的数据进行保存。

五、试验条件。对所测试验土体2施加应有工况荷载或试验条件。如：进行喷洒模拟降水、施加动荷载、施加冻融循环、顶部放置钢板置于离心机中模拟静载作用下多年工况等。

六、终测读数。在试验加载、条件施加完成后，对试验土体2的对应测点处再进行读数，通过终测读数与初测读数二者差值分析整体试验土体的变形位移值，以对实际工况的分析起到一定指导作用。

实施例2：

实施例1中按照在路堤上部中央处、路堤边缘处测量，共布设两个位移传感器的原则进行。本实施例2与实施例1的不同之处在于位移传感器布设的位置有差异。本次实施例主要在路堤中央、路堤边缘、路堤边坡坡顶处各布设一个位移传感器，使其在分析路堤沉降的过程中也能分析坡顶变形问题，本次实用新型的结构示意图即为本实施例的图解。

实施例3：

在本实施例中与实施例1、实施例2的不同之处在于位移传感器的布设位置再次发生改变。本次实施例主要在路堤中央、路堤边坡坡顶、路堤边坡坡脚处各自布设一个位移传感器，使其在分析路堤沉降的过程中也能分析坡顶与坡底变形问题，使得试验分析更加全面可靠。

利用本实用新型所提供的物理模型试验中的位移测试装置，总体而言优点有三点。

第一，当试验土体有多个不同测点需要进行测量，尤其当试验需求变化较大、测点分布随机性较大时，传统的测试装置难以灵活调整与适应。此外，当有测点处于坡面(即非水平面时)，传统装置更是难以将位移传感器固定于坡面的任意位置。本装置通过松紧橡胶垫片，使得整个梯形钢架可以固定于模型箱的任意横向位置。同时，本装置又通过滑块的设计，使得位移传感器可以固定于模型箱的任意纵向位置。最后，由于位移传感器的连接部分为可转动式伸缩杆，其两侧又均连接有转轴，因此其有类似“机械手”的灵活性，使得位移传感器可以固定于模型土体的坡面等任意位置。

第二，由于传统的测试装置一般均是依附于模型箱原有螺栓孔位来进行固定，当模型箱的大小在一定范围内变化时，其装置很可能由于螺栓孔位不匹配导致无法正常使用。本装置通过长螺栓搭配可松紧式螺纹橡胶垫片的设计使得整个梯形钢架的固定存在一定的灵活性，因此当模型箱的大小在一定范围内变化时，装置也可以顺利使用。

第三，当模型试验突然增加所要分析的测点，传统装置限于其固定方式，可能无法增加太多位移传感器。本装置由于梯形钢架与梯形钢架梁帽的长度较长，因此可以在其对应渠形凹槽中增设若干滑块，这使得一个装置可以同时布设若干位移传感器。

综上所示，本实用新型与以往的模型试验位移测试装置相比，其优点在于：位移传感器在整个装置的控制下，可以在模型箱的横纵两个方向均可以自由移动，如同一个坐标轴一般，因此其可以将位移传感器布设于模型箱土体中的任意平面位置，而可转动式伸缩杆与转轴的组合设计又使其拥有类似“机械手”的功能，因此其可以将位移传感器布设于模型箱土体中的任意非平面位置。此外，梯形钢架与梯形钢架梁帽的设计使得一个装置可以同时布设若干位移传感器。综上，本装置的实用性、适用性、可操作性均在原有传统装置的基础上有大幅提高，值得进一步研究与推广。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述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等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种物理模型试验中的位移测试装置，其特征在于，包括模型箱(1)、试验土体(2)、位移传感器(3)、传感器卡固装置(5)、可转动式伸缩杆(7)、滑块(9)、松紧调节组件和位移调节组件；所述试验土体(2)填充在模型箱(1)内，所述位移调节组件设置在模型箱(1)的顶部，位移调节组件的两端分别通过松紧调节组件夹紧在模型箱(1)的两侧，所述滑块(9)滑动连接在位移调节组件内，所述可转动式伸缩杆(7)的一端连接至滑块(9)上，另一端装配传感器卡固装置(5)，所述位移传感器(3)上设有装配端和检测端，其中装配端安装在传感器卡固装置(5)，所述检测端与试验土体(2)的表面接触，所述位移传感器(3)经可转动式伸缩杆(7)通过滑块(9)在位移调节组件内的滑动以及位移调节组件两端松紧调节组件在模型箱(1)两侧的位置调整实现了在模型箱(1)内试验土体(2)的表面横纵两个方向的自由以移动。

