專利名稱：用于巖土工程土壤龜裂破壞的模型試驗裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及巖土試驗技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于巖土工程土壤龜裂破壞的模型試驗裝置及方法。
背景技術(shù)：
土壤龜裂試驗是指土體受到外界條件變化，如拉力隆起時，土體四周受到對稱相等的張力，使土體本身發(fā)生開裂的一種試驗。當(dāng)土壤受力狀態(tài)改變后，會產(chǎn)生一系列龜裂斷裂等破壞現(xiàn)象，通過對土壤龜裂模型試驗的研究可以更深入的了解土壤在不同受力條件影響下的破壞規(guī)律，并為構(gòu)造運動下地表的受力變化研究提供借鑒。石蠟是從石油、頁巖油或其他浙青礦物油的某些餾出物中提取出來的一種怪類蠟，為白色或淡黃色半透明物，具有相當(dāng)明顯的晶體結(jié)構(gòu)，是很好的絕緣體，也是很好的儲熱材料，熔點為60°C左右，具有較好的熱膨脹性，非常適宜作為土壤試驗的膨脹材料，且熔點低，清理方便。 現(xiàn)有技術(shù)對土壤龜裂試驗的研究還不夠成熟，采用的設(shè)備、如龜裂試驗儀器簡單，尺寸固定，工作效率低，特別是在需要進行多組對比試驗時，由于操作復(fù)雜，造成效率低下，同時由于龜裂現(xiàn)象也是通過板類材料頂起實現(xiàn)，均勻性與準(zhǔn)確性難以保證，觀測手段方面比較簡單，一般為肉眼或量尺測量，試驗的精度無法達到要求，這些裝置很難滿足當(dāng)今巖土工程的試驗需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足；提供了一種用于巖土工程土壤龜裂破壞的模型試驗裝置及方法；有效提高試驗精度和試驗效率，方便試驗操作。本發(fā)明還提供一種用于巖土工程土壤龜裂破壞的模型試驗方法。本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種用于巖土工程土壤龜裂破壞的模型試驗裝置，包括上層鋼架、下層鋼架、底板、升降機、模型底座，模型底座通過升降機與底板連接，底板上設(shè)有支撐桿，支撐桿上設(shè)有可伸縮旋轉(zhuǎn)桿，可伸縮旋轉(zhuǎn)桿上設(shè)有數(shù)字攝像頭，下層鋼架分別與上層鋼架分別與底板連接，上層鋼架上設(shè)有可視化玻璃板；底板上面與上層鋼架、下層鋼架形成空腔，上層鋼架、下層鋼架的內(nèi)側(cè)設(shè)有隔熱板，隔熱板內(nèi)側(cè)設(shè)有隔熱支撐陶瓷，隔熱支撐陶瓷高度小于隔熱板高度，底板上面設(shè)有地層隔熱板，地層隔熱板上設(shè)有加熱板，加熱板上部與隔熱支撐陶瓷形成的內(nèi)腔中設(shè)有溫度傳感器，隔熱支撐陶瓷上部設(shè)有玻璃制石蠟槽。模型底座上設(shè)有溫度調(diào)控開關(guān)、臺架升降開關(guān)，所述臺架升降開關(guān)與升降機的動力機構(gòu)相連，控制升降機的高度便于試驗與觀察；溫度調(diào)控開關(guān)通過線路與上方溫度控制裝置、溫度傳感器連接，控制試驗溫度的變化。模型底座底部設(shè)有轉(zhuǎn)動滾輪。上鋼架與下鋼架設(shè)有連接孔，上鋼架與下鋼架通過連接孔與螺栓連接。
上鋼架與下鋼架分別由四組構(gòu)件連接構(gòu)成，四組構(gòu)件上分別設(shè)有多個連接孔，四組構(gòu)件呈“風(fēng)車”狀通過連接孔首尾相接，調(diào)整好位置后用螺絲固定在底板上；四組升降機與底板相連，下端固定在模型底座上，可自由調(diào)節(jié)高度；模型底座上放置溫度調(diào)控開關(guān)與臺架升降開關(guān)，底部安置組轉(zhuǎn)動滾輪，可移動位置；內(nèi)部隔熱板緊貼四周的上鋼架與下鋼架，內(nèi)側(cè)安置隔熱支撐陶瓷，隔熱支撐陶瓷上方放置玻璃制石蠟槽，下方放置加熱板，中間放置溫度傳感器，隔熱板下方鋪設(shè)隔熱板緊貼底板。下層鋼架、底板通過連接孔與螺栓連接。一種利用巖土工程土壤龜裂破壞的模型試驗裝置的試驗方法，包括以下步驟:I)確定土體尺寸，調(diào)整上層鋼架、下層鋼架的長度與寬度，調(diào)整到位后用螺絲固定于底板，調(diào)節(jié)臺架升降開關(guān)、使升降機上下移動，調(diào)整底板的高度，達到適宜狀態(tài)；(2)根據(jù)土體尺寸，在鋼槽內(nèi)鋪設(shè)內(nèi)部隔熱板、地層隔熱板，內(nèi)部隔熱板內(nèi)側(cè)放置隔熱支撐陶瓷與加熱板，將裝滿石蠟的玻璃槽安置于隔熱支撐陶瓷上方，中間安置溫度傳感器；(3)將土體填入鋼槽上方帶可視化玻璃的上層鋼架中，土層四側(cè)面與玻璃板接觸部分用膠粘接固定，防止土體整體上升；土層與下方石蠟用柔性塑料薄膜隔開，保證石蠟與土層不相互影響。