一种土工离心模型中连续可调梯形或锥形不均匀沉降控制设备，其组成为：在模型箱底部设置有高度相等且长度均等于箱内长的左、右侧钢板平台和边缘钢板平台，左、右侧钢板平台的顶面向内延伸并形成倒角，两处延伸相隔一定距离以模拟不均匀沉降区域，且与模型箱底部之间形成一个空腔，在空腔内安装微型伺服升降电机，微型伺服升降电机的上方焊接移动支撑平台，其上方放置多个长度等于模型箱内长的钢板条，左侧钢板条组最左侧钢板条的左侧边和右侧钢板条组最右侧钢板条的右侧边均形成倒角，最左侧钢板条与左侧钢板平台、最右侧钢板条与右侧钢板平台以及每个钢板条组内相邻的钢板条都处在同一水平面上且之间均以小型合页无缝连接。
Continuous adjustable trapezoidal or conical non-uniform settlement control equipment in geotechnical centrifuge model
【技术实现步骤摘要】
土工离心模型中连续可调梯形或锥形不均匀沉降控制设备
本专利技术涉及模拟深层地基不均匀沉降的机械装置，特别涉及一种土工离心模型中连续可调梯形或锥形不均匀沉降控制设备。
技术介绍
煤炭、石油等化石燃料长时间高强度开采、隧道开挖、地下水过度抽取、断层结构、喀斯特石灰溶岩、地基回填土压实不足和垃圾场生物分解等易在岩土层深部或浅部形成大面积或局部的不均匀沉降区。在重力的主导作用下，这些差异变形区逐渐向上方岩土层传递，最终引起地裂缝、地表沉降和地面塌陷等地质灾害，而当地表为一定倾角的边坡时，变形破坏相对更加剧烈，常常表现为坡面台阶状沉陷、坡体崩塌和滑坡等现象，对附近建筑物的正常使用和居民生命安全构成严重威胁，给社会生产生活造成巨大损失。因此，研制地层深部模拟不均匀沉降的机械装置，探究差异变形向上方覆盖层的传递规律和引起的地表变形破坏机制，对于地下不均匀空区引起的地表灾害进行针对性控制与治理，具有重要的学术意义和工程应用价值。土工离心模型试验具有再现原型应力的优点，是土力学与岩土工程等相关领域研究中不可或缺的试验手段。在高速旋转的超重力场中模拟连续精细的不均匀沉降区域的开挖，难度较大，大量国内外学者对于离心机中不均匀沉降设备的研制进行了卓有成效的研究，但这些设备还值得进一步完善与改进。陈虎等研制的土工离心机试验模型弯沉式沉降控制设备(CN202275020U)两倾斜板中间对接位置、倾斜板与固定端搭接位置随着沉降位移的增加都会出现缝隙(缝隙宽度与沉降位移成正比，未给出最大竖直位移，不能计算其最大宽度值)；Stone[StoneKJL.Modellingofrupturedevelopmentinsoils[D].UniversityofCambridge,1988]、Viswanadhametal[ViswanadhamBVS,D.Centrifugemodelingofgeotextile-reinforcedslopessubjectedtodifferentialsettlements[J].GeotextilesandGeomembranes,2009,27(2):77-88；ViswanadhamBVS,RajeshS,BouazzaA.EffectofDifferentialSettlementsontheSealingEfficiencyofGCLscomparedtoCCLs:CentrifugeStudy[J].GeotechnicalEngineeringJournaloftheSEAGS&AGSSEA,2012,43(3):55-61；DivyaPV,ViswanadhamBVS,GourcJP.CentrifugeModelingandDigitalImageCross-CorrelationAnalysisofGeofiber-ReinforcedClay-BasedLandfillCovers[J].JournalofGeotechnicalandGeoenvironmentalEngineering,2016,143(1):04016076.]