二维岩土力学模型试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种二维岩土力学模型试验装置及方法，包括矩形框状的架体，该架体内并排、竖直设置有两个尺寸调节板，尺寸调节板的内壁下部固定设置有一个调节板垫板，尺寸调节板内壁的中上部竖直设置有滑槽，在尺寸调节板的内侧竖直设置有一块固定模型接触板，该固定模型接触板通过多个滚珠与尺寸调节板上的滑槽滑动接触。本发明专利技术结构简单、容易组装和拆卸、尺寸调节容易、摩擦阻力小、刚度大且造价低的优点，同时试验过程的检测手段也全面可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于物理试验模型领域，特别是涉及一种二维岩土力学模型试验装置及方法。
技术介绍
物理模型试验是当今研究岩土工程问题的一种重要方法，对地质条件复杂的岩土工程进行物理模拟研究，可对工程原型的物理力学特征进行分析和预测，对于解决实际工程问题具有很高的实用价值。在试验过程中先按照试验目标岩土的特性配出相似材料，然后将相似材料按照浇筑设计图浇筑成模，最后再对模型进行加载试验，且通过仪器观测并记录数据。现有的试验装置常存在结构复杂，尺寸不易调整、模型边界摩擦力较大等缺点。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的之一是提供一种二维岩土力学模型试验装置。本专利技术的技术方案如下：一种二维岩土力学模型试验装置，包括矩形框状的架体，该架体内并排、竖直设置有两个尺寸调节板，所述尺寸调节板的上端通过第一螺栓与架体的上梁连接，架体的上梁上设有至少一排供第一螺栓选择的第一安装孔，尺寸调节板的下端通过第二螺栓与架体的下梁连接，架体的下梁上设有至少一排供第二螺栓选择的第二安装孔，所述尺寸调节板的内壁下部固定设置有一个调节板垫板，该调节板垫板的内壁上固定设置有调节板底挡板，在所述调节板底挡板上设置有一个连续弯折的挡板固定杆，该挡板固定杆的两端固定连接在所述尺寸调节板的内壁上，且中部与所述调节板底挡板内侧表面相压迫抵触，所述尺寸调节板内壁的中上部竖直设置有滑槽，且与该滑槽相对地，在所述尺寸调节板的内侧竖直设置有一块固定模型接触板，该固定模型接触板通过多个滚珠与所述尺寸调节板上的滑槽滑动接触，所述固定模型接触板上与所述滚珠一一对应地设置有多个滚珠限位槽，每个滚珠对应设置在一个滚珠限位槽内，所述尺寸调节板之间设置有一个千斤顶，且该千斤顶的活塞杆朝下，在所述活塞杆的下端设置有载荷传感器，该千斤顶的上端通过第三螺栓与上梁连接，在上梁上设置有多个供第三螺栓选择的调节加载螺栓孔。采用以上技术方案，架体作为整体的骨架起到支撑的作用，两个尺寸调节板通过螺栓与上梁和下梁上不同的安装孔进行连接，实现调节两个尺寸调节板之间的间距，满足实际试验操作的需要。固定模型接触板通过滚珠与尺寸调节板上的滑槽滑动配合，实现模型接触板的上下移动，以满足实际试验操作的需要。滚珠限位槽用于安装滚珠。调节板垫板和调节板底挡板相互叠合固定在一起，并通过挡板固定杆箍紧在尺寸调节板上。叠合在一起的调节板垫板和调节板底挡板对固定模型接触板向下滑动时进行限位和支撑，避免固定模型接触板过度向下滑动。千斤顶的作用是在试验过程中向模型进行加载压力，并通过载荷传感器定时记录下载荷的大小。进一步，为了容易取得架体的制作材料，且制作简便，所述架体由下梁、两个立柱和一个上梁通过螺栓相互连接而成，所述下梁、立柱和上梁均为H型钢。进一步，为了在试验过程中试验设计安装模板底钢带、模板标准钢带和有机玻璃板，在所述立柱设置有一列第三安装孔。进一步，为了平稳地放置整个架体，所述下梁左右两端的前后两侧各设置有一个支脚。进一步，为了使得所述千斤顶的安装位置设计更加合理，安装更加稳定，多个所述调节加载螺栓孔等间距地设置在所述上梁中间的横板上。进一步，为了一方面便于稳定地安装所述尺寸调节板，同时在尺寸调节板需要移动时更加平顺、无阻滞，在所述尺寸调节板的外壁上竖直设置有两个调节板肋板，该调节板肋板的断面呈“L”型，在调节板肋板的上端开有供第一螺栓穿设的通孔，调节板肋板的下端开有供第二螺栓穿设的通孔。