一种二维相似土模型试验装置和试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种二维相似土模型试验装置和试验方法，包括二维相似土模型箱和相似土组成，二维相似土模型箱包外框架、固定挡板系统、相似土、模型箱承台、可活动挡板系统、千斤顶，T型板，双导梁，T型板限位槽，滑槽；多功能模型箱可以通过改变T形板的位置改变箱体的尺寸，并且在T形板的上部可以预制不同的构件模拟不同试验，填料相似土采用棒体椭圆截面增大抵抗矩使得相似土与真实土体更接近。通过不同材料配合比的调整可以模拟不同的土体重度；本发明专利技术可以广泛应用于二维离散元模拟试验。

A two-dimensional similar soil model test device and test method

The invention discloses a two-dimensional similar soil model test device and test method, including two-dimensional similar soil model box and similar soil composition, two-dimensional similar soil model box outer frame, fixed baffle system, similar soil, model box cushion cap, movable baffle system, Jack, T-shaped plate, double guide beam, T-shaped plate limit groove and sliding groove; multi-functional model box can be changed by changing the The position of the box changes the size of the box, and different components can be prefabricated on the top of the T-shaped plate to simulate different tests. By adjusting the mix proportion of different materials, different soil gravity can be simulated; the invention can be widely used in two-dimensional discrete element simulation test.

