一种岩溶土洞发育条件下输电杆塔基础失稳的试验装置，包括保护箱及其内部设置的试验模型，试验模型包括输电杆塔基础、土体与位移传感器，土体的上部设置有输电杆塔基础，输电杆塔基础的底部中心设置有位移传感器，位移传感器通过导线与计算机连接，土体的内部含有岩溶土洞，岩溶土洞位于输电杆塔基础的正下方，保护箱的外侧壁上设置有刻度线，保护箱外侧壁的下部开设有通水口，通水口与注水及抽水设备连通。本设计不仅对开展岩溶土洞发育条件下输电杆塔基础的稳定性研究以及两者相互作用的机理有着重要的意义，对于在岩溶土洞发育区架设及运营输电杆塔有着一定的指导意义，而且试验难度小、试验成本低、试验准确度高、试验效率高。高。高。
【技术实现步骤摘要】
岩溶土洞发育条件下输电杆塔基础失稳的试验装置及方法
[0001]本专利技术涉及岩土力学与工程地质领域，尤其涉及一种岩溶土洞发育条件下输电杆塔基础失稳的试验装置及方法。
技术介绍
[0002]随着电力建设的高速发展和全国联网工程建设的逐步实施，且为了减小杆塔对人类居住环境的影响，大量杆塔将建设在山区等人迹稀少的区域。大多数山区存在着大量的碳酸盐岩夹层地质区域，岩溶土洞分布广泛，且持续发育。由于土洞发育导致杆塔失稳的后果非常巨大，可能会导致人员伤亡和财产损失，因此考虑岩溶土洞发育对输电杆塔基础稳定性的影响对于其正常服役至关重要。
[0003]但目前针对输电杆塔基础失稳的案例分析中，大多数研究者针对的是岩溶土洞的影响，而对输电杆塔基础和岩溶土洞之间的相互作用研究很少，对岩溶土洞发育条件下杆塔基础稳定性研究几乎为空白。因此，将输电杆塔基础与岩溶土洞发育有机结合起来对输电杆塔的稳定性研究意义重大。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是克服现有技术中存在的岩溶土洞发育与输电杆塔基础稳定性相互作用机理不清楚的缺陷与问题，提供一种岩溶土洞发育条件下输电杆塔基础失稳的试验装置及方法。
[0005]为实现以上目的，本专利技术的技术解决方案是：一种岩溶土洞发育条件下输电杆塔基础失稳的试验装置，包括保护箱及其内部设置的试验模型，所述试验模型包括输电杆塔基础、土体与位移传感器，所述土体的上部设置有输电杆塔基础，所述输电杆塔基础的底部中心设置有位移传感器，所述位移传感器通过导线与计算机连接，所述土体的内部含有岩溶土洞，所述岩溶土洞位于输电杆塔基础的正下方，所述保护箱的外侧壁上设置有刻度线，所述保护箱外侧壁的下部开设有通水口，所述通水口与注水及抽水设备连通。
[0006]所述保护箱的制造材料为钢化玻璃，保护箱的厚度为10～20cm。
[0007]所述保护箱为长方体结构，保护箱的上端开口，所述土体为长方体结构，土体位于保护箱的中间部位，土体的外侧壁与保护箱的内侧壁之间的距离为0.08～0.12m。
[0008]所述注水及抽水设备包括储水箱、水泵与输水管，所述水泵位于储水箱内，所述输水管的一端穿过储水箱与水泵连通，输水管的另一端与通水口连通，所述输水管上设置有阀门。
[0009]所述输电杆塔基础包括两个受拉杆塔基础与两个受压杆塔基础，受拉杆塔基础、受压杆塔基础的底部中心均设置有位移传感器，所述岩溶土洞位于一个受压杆塔基础的正下方。
[0010]一种岩溶土洞发育条件下输电杆塔基础失稳的试验方法，该试验方法应用于上述所述的试验装置，所述试验方法包括以下步骤：
