本发明专利技术公开了一种模拟边坡坡顶强夯的室内模型试验装置及方法。该装置由夯击装置和土体特性测量装置两部分组成。夯击装置包括夯击支架立杆、夯击支架横梁、上导杆、下导杆、电磁铁、夯锤砝码、电机、控制箱等结构；土体特性测量装置包括模型箱、弯曲元传感器、激光位移传感器、三轴加速度传感器等结构。本发明专利技术可通过调整夯击装置的结构，自由调整强夯的落距与锤重，且通过电机和电磁铁完成夯锤的多次自动提拉和下落，原理简单，操作方便，可以同时测量强夯在边坡中产生的加速度和土体刚度，揭示边坡坡顶强夯机理。坡顶强夯机理。坡顶强夯机理。
【技术实现步骤摘要】
一种模拟边坡坡顶强夯的室内模型试验装置及方法
[0001]本专利技术属于岩土工程模拟试验领域，具体涉及一种模拟边坡强夯的室内模型试验装置及方法。
技术介绍
[0002]特高压变电站等级高、占地面积大，随着建设的不断推进，站址的选择日益变得困难。在响应国家节约土地的政策下，站址经常选取在一些地质情况较差的山区，需要在边坡坡顶进行地基处理，而强夯因为其施工机理简单、加固有效深度大、绿色环保等优点，被广泛运用于地基处理中。然而不同于一般的土体强夯，在边坡坡顶进行强夯，可能对边坡的稳定性产生一定影响，强夯对于边坡中地基土的夯实效果和影响范围值得进一步研究，室内模型试验是研究强夯对于边坡中地基土的夯实效果和影响范围的有效方法。
[0003]目前，国内外对于强夯的模型试验装置有一定研究，但是存在如下问题：(1)难以简易和自由调整强夯的落距和锤重，无法满足多组试验工况；(2)无法实现夯锤的自动提升或实现原理复杂，成本较高；(3)不能对强夯时的土体加速度特性和强夯后土体的刚度特性进行测试，无法全面揭示强夯机理；(4)通常只对平整场地进行强夯模拟，较少针对边坡的强夯特性进行模拟。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种模拟边坡坡顶强夯的室内模型试验装置及方法，本专利技术可通过调整夯击装置的结构，自由调整强夯的落距与锤重，且通过电机和电磁铁完成夯锤的多次自动提拉和下落，原理方便，操作简单，同时可以测量强夯产生的边坡加速度和土体刚度变化规律，揭示边坡坡顶强夯机理。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种模拟边坡坡顶强夯的室内模型试验装置，其特征在于，该装置包括夯击装置和土体特性测量装置，夯击装置完成对边坡土体的夯击作用模拟，土体特性测量装置完成边坡土体特性的测试与采集；
[0006]所述的夯击装置包括夯击支架立杆、夯击支架横梁、上导杆、下导杆、电磁铁、夯锤砝码、电机、控制箱和紧定螺栓，所述的夯击支架立杆固定在地面上，所述的夯击支架横梁与夯击支架立杆滑动连接，并通过紧定螺栓固定位置，所述的上导杆固定在夯击支架横梁下方，所述的下导杆插入上导杆内部滑动连接，所述的电机和控制箱固定在夯击支架横梁上方，所述的电磁铁和夯锤砝码内开圆孔，穿过上导杆和下导杆自由滑动，电磁铁上部通过细绳与电机的转轴连接；
[0007]所述的土体特性测量装置包括模型箱、弯曲元传感器、填充密封胶皮、填补块、激光位移传感器和三轴加速度传感器，所述的模型箱上开设预留孔，所述的填充密封胶皮覆盖于预留孔内侧，所述的弯曲元传感器通过挤压填充密封胶皮产生的摩擦力固定在部分预留孔内，所述的填补块通过挤压填充密封胶皮产生的摩擦力固定在剩余部分预留孔内，所述的三轴加速度传感器埋入边坡土体，所述激光位移传感器激光指向夯击落点，实现对夯
击落点沉降的测量。