虽在倾斜板与固定端安装了定做的转轴来实现连续的沉降，但在离心模型中十几毫米厚的钢板间安装定制的转轴成本高，工序较复杂，也容易在钢板间边界形成大的缝隙，而且他们也没有解决水平底板与倾斜板的缝隙问题：Stone100g离心试验中最大缝隙宽度为7.08mm，对应原型708mm，Viswanadhametal40g试验中最大缝隙宽度5.26mm，对应原型210mm。对于小比例的离心模型试验上述数据是不能忽略的，出现缝隙的原因是倾斜板是由水平位置逐渐倾斜的，此过程中倾斜板水平投影变短，在没有补偿的情况下，倾斜板与水平板之间的缝隙越来越大，随着沉降位移的增加，土颗粒落入逐渐增大的缝隙中(即使放置土工布来遮挡，也有一部分落入)，这样增加不可控变形的额外因素，易对我们探究的变形破坏规律有较大影响。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，并结合土层下部工程开挖的特点：开挖范围相对小或者初始开挖阶段可能呈现锥形沉降槽(近似点开挖引起的变形)，开挖范围相对较大或开挖进行一段时间可能呈现梯形沉降槽(近似面开挖引起的变形)。本专利技术的目的在于提供一种土工离心模型中连续可调梯形或锥形不均匀沉降控制设备，这对于提升离心模型试验精度、合理探究复杂工况下土坡的变形破坏特性具有重要的意义。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种土工离心模型中连续可调梯形或锥形不均匀沉降控制设备，包括模型箱1，在模型箱1底部设置有高度相等且长度均等于模型箱1内长的左侧钢板平台3、右侧钢板平台4和边缘钢板平台5，其中，边缘钢板平台5位于左侧钢板平台3的左侧或者右侧钢板平台4的右侧，左侧钢板平台3的顶面向右延伸并在最右侧上宽下窄形成左侧钢板平台倒角31，右侧钢板平台4的顶面向左延伸并在最左侧上宽下窄形成右侧钢板平台倒角41，两处延伸相隔一定距离以模拟不均匀沉降范围，且与模型箱1底部之间形成一个空腔，在该空腔内安装有一个微型伺服升降电机6，微型伺服升降电机6采用梯形螺纹丝杆61为升降轴，梯形螺纹丝杆61的上方焊接一个钢板形成移动支撑平台62，在移动支撑平台62下方放置一个实时记录不同时刻位移的激光位移传感器10，在移动支撑平台62上方放置多个长度等于模型箱1内长的钢板条8，分为左侧钢板条组与右侧钢板条组，左侧钢板条组最左侧的钢板条8的左侧边和右侧钢板条组最右侧的钢板条8的右侧边均上宽下窄形成倒角，左侧钢板条组最左侧的钢板条8的倒角最上端与左侧钢板平台倒角31的最上端之间、右侧钢板条组最右侧的钢板条8的倒角最上端与右侧钢板平台倒角41的最上端之间以及每个钢板条组内相邻的钢板条8之间，均以小型合页7无缝连接，而在左右两组钢板条共同边界处的两钢板条8之间无缝接触，但不连接，并在其上方放置遮挡薄钢板条9，在模型箱1内位于左侧钢板平台3、右侧钢板平台4、边缘钢板平台5、钢板条8和遮挡薄钢板条9的上方布设土质边坡模型2。所述左侧钢板平台3、右侧钢板平台4和边缘钢板平台5均有两只钢板脚，边缘钢板平台5为“n”型结构，在左侧钢板平台3的顶面和右侧钢板平台4的顶面之间形成上窄下阔的用于放置钢板条8的空间，钢板条8的厚度等于左侧钢板平台3和右侧钢板平台4的顶面厚度。所述微型伺服升降电机6通过具有自锁功能的梯形螺纹丝杆61连接移动支撑平台62，所述移动支撑平台62是不均匀变形的其中一个约束，微型伺服升降电机6通过离心机滑环与控制室的PC机连接，通过PC机上的控制软件系统能实时精确调控电机的开始、暂停和升降速率。所述移动支撑平台62上表面与钢板条8下表面无缝紧密接触但不连接。所述左侧钢板条组最左侧的钢板条8的倒角最上端与左侧钢板平台倒角31的最上端之间以及右侧钢板条组最右侧的钢板条8的倒角最上端与右侧钢板平台倒角41的最上端之间在初始状态下均用小型合页7无缝连接。所述左侧钢板条组与右侧钢板条组之间无缝紧挨，并在紧挨区域上方设置有遮挡薄钢板条9。