土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验装置及方法制造方法及图纸

一种土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验装置，包括模型箱

【技术实现步骤摘要】
土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验装置及方法


[0001]本专利技术涉及输电杆塔基础
，尤其涉及一种土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验装置及方法
。

技术介绍

[0002]为了实现更大范围的资源优化配置和现代化智能电网的建设，输电基础设施建设仍保持高速推进，因此输电杆塔将不可避免地架设在不良土层地区
。
由于不良土层地区地下土洞分布情况复杂，同时地基的强度
、
变形和稳定性相对较差，在土洞发育到一定程度时会引起地基不均匀沉降和土层塌陷，进而导致输电杆塔基础倾斜
、
变形
、
甚至倾覆，严重威胁输电线路体系的安全，已在不良土层地区建成的高压输电杆塔也会因土洞长期发育问题存在着潜在的安全隐患，因此研究土洞发育对输电杆塔基础稳定性的影响非常重要，关乎到输电系统的正常运营和人民生活的正常需求
。
[0003]目前，对于土洞发育条件下输电杆塔基础的稳定性研究较少，且现有研究技术存在一定缺陷，无法准确评估土洞发育对输电杆塔基础的影响程度
。
例如，专利
CN114215122A
公开了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，该专利存在一定的不足和缺陷，专利的试验步骤
S2
中用制作材料建立内部含有岩溶土洞的土体，但实际操作中在建立内部含有岩溶土洞的土体的过程中上部土体容易发生坍塌现象；此外该专利通过改变模型箱中水位位置达到岩溶土洞持续发育的目的，但实际操作中向模型箱内注入一定水后土体会发生松散解体现象，难以保证试验的正常进行，无法进行后续输电杆塔基础稳定性的研究，该试验实施存在一定的难度
。

