用于土体多物理场和刚度状态实时监测的模型装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了用于土体多物理场和刚度状态实时监测的模型装置及方法，解决了现有技术中路基土相关数据准确度较低的问题，具有可有效获取土体剪切波速变化规律的有益效果，具体方案如下：用于土体多物理场和刚度状态实时监测的模型装置，包括支撑架，底端设置底座，顶端设置反力横梁和滑动横梁，滑动横梁设于反力横梁的下方，滑动横梁与承载板连接；荷载施加机构的固定端与反力横梁连接，活动端与滑动横梁连接；填样模型箱，设于支撑架内侧并通过底座进行支撑，填样模型箱内部填装路基土，承载板尺寸与填样模型箱内部尺寸相适配；取土器，能够与承载板可拆卸连接；激发探头设置第二弯曲元，激发探头能够与承载板可拆卸连接。激发探头能够与承载板可拆卸连接。激发探头能够与承载板可拆卸连接。

【技术实现步骤摘要】
用于土体多物理场和刚度状态实时监测的模型装置及方法


[0001]本专利技术涉及岩土工程领域，尤其是用于土体多物理场和刚度状态实时监测的模型装置及方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]路基是公路线路的重要组成部分，其作用是承受汽车移动荷载和上部结构荷载。公路路基压实状态检测主要为灌砂法测压实度，需要对公路路基进行开挖，过程复杂，效率较低。
[0004]土体的剪切波速与孔隙比、含水率、应力状态密切相关，因此，通过测试土体的剪切波速和物理状态可以反算其压实水平。当前弯曲元可以用于检测土体的剪切波速，通过室内标定的方法可实现对路基压实度的快速检测。但是，现有的装置剪切波速和能反映土体物理状态的检测装置是分开进行的，没有进行有机的统一，会影响到对路基土体状态的准确判断。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供用于土体多物理场和刚度状态实时监测的模型装置及方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0007]用于土体多物理场和刚度状态实时监测的模型装置，包括：
[0008]支撑架，底端设置底座，顶端设置反力横梁和滑动横梁，滑动横梁设于反力横梁的下方，滑动横梁与承载板连接；
[0009]荷载施加机构，荷载施加机构的固定端与反力横梁连接，活动端与滑动横梁连接；
[0010]填样模型箱，设于支撑架内侧并通过底座进行支撑，填样模型箱内部填装路基土，承载板尺寸与填样模型箱内部尺寸相适配，第一弯曲元通过填样模型箱支撑用于获取路基土物理场信息的传感器和至少一对能够发射、接收剪切波的第一弯曲元；
[0011]取土器，能够与承载板可拆卸连接，以在承载板的带动下贯入填样模型箱内的路基土中实现取土；
[0012]激发探头，宽度或外径小于或等于取土器的宽度或外径，激发探头设置第二弯曲元，激发探头能够与承载板可拆卸连接，以在承载板的带动下贯入填样模型箱内的路基土中，通过第二弯曲元发射剪切波。
[0013]上述的测试装置，取土器不仅能够取出填样模型箱内路基土以反映路基土的物理状态，而且取土器可在路基土中形成用于设置激发探头的开孔；通过激发探头中第二弯曲元可发射剪切波，填样模型箱安装的第一弯曲元能够接收剪切波，由此可获取土体剪切波速，在激发探头进入开孔的过程中，通过传感器可获取填样模型箱内路基土的物理信息，在
同一个装置内获取相关信息，不仅能够对土体的物理状态和压实效果进行准确判断，满足弯曲元检测压实状态准确性的要求，而且能够通过各数据获得土体剪切波速与土体物理信息的关系。
[0014]如上所述的用于土体多物理场和刚度状态实时监测的模型装置，所述传感器包括土壤湿度传感器和/或土压力传感器，从而可获得路基土的湿度状态和/或应力状态；
[0015]沿着所述填样模型箱的高度方向，为了避免传感器对第一弯曲元工作的影响，第一弯曲元与传感器依次间隔安装。
[0016]如上所述的用于土体多物理场和刚度状态实时监测的模型装置，为了对各层土体的物理状态均进行分析，所述传感器分层安装于所述填样模型箱；
[0017]所述第一弯曲元组成多排两列的弯曲元阵列，同一高度设置的传感器所在连线同另一高度设置的两第一弯曲元的连线在空间上相交。
[0018]如上所述的用于土体多物理场和刚度状态实时监测的模型装置，为了将第一弯曲元预埋于填样模型箱内，所述第一弯曲元封装于螺栓端部，螺栓通过螺母安装于填样模型箱，同时螺栓端部设置的第一弯曲元位于填样模型箱的内侧；同样各传感器一端固定于填样模型箱的侧壁，其测量端埋于路基土中。
[0019]如上所述的用于土体多物理场和刚度状态实时监测的模型装置，所述取土器能够与端部水平板或取土器连接杆可拆卸连接，取土器包括取土管，取土管内部和一端中空设置，取土管的中空端设为斜面，斜面端便于取土管在荷载施加机构的作用下进入路基土中；
[0020]端部水平板与所述承载板可拆卸连接；
[0021]所述取土器连接杆包括多根，且相邻两取土器连接杆能够实现可拆卸连接，使得取土器能够进入至填样模型箱的不同深度位置处。