S1、先根据实际工程地质确定试验模型几何相似比，再依据试验模型几何相似比以及量纲分析法确定土体的物理力学参数、荷载作用时间、输电杆塔基础作用荷载的相似比，然后依据试验模型尺寸制作保护箱；S2、先确定现场土体的物理力学参数，再依据土体的物理力学参数的相似比确定土体的物理力学参数，并根据土体的物理力学参数确定土体的制作材料及其配合比，然后依据试验模型几何相似比，用制作材料建立内部含有岩溶土洞的土体，并将土体放置于保护箱的中间部位；S3、先确定输电杆塔基础运营期的作用荷载，再依据输电杆塔基础作用荷载的相似比确定输电杆塔基础的作用荷载，然后将输电杆塔基础按试验模型几何相似比建立在指定位置，且在输电杆塔基础的底部中心安装位移传感器，最后对输电杆塔基础施加作用荷载；S4、先确定试验模型的初始地下水位线，再将注水及抽水设备与保护箱连通，然后通过注水及抽水设备将水注入保护箱内，当保护箱内的水位上升至初始地下水位线时停止注水；S5、先根据岩溶土洞的初始位置，通过注水及抽水设备将保护箱内的水抽出，以使水位线到达岩溶土洞下方最低点，维持T1时间，再通过注水及抽水设备将水注入保护箱内，以使水位线到达岩溶土洞上方最高点，维持T2时间，然后按上述方法循环抽水及注水，以不断改变保护箱内的水位线位置，同时，通过位移传感器监测输电杆塔基础的位移变化，记录位移数据并存入计算机内，之后，根据位移数据的变化，分析岩溶土洞发育对输电杆塔基础稳定性的影响，当输电杆塔基础位移超过国家标准的最大安全值时，结束试验，记录抽水及注水循环次数N。
[0011]步骤S1中，所述土体的物理力学参数的相似比包括：弹性模量相似比为1:1、泊松比相似比为1:1、粘聚力相似比为150:1、内摩擦角相似比为1:1、密度相似比为1:1。
[0012]步骤S2中，通过三轴试验获取现场土体的弹性模量、泊松比、粘聚力和内摩擦角，通过环刀法获取现场土体的密度。
[0013]步骤S2中，所述制作材料包括水、细砂与二类土，水、细砂、二类土的重量份比为1:1.4:3。
[0014]步骤S5中，所述时间T1为12～24h，所述时间T2为12～24h。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1、本专利技术一种岩溶土洞发育条件下输电杆塔基础失稳的试验装置及方法中，使用等比例缩小的含岩溶土洞的试验模型进行研究分析，大大减少了试验难度，节省了开支；通过改变水位位置达到岩溶土洞持续发育的目的，满足现场岩溶土洞发育的原理，较大程度的还原了实际工况；通过循环往复改变水位位置，加快了岩溶土洞发育速度，相对于室外监测，室内模型试验大大缩短了试验所需时间。因此，本专利技术不仅对开展岩溶土洞发育条件下输电杆塔基础的稳定性研究以及两者相互作用的机理有着重要的意义，对于在岩溶土洞发育区架设及运营输电杆塔有着一定的指导意义，而且试验难度小、试验成本低、试验准确度高、试验效率高。
[0016]2、本专利技术一种岩溶土洞发育条件下输电杆塔基础失稳的试验装置及方法中，保护箱的制造材料为钢化玻璃，保护箱的厚度为10～20cm，上述设计不仅便于观察试验现象以
及水位位置变化，而且防止水压过大破坏保护箱，为试验提供了足够的强度保障；保护箱的上端开口，便于放置试验模型；土体位于保护箱的中间部位，土体的外侧壁与保护箱的内侧壁之间的距离为0.08～0.12m，使得试验模型的工作状态更加稳定。因此，本专利技术使用方便、可靠性高、稳定性好。
[0017]3、本专利技术一种岩溶土洞发育条件下输电杆塔基础失稳的试验装置及方法中，注水及抽水设备包括储水箱、水泵与输水管，水泵位于储水箱内，输水管的一端穿过储水箱与水泵连通，输水管的另一端与通水口连通，输水管上设置有阀门，上述结构的注水及抽水设备，不仅使得装置的自动化程度高，而且使得水位的控制准确度高；输电杆塔基础包括两个受拉杆塔基础与两个受压杆塔基础，受拉杆塔基础、受压杆塔基础的底部中心均设置有位移传感器，岩溶土洞位于一个受压杆塔基础的正下方，上述结构的输电杆塔基础，不仅使得试验结果准确度高，而且使得试验效率高。因此，本专利技术自动化程度高、控制准确度高、试验结果准确度高、试验效率高。