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土洞发育试验稳定性较差
、
难度较高的缺陷与问题，提供一种试验稳定性较高
、
难度较低的土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验装置及方法
。
[0005]为实现以上目的，本专利技术的技术解决方案是：
[0006]一种土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验装置，包括模型箱
、
输电杆塔基础以及土洞发育装置，所述模型箱内填充有土体，所述输电杆塔基础竖直布置且底部插接于所述土体内，所述输电杆塔基础的底部的内侧设置有倾角传感器，所述模型箱的侧壁开设有入口，所述土洞发育装置设置于所述入口，所述土洞发育装置的输入端通过导线与计算机相连接，所述土洞发育装置的输出端位于所述土体内，用于在输电杆塔基础下侧的土体内生成土洞，所述倾角传感器与所述计算机相连接
。
[0007]所述土洞发育装置包括多个分离式弧形刀片
、
多个伸缩调节杆
、
转子马达
、
转轴
、
前进切削刀
、
定位传感器
、
钢丝螺纹管，所述钢丝螺纹管水平布置，所述钢丝螺纹管的一端位于所述入口内
、
另一端连接有所述转子马达，所述转轴的一端连接于所述转子马达的输出端，所述前进切削刀连接于所述转轴的另一端，多个所述伸缩调节杆的一端均连接于所
述转轴的外周面，多个所述分离式弧形刀片与多个所述伸缩调节杆的另一端一一对应连接，多个所述分离式弧形刀片合围形成环形结构，所述环形结构的中心线沿所述转轴的径向布置，所述钢丝螺纹管的内部设置有导线，所述导线的一端与所述计算机相连接，所述导线的另一端分别与转子马达
、
伸缩调节杆
、
定位传感器
、
前进切削刀相连接，所述钢丝螺纹管的外侧设置有清理装置；
[0008]所述清理装置，用于将土洞扩张过程中产生的碎土屑通过入口传输至模型箱的外侧
。
[0009]所述前进切削刀包括球铰
、
连杆
、
转盘
、
微电机，所述转轴的另一端开设有凹槽，所述球铰安装于所述凹槽内，所述连杆的一侧连接于所述球铰，所述转盘的一侧连接于所述连杆的另一侧，所述微电机的输出端连接于所述转盘的另一侧，所述转盘的外周面沿周向连接有多个切削刀，所述定位传感器设置于所述转轴的内部且靠近所述切削刀布置，所述导线的另一端与所述微电机相连接
。
[0010]所述伸缩调节杆包含控制单元
、
阻尼加热器
、
形状记忆合金丝和多个依次嵌套连接的杆件，所述控制单元位于最外层的杆件的内部，所述阻尼加热器的一端与所述控制单元相连接
、
另一端与所述形状记忆合金丝的一端相连接，所述形状记忆合金丝的另一端与最内层杆件的底部相连接，所述控制单元与所述计算机相连接
。
[0011]所述分离式弧形刀片的表面呈锯齿状
。
[0012]所述模型箱的入口沿所述土洞发育装置的长度方向设置有保护管，所述土洞发育装置位于所述保护管内
。
[0013]一种土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验方法，该试验方法应用于土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验装置，所述试验方法包括以下步骤：
[0014]S1
：根据实际工程情况等比例缩小建立多个相同的模型箱和输电杆塔基础，模型箱中的土体采用原场地土；
[0015]S2
：将土洞发育装置放置在模型箱的入口内；
[0016]S3
：在计算机中发出指令，自动控制土洞发育装置到达指定土洞扩张位置；
[0017]S4
：计算机控制土洞发育装置进行土洞扩张作业；
[0018]S5
：在土洞扩张过程中自动记录输电杆塔基础底部位置的倾角传感器的倾斜度；
[0019]S6
：在多个模型箱内进行距输电杆塔基础底部不同深度位置处的相同土洞扩张作业；
[0020]S7
：在多个模型箱内，根据不同深度位置处的相同土洞下对输电杆塔基础的稳定性影响进行分区，按照输电杆塔基础的倾斜度建立三级危险分区，包括低风险区
、
中风险区
、
高风险区；
[0021]S8
：在每个危险分区中进行多个土洞扩张作业，当每个危险分区中的输电杆塔基础的倾斜度均达到阈值时停止土洞扩张作业，记录各个危险分区内土洞的最大数量；
[0022]S9
：在高危险区中调节土洞发育装置的土洞扩张速度，模拟不同速度的土洞发育，当土洞发育到设定时间且输电杆塔基础倾斜度达到阈值时，此时的土洞发育速度即为高危险区中土洞最大的允许发育速度
。
[0023]所述步骤
S3
的具体步骤为：
[0024]计算机发出指令控制微电机工作，进而带动转盘转动，转盘转动使外部的切削刀
沿转盘的轴线旋转并对土体进行切削，使土洞发育装置在土体内移动，同时定位传感器将当前位置信息反馈给计算机，计算机根据反馈的位置信息控制土洞发育装置到达指定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验装置，其特征在于：包括模型箱
(1)、
输电杆塔基础
(3)
以及土洞发育装置
(4)
，所述模型箱
(1)
内填充有土体
(2)
，所述输电杆塔基础
(3)
竖直布置且底部插接于所述土体
(2)
内，所述输电杆塔基础
(3)
的底部的内侧设置有倾角传感器
(5)
，所述模型箱
(1)
的侧壁开设有入口
(11)
，所述土洞发育装置
(4)
设置于所述入口
(11)
，所述土洞发育装置
(4)