【技术实现步骤摘要】
一种二维相似土模型试验装置和试验方法
本专利技术一种二维相似土模型试验装置和试验方法，属于岩土工程

技术介绍
随着20世纪60年代随着土木工程的发展，一种新的技术体制渐渐形成，那就是岩土工程。岩土工程是为了解决岩石和土体的工程问题，典型的岩土工程问题包括地基与基础工程、边坡挡墙和地下工程等。随着工程技术的不断发展，岩土工程领域的研究也不断深入。由于实际工程体量庞大，工程环境复杂，施工中不确定因素较多这就大大加大了岩土工程研究的难度，为了解决这些问题，室内模型试验成为了岩土工程研究不可缺少的一部分。室内模型试验可以将实际工程的建筑对象进行成比例的缩小，将实际工程问题搬到实验室里，通过一些精密的室内试验仪器得到可靠的实验数据，从而指导实际工程。土工试验箱就是一种常用的模型试验装置。常规的土工试验箱为了试验的精确往往一个模型箱只能做一个模型试验；由于尺寸限制，在试验过程中出现问题很难调整，容易造成浪费，土是一种各项异性材料，采用土体做试验有它的必然性，但有时会给试验造成困难，在一些试验中某些无关性质和无关参数会影响试验的准确性。由此可见专利技术一种土的代替物十分必要；在一定程度上面可以灵活调整尺寸且具有一定可重复性的试验箱可以大大节约试验成本，同时降低了试验的难度。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种二维相似土模型试验装置和试验方法，该装置能够重复使用，灵活调整试验箱尺寸并且提供了一种相似土，可以在一定程度上面反映土体的二维性质，尤其适用于模拟路堤、挡墙、边坡、地基等。本专利技术通过以下技术方案实现：一种二维相似土模型试验装置，包括模型箱、设置于模型箱内的相似土；所述模型箱包括外框架、固定挡板、模型箱承台、活动挡板、位移控制系统，T型板，双导梁，T型板限位槽，滑槽；所述模型箱承台上设置有双导梁，所述双导梁相互平行设置，其中一导梁上表面设置有刻度，所述双导梁之间设置有滑槽，所述滑槽内滑动嵌设截面为T型的T型板；所述双导梁上表面设置有T型板限位槽，所述T型板限位槽内可拆卸设置有限位钢片；所述限位槽中可以插入限位钢片限制T形板的位置，限位槽宽度1-2mm。所述模型箱承台上设置有立方体形外框架，所述外框架上嵌设有一侧板和前后两板，所述侧板和前后两板均为固定挡板，所述外框架设置于双导梁上方；所述模型箱底部设置有活动底板，所述活动底板包括多块拼接的T型板，所述T型板上部设置有活动挡板，所述活动挡板平行于侧板，所述活动挡板与外侧设置有位置调节装置；所述的相似土由截面为椭圆形不同材质的棒体堆积而成，棒体的长度与模型箱宽度相同为20-40cm，一般优选为30cm，棒体的粗细包括三种以上尺寸，棒体的材质包括钢棒、橡胶棒、铝棒和塑料棒。所述位移控制系统为千斤顶或液压气缸，所述位置调节装置的数量为一个或多个。所述外框架构成的前后两平面上嵌装的固定挡板为透明挡板，所述透明挡板上设置有网格和刻度。所述钢棒、橡胶棒、铝棒和塑料棒调整不同材料棒体的比例可以实现对相似土弹性模量、摩擦角、孔隙率、重度等基本实验参数的控制所述棒体椭圆形截面的长轴长度为短轴长度的1.5-2.5倍，所述长轴长度为60-100mm。优选地，所述棒体的长度一般为30cm。所述活动挡板还可以被试验构件替代，设置于T型板上。所述试验构件包括预制挡土墙、桩基础。使用所述二维相似土模型试验装置进行模拟试验的方法为：采用不同材质、不同尺寸的棒体作为填料相似土填充在模型试验箱中，进行模拟实验；所述填料相似土中不同材质、不同尺寸的棒体的比例根据待模拟土体的参数进行调配，实现对相似土基本实验参数的控制；所述棒体的长度与模型试验箱宽度相同，棒体截面为椭圆形，棒体的粗细包括三种以上尺寸，棒体材质包括钢棒、橡胶棒、铝棒和塑料棒。所述模型试验箱中采用填料相似土进行填充的方法为模型试验箱进行分区分布填充固定配比的相似土。所述相似土基本实验参数包括但不限于相似土的弹性模量、摩擦角、孔隙率、重度。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：传统的模型箱功能单一往往只能进行一种试验，试验完成之后传统的试验箱很难重复利用或重复利用相对困难。本专利技术中的多功能模型箱可以通过改变T形板的位置改变箱体的尺寸，左侧固定的挡板相当于大型试验中的反力墙，与不同的试验设备结合使用可以实现不同试验工况；其次，在T形板的上部可以预制不同的构件模拟不同试验，例如在T形板上面可以预制挡土墙模型进行挡土墙试验，在T形板上面预制桩模型进行桩承式路堤试验；传统的相似土往往忽略了真实土体的基本性质，本专利技术与传统的相似土相比采用钢棒、铝棒、橡胶棒、塑料棒等不同材料的棒体，截面形式采用椭圆截面、圆截面等多种截面形式相比单纯的圆截面棒体增加了棒体与棒体之间相互转动的抵抗矩，单纯的圆截面钢棒组成的相似土的摩擦角在20-30度之间与真实土体相差较大，本专利技术的相似土摩擦角范围在20-45度之间可以更加接近真实土体，使得相似土模型试验更具有科学性和现实指导意义。附图说明图1为本专利技术二维相似土试验装置示意图；图2为二维相似土试验装置承台模型箱示意图；图3为T型板与活动挡板安装关系三视示意图；图4为T型板长度拼接组合示意图；图5为相似土填料不同尺寸的棒体截面示意图；图6桩承式加筋土路堤二维相似土试验装置示意图；图7加筋土挡墙二维相似土试验装置示意图。附图标记对应部件名称为：1-外框架，2-固定挡板系统，3-相似土，4-模型箱承台，5-可活动挡板系统，6-气压千斤顶，7-T型板，8-双导梁，9-T型梁限位槽，10-滑槽，11-桩基础，12-预制挡土墙，13-土工格栅。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步的详细说明，但是本专利技术的保护范围并不限于这些实施例，凡是不背离本专利技术构思的改变或等同替代均包括在本专利技术的保护范围之内。一种二维相似土模型试验装置，包括模型箱、设置于模型箱内的相似土；所述模型箱包括外框架1、固定挡板2、模型箱承台4、活动挡板5、位移控制系统6，T型板7，双导梁8，T型板限位槽9，滑槽10；所述模型箱承台4上设置有双导梁8，所述双导梁相互平行设置，其中一导梁上表面设置有刻度，所述双导梁之间设置有滑槽10，所述滑槽内滑动嵌设截面为T型的T型板7；所述双导梁上表面设置有T型板限位槽9，所述T型板限位槽9内可拆卸设置有限位钢片；所述模型箱承台4上设置有立方体形外框架1，所述外框架1上嵌设有一侧板和前后两板，所述侧板和前后两板均为固定挡板2，所述外框架1设置于双导梁8上方；所述模型箱底部设置有活动底板，所述活动底板包括多块拼接的T型板7，所述T型板7上部设置有活动挡板5，所述活动挡板5平行于侧板，所述活动挡板5与外侧设置有位置调节装置6；如图3所示，为T型板与活动挡板安装关系三视示意图，a为前视图，b为右视图，c为俯视图。如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二维相似土模型试验装置，其特征在于，包括模型箱、设置于模型箱内的相似土；/n所述模型箱包括外框架（1）、固定挡板（2）、模型箱承台（4）、活动挡板（5）、位移控制系统（6），T型板(7)，双导梁(8)，T型板限位槽（9），滑槽（10）；/n所述模型箱承台（4）上设置有双导梁（8），所述双导梁相互平行设置，其中一导梁上表面设置有刻度，所述双导梁之间设置有滑槽（10），所述滑槽内滑动嵌设截面为T型的T型板(7)，所述双导梁上表面设置有T型板限位槽（9），所述T型板限位槽（9）内可拆卸设置有限位钢片；/n所述模型箱承台（4）上设置有立方体形外框架（1），所述外框架（1）上嵌设有一侧板和前后两板，所述侧板和前后两板均为固定挡板（2），所述外框架（1）设置于双导梁（8）上方；/n所述模型箱底部设置有活动底板，所述活动底板包括多块拼接的T型板(7)，所述T型板(7)上部设置有活动挡板（5），所述活动挡板（5）平行于侧板，所述活动挡板（5）与外侧设置有位置调节装置（6）；/n所述相似土（3）由截面为椭圆形的不同材质的棒体堆积而成，棒体的长度与模型箱宽度相同，棒体的粗细包括三种以上尺寸，棒体的材质包括钢棒、橡胶棒、铝棒和塑料棒。/n...