[0008]进一步地，所述的电机通过旋转控制电磁铁高度，通电的电磁铁在靠近夯锤砝码时将夯锤砝码吸起，断电后电磁铁对夯锤砝码的吸力消失，夯锤砝码沿上导杆和下导杆自由落下，所述的控制箱通过控制电机的旋转和电磁铁的通断电实现夯锤砝码的提升和坠落夯击过程。
[0009]进一步地，所述的下导杆沿高度方向开有多个圆孔，上导杆下部开有一个圆孔，通过下导杆上不同圆孔与上导杆下部圆孔对齐，并采用长度与上导杆外径相同的插销对两个圆孔进行固定，实现导杆总长度变化，使得导杆不侵入边坡土体，不影响边坡土体的性质。
[0010]进一步地，所述的夯击支架横梁上开有方孔，夯击支架立杆穿过方孔，任意调整夯击支架横梁在夯击支架立杆上的固定高度，实现对夯锤砝码落距的控制。
[0011]进一步地，所述的弯曲元传感器根据测试需求，通过填充密封胶皮固定在不同部分的预留孔内，实现对土体不同部位的刚度测试需求。
[0012]进一步地，所述的填充密封胶皮起到隔振作用，实现弯曲元传感器发射端与对侧的弯曲元传感器接收端的振动不随模型箱的箱体传播而仅通过边坡土体传播。
[0013]进一步地，所述的填补块通过填充密封胶皮固定在无测试需求的预留孔内，以保证模型箱的完整性。
[0014]进一步地，所述的三轴加速度传感器沿边坡土体的坡面布置，实现对坡面加速度的测量。
[0015]进一步地，所述的激光位移传感器通过额外的支架固定在夯击落点的斜上方。
[0016]另一方面，本专利技术还提供了一种模拟边坡坡顶强夯的室内模型试验方法，实验前，在预留孔上根据试验需求安装弯曲元传感器和填补块，在模型箱内分层填土形成边坡土体，填土期间完成三轴加速度传感器的埋设，随后在夯击支架横梁上安装电磁铁和夯锤砝码，根据落距需求调整夯击支架横梁、上导杆和下导杆的位置，使下导杆下端靠近边坡土体的土面但不接触，夯击开始后，控制电磁铁断电，夯锤砝码沿上导杆和下导杆自由下落，在边坡土体上完成一次夯击，夯击同时得到夯击造成的加速度、夯沉量和土体刚度数据，若夯沉量未发生稳定，控制电磁铁通电并控制电机下放电磁铁，提升夯锤砝码，重复以上夯击操作直至夯沉量稳定。
[0017]本专利技术的有益效果是：
[0018](1)可提供自动地、多次地、精确地落锤夯击作用；
[0019](2)可快速地调整导杆和夯机支架横梁完成夯锤落距的改变，快速地调整夯锤砝码的重量完成夯锤锤重的改变，以适应不同的试验需求；
[0020](3)可快速地调整弯曲元传感器在模型箱侧壁的布置位置，以有限的传感器数量测试不同点位的夯击后土体小应变刚度变化特性。
附图说明
[0021]图1为本专利技术总体结构示意图；
[0022]图2为本专利技术的装置侧视图；
[0023]图3为本专利技术的装置正视图；
[0024]图4为本专利技术的夯击装置运行示意图；
[0025]图5为本专利技术的夯击装置可调节性示意图；
[0026]图6为本专利技术的试验方法流程图；
[0027]图中：1为模型箱；2为试验土体；3为夯击支架立杆；4为夯击支架横梁；5为上导杆；6为下导杆；7为电磁铁；8为夯锤砝码；9为电机；10为控制箱；11为弯曲元传感器；11
‑
1为弯曲元传感器发射端；11
‑
2为弯曲元传感器发射端；12为填充密封胶皮；13为填补块；14为激光位移传感器；15为三轴加速度传感器；16为紧定螺栓；17为预留孔。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。