2.根据权利要求1所述的一种物理模型试验中的位移测试装置，其特征在于，所述位移调节组件包括梯形钢架(10)和梯形钢架梁帽(11)；所述梯形钢架(10)为结构主体，与模型箱(1)的长边的长度对应设置，所述梯形钢架梁帽(11)位于梯形钢架(10)的顶端，梯形钢架梁帽(11)与梯形钢架(10)之间通过螺栓连接，且梯形钢架梁帽(11)朝向梯形钢架(10)的一侧沿着长边设有渠形凹槽，所述滑块(9)滑动设置在梯形钢架梁帽(11)与梯形钢架(10)之间的渠形凹槽内。

3.根据权利要求2所述的一种物理模型试验中的位移测试装置，其特征在于，所述梯形钢架梁帽(11)与梯形钢架(10)的长度对应设置，且在梯形钢架梁帽(11)与梯形钢架(10)之间渠形凹槽的两端分别设有封堵块。

4.根据权利要求2所述的一种物理模型试验中的位移测试装置，其特征在于，所述松紧调节组件包括梯形钢架固定板(12)和橡胶垫片(13)；所述梯形钢架固定板(12)的一端固定连接在梯形钢架(10)的下端，所述橡胶垫片(13)与固定板(12)的板面相对设置，且通过螺栓与固定板(12)连接，橡胶垫片(13)与模型箱(1)的外壁接触设置，通过调节螺栓使得橡胶垫片(13)与模型箱(1)的外壁紧贴，其中橡胶垫片(13)贴于模型箱外壁的一侧为锯齿状，实现了梯形钢架(10)的两端在模型箱(1)两侧的固定。

5.根据权利要求1所述的一种物理模型试验中的位移测试装置，其特征在于，所述可转动式伸缩杆(7)包括第一连接管(71)和第二连接管(72)，其中第一连接管(71)的一端通过转轴(6)与滑块(9)连接，第一连接管(71)的另一端与第二连接管(72)的一端套入设置，实现第一连接管(71)和第二连接管(72)之间的伸缩，所述第二连接管(72)的另一端通过转轴(6)与传感器卡固装置(5)连接。

6.根据权利要求5所述的一种物理模型试验中的位移测试装置，其特征在于，所述第一连接管(71)和第二连接管(72)的嵌套处设有固定阀(8)，用于对伸缩后的第一连接管(71)和第二连接管(72)进行固定。

7.根据权利要求1所述的一种物理模型试验中的位移测试装置，其特征在于，所述位移传感器(3)的检测端装配有海绵垫片(4)，所述海绵垫片(4)与试验土体(2)的表面接触。

8.根据权利要求1所述的一种物理模型试验中的位移测试装置，其特征在于，所述传感器卡固装置(5)为凸形薄钢片结构，其中凸出的结构与位移传感器(3)结构对应设置，传感器卡固装置(5)的两侧通过螺栓和螺母固定。

9.根据权利要求1所述的一种物理模型试验中的位移测试装置，其特征在于，所述位移传感器(3)垂直于试验土体(2)的表面。

10.根据权利要求1所述的一种物理模型试验中的位移测试装置，其特征在于，所述位移传感器(3)采用高精度KTR自复位式直线位移传感器。

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