【技术特征摘要】
1.一种二维相似土模型试验装置，其特征在于，包括模型箱、设置于模型箱内的相似土；
所述模型箱包括外框架（1）、固定挡板（2）、模型箱承台（4）、活动挡板（5）、位移控制系统（6），T型板(7)，双导梁(8)，T型板限位槽（9），滑槽（10）；
所述模型箱承台（4）上设置有双导梁（8），所述双导梁相互平行设置，其中一导梁上表面设置有刻度，所述双导梁之间设置有滑槽（10），所述滑槽内滑动嵌设截面为T型的T型板(7)，所述双导梁上表面设置有T型板限位槽（9），所述T型板限位槽（9）内可拆卸设置有限位钢片；
所述模型箱承台（4）上设置有立方体形外框架（1），所述外框架（1）上嵌设有一侧板和前后两板，所述侧板和前后两板均为固定挡板（2），所述外框架（1）设置于双导梁（8）上方；
所述模型箱底部设置有活动底板，所述活动底板包括多块拼接的T型板(7)，所述T型板(7)上部设置有活动挡板（5），所述活动挡板（5）平行于侧板，所述活动挡板（5）与外侧设置有位置调节装置（6）；
所述相似土（3）由截面为椭圆形的不同材质的棒体堆积而成，棒体的长度与模型箱宽度相同，棒体的粗细包括三种以上尺寸，棒体的材质包括钢棒、橡胶棒、铝棒和塑料棒。


2.根据权利要求1所述的一种二维相似土模型试验装置，其特征在于，所述位移控制系统（6）为千斤顶或液压气缸，所述位置调节装置（6）的数量为一个或多个。


3.根据权利要求1所述的一种二维相似土模型试验装置，其特征在于，所述外框架构成的前后两平面上嵌装的固定挡板为透明挡板，所述透明挡板上设置有...

【专利技术属性】
技术研发人员：董彦莉，范江涛，闫飞飞，张营敏，薛芳，郭鹏飞，李建达，高慧芳，韩云山，王元龙，张晓双，张兆鹏，赵致艺，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西;14