[0018]4、本专利技术一种岩溶土洞发育条件下输电杆塔基础失稳的试验装置及方法中，制作材料包括水、细砂与二类土，水、细砂、二类土的重量份比为1:1.4:3，上述制作材料及其配合比，使得试验模型的物理参数更加满足本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种岩溶土洞发育条件下输电杆塔基础失稳的试验装置，其特征在于，包括保护箱(1)及其内部设置的试验模型，所述试验模型包括输电杆塔基础、土体(2)与位移传感器(3)，所述土体(2)的上部设置有输电杆塔基础，所述输电杆塔基础的底部中心设置有位移传感器(3)，所述位移传感器(3)通过导线(4)与计算机(5)连接，所述土体(2)的内部含有岩溶土洞(6)，所述岩溶土洞(6)位于输电杆塔基础的正下方，所述保护箱(1)的外侧壁上设置有刻度线(101)，所述保护箱(1)外侧壁的下部开设有通水口(102)，所述通水口(102)与注水及抽水设备连通。2.根据权利要求1所述的一种岩溶土洞发育条件下输电杆塔基础失稳的试验装置，其特征在于：所述保护箱(1)的制造材料为钢化玻璃，保护箱(1)的厚度为10～20cm。3.根据权利要求1所述的一种岩溶土洞发育条件下输电杆塔基础失稳的试验装置，其特征在于：所述保护箱(1)为长方体结构，保护箱(1)的上端开口，所述土体(2)为长方体结构，土体(2)位于保护箱(1)的中间部位，土体(2)的外侧壁与保护箱(1)的内侧壁之间的距离为0.08～0.12m。4.根据权利要求1所述的一种岩溶土洞发育条件下输电杆塔基础失稳的试验装置，其特征在于：所述注水及抽水设备包括储水箱(7)、水泵(8)与输水管(9)，所述水泵(8)位于储水箱(7)内，所述输水管(9)的一端穿过储水箱(7)与水泵(8)连通，输水管(9)的另一端与通水口(102)连通，所述输水管(9)上设置有阀门(10)。5.根据权利要求1所述的一种岩溶土洞发育条件下输电杆塔基础失稳的试验装置，其特征在于：所述输电杆塔基础包括两个受拉杆塔基础(11)与两个受压杆塔基础(12)，受拉杆塔基础(11)、受压杆塔基础(12)的底部中心均设置有位移传感器(3)，所述岩溶土洞(6)位于一个受压杆塔基础(12)的正下方。6.一种岩溶土洞发育条件下输电杆塔基础失稳的试验方法，其特征在于，该试验方法应用于权利要求1
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5中任意一项所述的试验装置，所述试验方法包括以下步骤：S1、先根据实际工程地质确定试验模型几何相似比，再依据试验模型几何相似比以及量纲分析法确定土体(2)的物理力学参数、荷载作用时间、输电杆塔基础作用荷载的相似比，然后依据试验模型尺寸制作保护箱(1)；S2、先确定现场土体的物理力学参数，再依据土体(2)的物理力学参数的...
【专利技术属性】
技术研发人员：周英博，陈航，柯方超，周蠡，周秋鹏，段志强，高晓晶，陈然，熊川羽，张哲，刘倩，杭晶，夏鹏，李智威，王巍，张雪霏，张赵阳，熊一，马莉，
申请(专利权)人：湖北华中输变电有限公司检测分公司，
类型：发明
国别省市：
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