进一步，为了便于在模型浇筑过程中按照设计图对高度进行标注，在每个尺寸调节板上均设置有刻度。进一步，为了保证所述固定模型接触板在所述尺寸调节板上设置得更加稳定，所述滑槽的数量为两个。本专利技术的的目的之二是根据提供的二维岩土力学模型试验装置，再提供一种二维岩土力学模型试验方法。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种二维岩土力学模型试验装置进行试验的方法，包括如下步骤：1)根据目标相似比确定相似材料，根据目标模拟范围调整两个尺寸调节板之间的距离，根据模型浇筑设计图在架体内布置好浇筑施工线，标注出各层材料需要浇筑到的准确位置，插上固定栓，并用绳子将模型接触板的上部固定；2)先在架体形成的一侧板面相互间隔式安装多块模板底钢带和模板标准钢带到该侧板面的总高度位置，另一侧板面上预先安装一块模板底钢带，然后向两侧模板之间形成的模型槽内浇筑搅拌好的相似材料，再然后安装一块模板标准钢带，依次类推，逐层浇筑和安装，每浇筑完一层相似材料后，用混凝土振动棒来回振捣两遍，在浇筑的同时按照浇筑设计图把土压力盒埋设到对应的位置；3)浇筑完成后，将相似材料做成的模型养护成型，然后从上往下依次拆模，并把模型表面打磨平整，将应变片以及位移计按照浇筑设计图上的设计布置在对应的位置，将模型上需要面对摄影测量系统的一面进行相应着色处理，并覆盖安装有机玻璃，将摄像头传感器放置在模型有机玻璃一面的正前方；4)将绳子以及固定栓卸掉，根据相似模型的开挖步骤、开挖时间进行模型的模拟开挖试验，同时，应变片、土压力盒以及位移计等监测持续采样，采样频率为2Hz，连续拍照采样频率为1Hz，并对试验过程进行详细记录；5)将模型的上端面待加载范围调平整，并均匀涂抹一层凡士林，按加载范围需要重叠放置两块承压钢板，两块承压钢板之间均匀放置有多个传压滚轴，千斤顶的活塞杆从上往下压迫在承压钢板上进行加载试验，应变片、土压力盒以及拉线位移计等检测持续采样，采样频率为2Hz，连续拍照采样频率为1Hz，并对试验过程进行详细记录。上述方法首先根据需要试验的岩土配出相似材料进行备用，然后根据试验的相似比来将两个尺寸调节板调节到合适的距离，并通过第一螺栓来实现与上梁和下梁上对应的第一安装孔固定连接。不同的相似比需要两个尺寸调节板之间的距离不同，因此需要将尺寸调节板拆下并移动到需要的间距后再通过第一螺栓来固定连接，如此，实现了模型的尺寸调节。通过固定栓和绳子将模型接触板进行固定，避免其随意滑动，对后面额浇筑造成影响。在开始浇筑以前，先在架体一侧用模板底钢带和模板标准钢带固定封闭安装到设计的总高度位置，配合两个尺寸调节板，并形成一个用于浇筑的立体空间。根据需要试验的岩土特征，进行一层一层地浇筑，每浇筑好一层立马用混凝土振动棒来回振捣两遍的目的在于尽量保证每层材料特性的均衡性，避免由于放置、沉淀造成局部特性不一样。根据浇筑设计图埋设土压力盒，在后续的加载试验中能够有效地得到压力数据。模型养护完成后，将模型表面打磨平整以免影响试验效果。应变片和位移计设置位置的选择根据浇筑设计图的标示，保证能够对模型在后续的加载试验中产生的形变进行全面的检测。在模型上进行着色处理并安装有机玻璃是为了一方面保护模型，避免干扰，另一方面能够通过摄像头传感器进行有效地采集信息。通过千斤顶对模型进行加压，并设置一个由两块承压钢板之间夹设传压滚轴的结构，保证在晃动情况下仍然能够稳定地对模型进行加载压力。应变片、土压力盒、拉线位移计和摄像头传感器的采样频率均是根据事先的试验计划来设定，以能获得准确的试验数据为目的。