所述钢板条8有4个，左侧钢板条组本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种土工离心模型中连续可调梯形或锥形不均匀沉降控制设备，包括模型箱(1)，其特征在于，在模型箱(1)的底部设置有高度相等且长度均等于模型箱(1)内长的左侧钢板平台(3)、右侧钢板平台(4)和边缘钢板平台(5)，其中，边缘钢板平台(5)位于左侧钢板平台(3)的左侧或者右侧钢板平台(4)的右侧，左侧钢板平台(3)的顶面向右延伸并在最右侧上宽下窄形成左侧钢板平台倒角(31)，右侧钢板平台(4)的顶面向左延伸并在最左侧上宽下窄形成右侧钢板平台倒角(41)，两处延伸相隔一定距离以模拟不均匀沉降范围，且与模型箱(1)底部之间形成一个空腔，在该空腔内安装有一个微型伺服升降电机(6)，微型伺服升降电机(6)采用梯形螺纹丝杆(61)为升降轴，梯形螺纹丝杆(61)的上方焊接一个钢板形成移动支撑平台(62)，在移动支撑平台(62)下方放置一个实时记录不同时刻位移的激光位移传感器(10)，在移动支撑平台(62)上方放置多个长度等于模型箱(1)内长的钢板条(8)，分为左侧钢板条组与右侧钢板条组，初始阶段此钢板条(8)的上表面与左侧钢板平台(3)、右侧钢板平台(4)和边缘钢板平台(5)上表面都处于同一水平面，左侧钢板条组最左侧钢板条(8)的左侧边和右侧钢板条组最右侧钢板条(8)的右侧边均上宽下窄形成倒角，左侧钢板条组最左侧钢板条(8)的倒角最上端与左侧钢板平台倒角(31)的最上端之间、右侧钢板条组最右侧钢板条(8)的倒角最上端与右侧钢板平台倒角(41)的最上端之间以及每个钢板条组内相邻的钢板条(8)之间，均以小型合页(7)无缝连接，在左右两组钢板条共同边界处的两钢板条(8)之间无缝接触，但不连接，并在其上方放置遮挡薄钢板条(9)，在模型箱(1)内位于左侧钢板平台(3)、右侧钢板平台(4)、边缘钢板平台(5)、钢板条(8)和遮挡薄钢板条(9)的上方布设土质边坡模型(2)。/n...
【技术特征摘要】
1.一种土工离心模型中连续可调梯形或锥形不均匀沉降控制设备，包括模型箱(1)，其特征在于，在模型箱(1)的底部设置有高度相等且长度均等于模型箱(1)内长的左侧钢板平台(3)、右侧钢板平台(4)和边缘钢板平台(5)，其中，边缘钢板平台(5)位于左侧钢板平台(3)的左侧或者右侧钢板平台(4)的右侧，左侧钢板平台(3)的顶面向右延伸并在最右侧上宽下窄形成左侧钢板平台倒角(31)，右侧钢板平台(4)的顶面向左延伸并在最左侧上宽下窄形成右侧钢板平台倒角(41)，两处延伸相隔一定距离以模拟不均匀沉降范围，且与模型箱(1)底部之间形成一个空腔，在该空腔内安装有一个微型伺服升降电机(6)，微型伺服升降电机(6)采用梯形螺纹丝杆(61)为升降轴，梯形螺纹丝杆(61)的上方焊接一个钢板形成移动支撑平台(62)，在移动支撑平台(62)下方放置一个实时记录不同时刻位移的激光位移传感器(10)，在移动支撑平台(62)上方放置多个长度等于模型箱(1)内长的钢板条(8)，分为左侧钢板条组与右侧钢板条组，初始阶段此钢板条(8)的上表面与左侧钢板平台(3)、右侧钢板平台(4)和边缘钢板平台(5)上表面都处于同一水平面，左侧钢板条组最左侧钢板条(8)的左侧边和右侧钢板条组最右侧钢板条(8)的右侧边均上宽下窄形成倒角，左侧钢板条组最左侧钢板条(8)的倒角最上端与左侧钢板平台倒角(31)的最上端之间、右侧钢板条组最右侧钢板条(8)的倒角最上端与右侧钢板平台倒角(41)的最上端之间以及每个钢板条组内相邻的钢板条(8)之间，均以小型合页(7)无缝连接，在左右两组钢板条共同边界处的两钢板条(8)之间无缝接触，但不连接，并在其上方放置遮挡薄钢板条(9)，在模型箱(1)内位于左侧钢板平台(3)、右侧钢板平台(4)、边缘钢板平台(5)、钢板条(8)和遮挡薄钢板条(9)的上方布设土质边坡模型(2)。
2.根据权利要求1所述土工离心模型中连续可调梯形或锥形不均匀沉降控制设备，其特征在于，所述左侧钢板平台(3)、右侧钢板平台...
【专利技术属性】
技术研发人员：李世俊，张嘎，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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