[0022]如上所述的用于土体多物理场和刚度状态实时监测的模型装置，所述激发探头包括本体，本体的一端为斜面端，本体的另一端能够与端部水平板或探头连接杆可拆卸连接，本体的侧部安装有所述的第二弯曲元；
[0023]端部水平板与所述承载板可拆卸连接；
[0024]探头连接杆包括多根，且相邻两探头连接杆能够实现可拆卸连接。
[0025]如上所述的用于土体多物理场和刚度状态实时监测的模型装置，所述本体在所述第二弯曲元的两侧分别固定有切土保护片，第二弯曲元两侧的切土保护片相对设置，且切土保护片与第二弯曲元之间间隔设定距离设置，通过切土保护片的设置，便于激发探头切入土体或从土体中取出。
[0026]如上所述的用于土体多物理场和刚度状态实时监测的模型装置，所述滑动横梁通过传力杆与所述承载板连接，滑动横梁与传力杆之间安装有测力部件；
[0027]所述填样模型箱顶端安装有用于测量所述承载板位移的位移传感器。
[0028]如上所述的用于土体多物理场和刚度状态实时监测的模型装置，所述支撑架底座的两侧分别安装有垂向支撑，通过垂向支撑固连所述的反力横梁，垂向支撑内侧设置可供滑动横梁移动的侧限滑道，反力横梁和滑动横梁在所述荷载施加机构的周侧固定有弹性件；
[0029]两侧的垂向支撑之间还连接有限位横梁，限位横梁可限制承载板的最高位置，所述承载板位于所述限位横梁的下方。
[0030]第二方面，本专利技术还提供了用于土体多物理场和刚度状态实时监测的模型装置的使用方法，其特征在于，包括如下内容：
[0031]将路基土分层填入填样模型箱中，在路基土填装过程中，将用于测定路基土物理场信息的传感器埋置在设定位置；
[0032]通过荷载施加机构向路基土表面施加荷载；
[0033]通过传感器获取路基土的物理场信息；
[0034]将填样模型箱一侧的弯曲元作为激发段，另一端作为接收端，可实现在不同应力状态和/或湿度状态和/或压实状态下土体的剪切波速；
[0035]和/或，为了进一步模拟现场弯曲元贯入路基填土的实际状况，需要对填土预成孔后进行波速测试：
[0036]将取土器与承载板连接；
[0037]荷载施加机构向滑动横梁施加荷载，进而带动取土器贯入填样模型箱中路基土内，通过取土器取土，荷载施加机构反向移动，带动取土器取出土样；
[0038]拆除取土器，此时在路基土中形成开孔；
[0039]将承载板与激发探头连接，荷载施加机构向滑动横梁施加荷载，进而带动激发探头进入开孔中，激发探头侧部的第二弯曲元发射剪切波，由填样模型箱处的第一弯曲元接收剪切波，进而获得土体剪切波速，并获得路基土的压实状态；同时，在激发探头进入路基土本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于土体多物理场和刚度状态实时监测的模型装置，其特征在于，包括：支撑架，底端设置底座，顶端设置反力横梁和滑动横梁，滑动横梁设于反力横梁的下方，滑动横梁与承载板连接；荷载施加机构，荷载施加机构的固定端与反力横梁连接，活动端与滑动横梁连接；填样模型箱，设于支撑架内侧并通过底座进行支撑，填样模型箱内部填装路基土，承载板尺寸与填样模型箱内部尺寸相适配，通过填样模型箱支撑用于获取路基土物理场信息的传感器和至少一对能够发射、接收剪切波的第一弯曲元；取土器，能够与承载板可拆卸连接，以在承载板的带动下贯入填样模型箱内的路基土中实现取土；激发探头，宽度或外径小于或等于取土器的宽度或外径，激发探头设置第二弯曲元，激发探头能够与承载板可拆卸连接，以在承载板的带动下贯入填样模型箱内的路基土中，通过第二弯曲元发射剪切波。2.根据权利要求1所述的用于土体多物理场和刚度状态实时监测的模型装置，其特征在于，所述传感器包括土壤湿度传感器和/或土压力传感器；沿着所述填样模型箱的高度方向，第一弯曲元与传感器依次间隔安装。3.根据权利要求1所述的用于土体多物理场和刚度状态实时监测的模型装置，其特征在于，所述传感器分层安装于所述填样模型箱。4.根据权利要求1所述的用于土体多物理场和刚度状态实时监测的模型装置，其特征在于，所述第一弯曲元封装于螺栓端部，螺栓通过螺母安装于填样模型箱，螺栓端部设置的第一弯曲元位于填样模型箱的内侧。5.根据权利要求1所述的用于土体多物理场和刚度状态实时监测的模型装置，其特征在于，所述取土器能够与端部水平板或取土器连接杆可拆卸连接，取土器包括取土管，取土管内部和一端中空设置，取土管的中空端设为斜面；端部水平板与所述承载板可拆卸连接；所述取土器连接杆包括多根，且相邻两取土器连接杆能够实现可拆卸连接。6.根据权利要求1所述的用于土体多物理场和刚度状态实时监测的模型装置，其特征在于，所述激发探头包括本体，本体的一端为斜面端，本体的另一端能够与端部水平板或探头连接杆可拆卸连接，本体的侧部安装有所述的第二弯曲元；端部水平板与所述承...

【专利技术属性】
技术研发人员：王术剑，蒋红光，张焕涛，姚凯，封春光，李宜欣，许成虎，姚占勇，张磊磊，王育杰，梁明，张吉哲，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：