本专利技术的有益效果如下:(1)架体由多个梁和柱通过螺栓组装、拼接而成，具有结构简单、容易组装和拆卸、刚度大且造价低的优点；(2)由于玻璃板的设置，可以全程实时观测到试验过程中模型的变形过程；(3)利于模型整体浇筑而成，通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二维岩土力学模型试验装置，其特征在于：包括矩形框状的架体(1)，该架体(1)内并排、竖直设置有两个尺寸调节板(4)，所述尺寸调节板(4)的上端通过第一螺栓与架体(1)的上梁(1c)连接，架体(1)的上梁(1c)上设有至少一排供第一螺栓选择的第一安装孔(1d)，尺寸调节板(4)的下端通过第二螺栓与架体(1)的下梁(1a)连接，架体(1)的下梁(1a)上设有至少一排供第二螺栓选择的第二安装孔(1f)，所述尺寸调节板(4)的内壁下部固定设置有一个调节板垫板(6)，该调节板垫板(6)的内壁上固定设置有调节板底挡板(7)，在所述调节板底挡板(7)上设置有一个连续弯折的挡板固定杆(8)，该挡板固定杆(8)的两端固定连接在所述尺寸调节板(4)的内壁上，且中部与所述调节板底挡板(7)内侧表面相压迫抵触，所述尺寸调节板(4)内壁的中上部竖直设置有滑槽(4a)，且与该滑槽(4a)相对地，在所述尺寸调节板(4)的内侧竖直设置有一块固定模型接触板(9)，该固定模型接触板(9)通过多个滚珠(12)与所述尺寸调节板(4)上的滑槽(4a)滑动接触，所述固定模型接触板(9)上与所述滚珠(12)一一对应地设置有多个滚珠限位槽(9a)，每个滚珠(12)对应设置在一个滚珠限位槽(9a)内，所述尺寸调节板(4)之间设置有1‑3个千斤顶(14)，且该千斤顶(14)的活塞杆朝下，在所述活塞杆的下端设置有载荷传感器(15)，该千斤顶(14)的上端通过第三螺栓与上梁(1c)连接，在上梁(1c)上设置有多个供第三螺栓选择的调节加载螺栓孔(1e)。...

【技术特征摘要】
1.一种二维岩土力学模型试验装置，其特征在于：包括矩形框状的架体(1)，该架体(1)内并排、竖直设置有两个尺寸调节板(4)，所述尺寸调节板(4)的上端通过第一螺栓与架体(1)的上梁(1c)连接，架体(1)的上梁(1c)上设有至少一排供第一螺栓选择的第一安装孔(1d)，尺寸调节板(4)的下端通过第二螺栓与架体(1)的下梁(1a)连接，架体(1)的下梁(1a)上设有至少一排供第二螺栓选择的第二安装孔(1f)，所述尺寸调节板(4)的内壁下部固定设置有一个调节板垫板(6)，该调节板垫板(6)的内壁上固定设置有调节板底挡板(7)，在所述调节板底挡板(7)上设置有一个连续弯折的挡板固定杆(8)，该挡板固定杆(8)的两端固定连接在所述尺寸调节板(4)的内壁上，且中部与所述调节板底挡板(7)内侧表面相压迫抵触，所述尺寸调节板(4)内壁的中上部竖直设置有滑槽(4a)，且与该滑槽(4a)相对地，在所述尺寸调节板(4)的内侧竖直设置有一块固定模型接触板(9)，该固定模型接触板(9)通过多个滚珠(12)与所述尺寸调节板(4)上的滑槽(4a)滑动接触，所述固定模型接触板(9)上与所述滚珠(12)一一对应地设置有多个滚珠限位槽(9a)，每个滚珠(12)对应设置在一个滚珠限位槽(9a)内，所述尺寸调节板(4)之间设置有1-3个千斤顶(14)，且该千斤顶(14)的活塞杆朝下，在所述活塞杆的下端设置有载荷传感器(15)，该千斤顶(14)的上端通过第三螺栓与上梁(1c)连接，在上梁(1c)上设置有多个供第三螺栓选择的调节加载螺栓孔(1e)。2.如权利要求1所述的二维岩土力学模型试验装置，其特征在于：所述架体(1)由下梁(1a)、两个立柱(1b)和一个上梁(1c)通过螺栓相互连接而成，所述下梁(1a)、立柱(1b)和上梁(1c)均为H型钢。3.如权利要求2所述的二维岩土力学模型试验装置，其特征在于：在所述立柱(1b)设置有一列第三安装孔(1g)。4.如权利要求2所述的二维岩土力学模型试验装置，其特征在于：所述下梁(1a)左右两端的前后两侧各设置有一个支脚(11)。5.如权利要求2所述的二维岩土力学模型试验装置，其特征在于：多个所述调节加载螺栓孔(1e)等间距地设置在所述上梁(1c)中间的横板上。6.如权利要求1所述的二维岩土力学模型试验...

【专利技术属性】
技术研发人员：李正川，刘贵应，周彬，陈渝江，王万值，石志龙，刘勇，谢晓琳，刘强，王庆乐，吴胜，杨小刚，
申请(专利权)人：中铁二院重庆勘察技术研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50