的输入端通过导线
(6)
与计算机
(7)
相连接，所述土洞发育装置
(4)
的输出端位于所述土体
(2)
内，用于在输电杆塔基础
(3)
下侧的土体
(2)
内生成土洞，所述倾角传感器
(5)
与所述计算机
(7)
相连接
。2.
根据权利要求1所述的一种土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验装置，其特征在于：所述土洞发育装置
(4)
包括多个分离式弧形刀片
(42)、
多个伸缩调节杆
(41)、
转子马达
(43)、
转轴
(44)、
前进切削刀
(48)、
定位传感器
(46)、
钢丝螺纹管
(45)
，所述钢丝螺纹管
(45)
水平布置，所述钢丝螺纹管
(45)
的一端位于所述入口
(11)
内
、
另一端连接有所述转子马达
(43)
，所述转轴
(44)
的一端连接于所述转子马达
(43)
的输出端，所述前进切削刀
(48)
连接于所述转轴
(44)
的另一端，多个所述伸缩调节杆
(41)
的一端均连接于所述转轴
(44)
的外周面，多个所述分离式弧形刀片
(42)
与多个所述伸缩调节杆
(41)
的另一端一一对应连接，多个所述分离式弧形刀片
(42)
合围形成环形结构，所述环形结构的中心线沿所述转轴
(44)
的径向布置，所述钢丝螺纹管
(45)
的内部设置有导线
(6)
，所述导线
(6)
的一端与所述计算机
(7)
相连接，所述导线
(6)
的另一端分别与转子马达
(43)、
伸缩调节杆
(41)、
定位传感器
(46)、
前进切削刀
(48)
相连接，所述钢丝螺纹管
(45)
的外侧设置有清理装置
(47)
；所述清理装置
(47)
，用于将土洞扩张过程中产生的碎土屑通过入口
(11)
传输至模型箱
(1)
的外侧
。3.
根据权利要求2所述的一种土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验装置，其特征在于：所述前进切削刀
(48)
包括球铰
(481)、
连杆
(482)、
转盘
(483)、
微电机
(484)
，所述转轴
(44)
的另一端开设有凹槽
(441)
，所述球铰
(481)
安装于所述凹槽
(441)
内，所述连杆
(482)
的一侧连接于所述球铰
(481)
，所述转盘
(483)
的一侧连接于所述连杆
(482)
的另一侧，所述微电机
(484)
的输出端连接于所述转盘
(483)
的另一侧，所述转盘
(483)
的外周面沿周向连接有多个切削刀
(485)
，所述定位传感器
(46)
设置于所述转轴
(44)
的内部且靠近所述切削刀
(485)
布置，所述导线
(6)
的另一端与所述微电机
(484)
相连接
。4.
根据权利要求2所述的一种土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验装置，其特征在于：所述伸缩调节杆
(41)
包含控制单元
(411)、
阻尼加热器
(412)、
形状记忆合金丝
(413)
和多个依次嵌套连接的杆件
(414)
，所述控制单元
(411)
位于最外层的杆件
(414)
的内部，所述阻尼加热器
(412)
的一端与所述控制单元
(411)
相连接
、
另一端与所述形状记忆合金丝
(413)
的一端相连接，所述形状记忆合金丝
(413)
的另一端与最内层杆件
(414)
的底部相连接，所述控制单元
(411)
与所述计算机
(7)
相连接
。5.
根据权利要求2所述的一种土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验装置，其特征在于：所述分离式弧形刀片
(42)
的表面呈锯齿状
。6.
根据权利要求1所述的一种土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验装置，其特征在于：所述模型箱
(1)
的入口
(11)
沿所述土洞发育装置
(4)
的长度方向设置有保护管
(8)
，所述土洞发育装置
(4)
位于所述保护管
(8)
内
。7.
一种土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验方法，其特征在于：该试验方法应
用于权利要求1所述的土洞发育对输电杆塔基础稳定性影响的试验装置，所述试验方法包括以下步骤：
S1
：根据实际工程情况等比例缩小建立多个相同的模型箱
(1)
和输电杆塔基础
(3)
，模型箱
(1)
中的土体
(2)
采用原场地土；
S2
：将土洞发育装置
(4)
放置在模型箱
(1)
的入口
(11)
内；
S3
：在计算机
(7)
中发出指令，自动控制土洞发育装置
(4)
到达指定土洞扩张位置；
S4
：计算机
(7)
控制土洞发育装置
(4)
进行土洞扩张作业；
S5
：在土洞扩张过程中自动记录输电杆塔基础
(3)
底部位置的倾角传感器
(5)
的倾斜度；
S6
：在多个模型箱
(1)
内进行距输电杆塔基础
(3)
底部不同深度位置处的相同土洞扩张作业；
S7
：在多个模型箱
(1)
内，根据不同深度位置处的相同土洞下对输电杆塔基础
(3)
的稳定性影响进行分区，按照输电杆...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋浪，廖红建，柴少波，黎莹，李显鹏，刘晋豪，戴世安，蔡欣悦，
申请(专利权)人：西安交通大学城市学院，
类型：发明
国别省市：