一种可视化三向加载拉拔试验箱制造技术

本实用新型专利技术公开了一种可视化三向加载拉拔试验箱，包括底板、填料箱、竖向加载部、横向加载部、拉拔装置和位移量测装置，填料箱正面设有透明亚克力板；竖向加载部为固定在填料箱上方的一拖四同步液压千斤顶；横向加载部为安装在填料箱左侧和后侧的气压加载装置；拉拔装置进行拉拔实验；位移测量装置安装在拉拔装置上方。可视化拉拔试验利用透明亚克力板实现试验过程的可视化观测，可通过图像测速PIV技术记录试验中土颗粒的运动轨迹和锚土相互作用过程，揭示锚固机理，全尺寸试验结果可对可视化试验结果进行对比和校核；通过三向加载(两侧气压加载、上部千斤顶加载)模拟锚固段的真实三向受力状态；通过注排水系统，可模拟饱和土体或渗流环境。

A Visual Three-Directional Loading and Drawing Test Box

【技术实现步骤摘要】
一种可视化三向加载拉拔试验箱
本技术涉及土工模型试验装置
，具体为一种可视化三向加载拉拔试验箱。
技术介绍
锚杆(索)支护技术在土木工程，尤其是在基坑工程，隧道、边坡支护工程中广泛应用。室内常采用拉拔箱试验对不同截面形式、尺寸的锚固结构在不同土体、不同入土深度的情况进行试验研究，以探究锚杆(索)的抗拔力以及其锚固效果。传统的拉拔试验箱存在着诸多的缺陷，传统的拉拔试验箱不能开展可视化试验，不能获得在拉拔过程中锚固段土颗粒的运动轨迹，亦不能探究拉拔过程中机械锚头(如伞形锚)或锚固段周边土体的变形破坏特征与破坏模式，从而无法有效的揭示锚土相互作用机理，这一问题对于锚固设计极为关键。其二，边坡、隧道工程中采用的锚杆(索)其锚固段径向方向受力往往成为最大主应力方向，轴向方向受力常成为最小主应力方向，是典型的三向受力状态。传统的拉拔试验箱一般只能采取顶部加压的方式，不能对三向受力状态进行有效的模拟。另外，传统的拉拔箱多不能开展饱和土体及渗流工况下的拉拔试验，适用范围有限。
技术实现思路
针对上述存在问题，本技术的目的在于提供一种可视化三向加载的拉拔试验箱，不同于传统的拉拔试验箱，该试验箱可以实现锚杆(索)拉拔过程中土体变形与破坏的可视化，可以模拟锚固段地层的真实三向应力状态、饱和土体及渗流环境。通过以上改进，使得该拉拔试验箱适用于获取对不同应力状态与渗流环境下锚杆(索)变形模式、破坏模式与机理以及极限承载力的研究。尤其适合于机械锚杆，如伞形锚锚头切入土体到拉拔破坏全过程土体变形破坏全过程可视化模拟。为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：一种可视化三向加载拉拔试验箱,包括底板、填料箱、竖向加载部、横向加载部、拉拔装置、位移量测装置，填料箱，正面设有透明亚克力板，所述填料箱固定在底板与外框架之间，所述外框架包括固定在填料箱侧板两侧的立柱以及固定在立柱之间的横向横梁；竖向加载部，包含固定在填料箱的上方的横向横梁上的一拖四同步液压千斤顶；横向加载部，包含安装在填料箱左侧和右侧的气压加载装置；拉拔装置，包含锚杆拉拔仪、拉杆、反力板，纵向横梁垂直固定在所述横向横梁上方，所述锚杆拉拔仪安装在反力板中段上作为一个整体可拆卸安装在纵向横梁上；位移量测装置安装在所述拉拔装置上方；优选的，所述可视化三向加载拉拔试验箱还包括注排水系统，包括设在填料箱盖板的中间注水拉拔双用孔，在填料箱的左面设有排水阀门，同时外接流量计，整个填料箱做防水处理。