[0029]如图1所示，本专利技术提供了一种模拟边坡坡顶强夯的室内模型试验装置，包括夯击装置和土体特性测量装置，夯击装置完成对边坡土体2的夯击作用模拟，土体特性测量装置完成边坡土体2特性的测试与采集。
[0030]夯击装置包括夯击支架立杆3、夯击支架横梁4、上导杆5、下导杆6、电磁铁7、夯锤砝码8、电机9、控制箱10和紧定螺栓16。
[0031]所述的夯击支架立杆3固定在地面上，所述的夯击支架横梁4通过紧定螺栓16与夯击支架立杆3滑动连接，并通过紧定本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种模拟边坡坡顶强夯的室内模型试验装置，其特征在于，该装置包括夯击装置和土体特性测量装置，夯击装置完成对边坡土体(2)的夯击作用模拟，土体特性测量装置完成边坡土体(2)特性的测试与采集；所述的夯击装置包括夯击支架立杆(3)、夯击支架横梁(4)、上导杆(5)、下导杆(6)、电磁铁(7)、夯锤砝码(8)、电机(9)、控制箱(10)和紧定螺栓(16)，所述的夯击支架立杆(3)固定在地面上，所述的夯击支架横梁(4)与夯击支架立杆(3)滑动连接，并通过紧定螺栓(16)固定位置，所述的上导杆(5)固定在夯击支架横梁(4)下方，所述的下导杆(6)插入上导杆(5)内部滑动连接，所述的电机(9)和控制箱(10)固定在夯击支架横梁(4)上方，所述的电磁铁(7)和夯锤砝码(8)内开圆孔，穿过上导杆(5)和下导杆(6)自由滑动，电磁铁(7)上部通过细绳与电机(9)的转轴连接；所述的土体特性测量装置包括模型箱(1)、弯曲元传感器(11)、填充密封胶皮(12)、填补块(13)、激光位移传感器(14)和三轴加速度传感器(15)，所述的模型箱(1)上开设预留孔(17)，所述的填充密封胶皮(12)覆盖于预留孔(17)内侧，所述的弯曲元传感器(11)通过挤压填充密封胶皮(12)产生的摩擦力固定在部分预留孔(17)内，所述的填补块(13)通过挤压填充密封胶皮(12)产生的摩擦力固定在剩余部分预留孔(17)内，所述的三轴加速度传感器(15)埋入边坡土体(2)，所述激光位移传感器(14)激光指向夯击落点，实现对夯击落点沉降的测量。2.根据权利要求1所述的一种模拟边坡坡顶强夯的室内模型试验装置，其特征在于，所述的电机(9)通过旋转控制电磁铁(7)高度，通电的电磁铁(7)在靠近夯锤砝码(8)时将夯锤砝码(8)吸起，断电后电磁铁(7)对夯锤砝码(8)的吸力消失，夯锤砝码(8)沿上导杆(5)和下导杆(6)自由落下，所述的控制箱(10)通过控制电机(9)的旋转和电磁铁(7)的通断电实现夯锤砝码(8)的提升和坠落夯击过程。3.根据权利要求1所述的一种模拟边坡坡顶强夯的室内模型试验装置，其特征在于，所述的下导杆(6)沿高度方向开有多个圆孔，上导杆(5)下部开有一个圆孔，通过下导杆(6)上不同圆孔与上导杆(5)下部圆孔对齐，并采用长度与上导杆外径相同的插销对两个圆孔进行固定，实现导杆总长度变化，使得导杆不侵入边坡土体(2)，不影响边坡土体(2)的性质。4.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐剑佩，陶耀东，刘提，谭勇锋，夏新华，蒋冲，崔鹏程，陈桓，方若进，陈奕扬，胡安峰，
申请(专利权)人：中国能源建设集团浙江省电力设计院有限公司浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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