优选的，所述底板上设有凹槽，透明亚克力板固定在凹槽中，透明亚克力板表面位于左右侧板之间等距设有若干固定横向钢条穿过填料箱对透明亚克力板进行固定，顶部和底部固定工字钢，相邻的横向钢条之间间隔固定竖向钢条。优选的,所述的气压加载装置包括长800mm，宽200mm，高1200mm的方形气囊，所述方形气囊由四个长200mm，宽200mm，高1200mm的腔组成，四个腔的中部相通，气囊配有气压表，上方气囊盖板开孔接充气泵。优选的，所述位移量测装置包括千分表、活动支架和竖向支杆，所述竖向支杆固定在反力板上，活动支架可通过螺栓固定在竖向支杆上，可在支杆上上下移动，活动支架配有夹具，夹具夹紧千分表，竖向支杆和锚杆拉拔仪均安装在锚杆拉拔仪反力板上作为一个整体可拆卸，可在竖向横梁的前端和中间进行安装。优选的，所述填料箱背面的后侧钢板为两块钢板咬合拼接安装。优选的，所述的填料箱盖板中间和前端分别设有注水拉拔双用孔和拉拔专用孔，可实现全尺寸和可视化试验的对比。优选的，所述填料箱尺寸为：长1000mm,宽800mm,高1200mm，内部填料区尺寸为：长800mm,宽800mm,高1200mm。优选的，所述注水拉拔双用孔半径为50mm，拉拔专用孔的半径为30mm。与现有技术相比，本技术的有益效果在于：1、本技术机构简单，所使用的零件主要是钢材、螺栓、透明亚克力板等，造价便宜。2、本技术可进行可视化拉拔(根据对称性取锚固结构一半)试验和全尺寸拉拔试验。可视化拉拔试验利用前方透明亚克力板实现试验过程的可视化观测，可通过图像测速PIV技术记录试验中土颗粒的运动轨迹和锚土相互作用过程，揭示锚固机理。全尺寸试验结果可对可视化试验结果进行对比和校核。3、本技术通过三向加载(两侧气压加载、上部千斤顶加载)，可模拟锚固段的真实三向受力状态。4、本技术通过注排水系统，可模拟锚固体所处的饱和土体与渗流环境。附图说明图1是本技术构整体结构示意图；图2是本技术填料箱透视图；图3是本技术竖向钢条的局部放大图；图4是本技术填料箱后方挡板的结构图；图5是本技术气压加载装置结构图；图6是本技术用于实验的伞形锚结构示意图；其中:1-填料箱、2-透明亚克力板、3-底板、4-立柱、5-横向横梁、6-纵向横梁、7-一拖四同步液压千斤顶、8-方形气囊、9-气压表、10-气囊盖板、11-锚杆拉拔仪、12-拉杆、13-反力板、14-注水拉拔双用孔、15-拉拔专用孔、16-排水阀门、17-流量计、18-横向钢条、19-支撑横杆、20-竖向钢条、21-千分表、22-活动支架、23-竖向支杆、24-填料箱后侧钢板、25-伞形锚锚头、26-伞形锚锚爪、27-伞形锚连杆、28-填料箱盖板、29-伞形锚。具体实施方式本技术提供一种可视化三向加载拉拔试验箱，该试验箱可以实现锚杆(索)拉拔过程中土体变形与破坏的可视化，可以模拟锚固段地层的真实三向应力状态、饱和土体及渗流环境。本技术实施例所提供的技术方案为解决上述技术问题，其总体思路如下：一种可视化三向加载拉拔试验箱，包括底板、填料箱、竖向加载部、横向加载部、拉拔装置、位移量测装置，填料箱，正面设有透明亚克力板，上方设有填料箱盖板，所述填料箱盖板前端设有拉拔孔，所述填料箱固定在底板与外框架之间，所述外框架包括固定在填料箱侧板两侧的立柱以及固定在立柱之间的横向横梁；竖向加载部，包含固定在填料箱的上方的横向横梁上的一拖四同步液压千斤顶；横向加载部，包含安装在填料箱左侧和后侧的气压加载装置；拉拔装置，包含锚杆拉拔仪、拉杆、反力板，纵向横梁垂直固定在所述横向横梁上方，所述锚杆拉拔仪安装在反力板中段上作为一个整体安装在纵向横梁上；位移量测装置安装在所述拉拔装置上方。本技术进行可视化拉拔(根据对称性取锚固结构一半)试验。可视化拉拔试验利用前方透明亚克力板实现试验过程的可视化观测，可通过图像测速PIV技术记录试验中土颗粒的运动轨迹和锚土相互作用过程，揭示锚固机理。通过三向加载(两侧气压加载、上部千斤顶加载)，可模拟锚固段的真实三向受力状态。为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。实施例1：本实施例提供一种可视化三向加载拉拔试验箱，包括底板、填料箱、竖向加载部、横向加载部、拉拔装置、位移量测装置；其中，填料箱正面安装透明亚克力板，上方设有填料箱盖板，所述填料箱盖板前端设有拉拔专用孔，所述填料箱固定在底板与外框架之间，所述外框架包括固定在填料箱侧板两侧的立柱以及固定在立柱之间的横向横梁；竖向加载部包含固定在填料箱的上方的横向横梁上的一拖四同步液压千斤顶，一拖四同步液压千斤顶保证每个千斤顶施加的压力相同，四个千斤顶在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可视化三向加载拉拔试验箱，其特征在于：包括底板、填料箱、竖向加载部、横向加载部、拉拔装置、位移量测装置，填料箱，正面设有透明亚克力板，上方设有填料箱盖板，所述填料箱盖板前端设有拉拔专用孔，所述填料箱固定在底板与外框架之间，所述外框架包括固定在填料箱侧板两侧的立柱以及固定在立柱之间的横向横梁；竖向加载部，包含固定在填料箱的上方的横向横梁上的一拖四同步液压千斤顶；横向加载部，包含安装在填料箱左侧和后侧的气压加载装置；拉拔装置，包含锚杆拉拔仪、拉杆、反力板，纵向横梁垂直固定在所述横向横梁上方，所述锚杆拉拔仪安装在反力板中段上作为一个整体安装在纵向横梁上；位移量测装置安装在所述拉拔装置上方。

【技术特征摘要】
1.一种可视化三向加载拉拔试验箱，其特征在于：包括底板、填料箱、竖向加载部、横向加载部、拉拔装置、位移量测装置，填料箱，正面设有透明亚克力板，上方设有填料箱盖板，所述填料箱盖板前端设有拉拔专用孔，所述填料箱固定在底板与外框架之间，所述外框架包括固定在填料箱侧板两侧的立柱以及固定在立柱之间的横向横梁；竖向加载部，包含固定在填料箱的上方的横向横梁上的一拖四同步液压千斤顶；横向加载部，包含安装在填料箱左侧和后侧的气压加载装置；拉拔装置，包含锚杆拉拔仪、拉杆、反力板，纵向横梁垂直固定在所述横向横梁上方，所述锚杆拉拔仪安装在反力板中段上作为一个整体安装在纵向横梁上；位移量测装置安装在所述拉拔装置上方。2.根据权利要求1所述的一种可视化三向加载拉拔试验箱，其特征在于：还包括注排水系统，所述注排水系统包括设在填料箱盖板中间的注水拉拔双用孔，在填料箱的左面设有排水阀门，同时外接流量计，整个填料箱做防水处理。3.根据权利要求1或2所述的一种可视化三向加载拉拔试验箱，其特征在于：所述底板上设有凹槽，透明亚克力板固定在凹槽中，透明亚克力板表面位于左右侧板之间等距设有若干固定横向钢条穿过填料箱对透明亚克力板进行固定，顶部和底部固定工字钢，相邻的横向钢条之间间隔固定竖向钢条。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：芮瑞，何清，陈成，徐东升，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：新型
国别省市：湖北,42