(4)調(diào)節(jié)溫度調(diào)控開關(guān)，啟動加熱板，通過控制溫度傳感器的溫度變化保證石蠟的恒溫均勻加熱.；(5)調(diào)節(jié)可伸縮旋轉(zhuǎn)桿將數(shù)字攝像頭安置在需要監(jiān)測的位置上，記錄土體皸裂頂裂的變化過程；試驗結(jié)束后，清理儀器，調(diào)節(jié)鋼架相對位置從而改變了模型尺寸，重做石蠟槽及加熱板，重復(fù)以上操作進行試驗。本發(fā)明的有益效果:I模型架尺寸可根據(jù)試驗需要自由調(diào)整，實現(xiàn)“一架多用”，避免了因?qū)Ρ仍囼灦M行大量繁瑣的操作與試驗臺架的更換，提高了試驗效率，節(jié)約資源；2試驗土體用玻璃板包圍可從側(cè)面觀察土體頂裂龜裂的全過程，更加直觀；3數(shù)字攝像頭精細地記錄土體變化的全過程，精確測量土體龜裂后的隆起位移與裂縫寬度，與以往量尺及肉眼觀察相比，提高了試驗精度；4封閉隔熱環(huán)境下加熱空氣間接熱傳導(dǎo)石蠟的方法最大程度上保證了石蠟的均勻恒溫受熱，溫度傳感器的安置使膨脹溫度的可控可調(diào)節(jié)，石蠟的均勻膨脹保證了上方土體的均勻隆起，準(zhǔn)確模擬土體的龜裂行為，試驗準(zhǔn)確性高。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖
圖2為底板上面與上層鋼架、下層鋼架形成的空腔內(nèi)部的零件結(jié)構(gòu)示意圖；其中I可伸縮旋轉(zhuǎn)桿；2數(shù)字攝像頭；3 可視化玻璃板；4上層鋼架；5下層鋼架；6底板；7升降機；8模型底座；9溫度調(diào)控開關(guān)；10臺架升降開關(guān)；11轉(zhuǎn)動滾輪；12玻璃制石蠟槽；13隔熱板；14隔熱支撐陶瓷；15加熱板；16地層隔熱板；17溫度傳感器；18支撐桿。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。一種用于巖土工程土壤龜裂破壞的模型試驗裝置，包括上層鋼架4、下層鋼架5、帶螺紋孔的底板6、升降機7、模型底座8，模型底座8通過升降機7與底板6連接，底板6上設(shè)有支撐桿18，支撐桿18上設(shè)有可伸縮旋轉(zhuǎn)桿1，可伸縮旋轉(zhuǎn)桿I上設(shè)有數(shù)字攝像頭2，下層鋼架5分別與上層鋼架4、及下部的底板6連接，上層鋼架4上設(shè)有可視化玻璃板3 ;底板6上面與上層鋼架4、下層鋼架5形成空腔，上層鋼架4、下層鋼架5的內(nèi)側(cè)設(shè)有隔熱板13，隔熱板13內(nèi)側(cè)設(shè)有隔熱支撐陶瓷14，隔熱支撐陶瓷14高度小于隔熱板13高度，底板6上面設(shè)有地層隔熱板16，地層隔熱板16上設(shè)有加熱板15，加熱板15上部與隔熱支撐陶瓷14形成的內(nèi)腔中設(shè)有溫度傳感器17，隔熱支撐陶瓷14上部設(shè)有玻璃制石蠟槽12。模型底座8上安置四千斤頂升降機7，模型底座8上設(shè)有溫度調(diào)控開關(guān)9、臺架升降開關(guān)10，所述臺架升降開關(guān)10與升降機7的動力機構(gòu)相連，控制升降機的高度便于試驗與觀察；溫度調(diào)控開關(guān)9通過線路與上方溫度控制裝置、溫度傳感器17連接，控制試驗溫度的變化。 模型底座8底部設(shè)有轉(zhuǎn)動滾輪11。上鋼架4與下鋼架5設(shè)有連接孔，上鋼架4與下鋼架5通過連接孔與螺栓連接。上鋼架4與下鋼架5分別由四組構(gòu)件連接構(gòu)成，四組構(gòu)件上分別設(shè)有多個連接孔，四組構(gòu)件呈“風(fēng)車”狀通過連接孔首尾相接，調(diào)整好位置后用螺絲固定在底板6上；四組升降機7與底板6相連，下端固定在模型底座8上，可自由調(diào)節(jié)高度；模型底座8上放置溫度調(diào)控開關(guān)9與臺架升降開關(guān)10，底部安置4組轉(zhuǎn)動滾輪11，可移動位置；內(nèi)部隔熱板13緊貼四周的上鋼架4、下鋼架5，內(nèi)側(cè)安置隔熱支撐陶瓷14，隔熱支撐陶瓷14上方放置玻璃制石蠟槽12，下方放置加 熱板15，中間放置溫度傳感器17，隔熱板下方鋪設(shè)隔熱板16緊貼底板6。下層鋼架5、底板6通過連接孔與螺栓連接。領(lǐng)域巖土工程土壤龜裂破壞的模型試驗裝置的試驗方法，包括以下步驟:1)確定土體尺寸，調(diào)整上層鋼架4、下層鋼架5的長度與寬度，調(diào)整到位后用螺絲固定于底板6，調(diào)節(jié)臺架升降開關(guān)10、使升降機7上下移動，適當(dāng)調(diào)整底板6的高度，達到適宜狀態(tài)；(2)根據(jù)土體尺寸，在鋼槽內(nèi)鋪設(shè)內(nèi)部隔熱板13、地層隔熱板16，內(nèi)部隔熱板13內(nèi)側(cè)放置隔熱支撐陶瓷14與加熱板15，將裝滿石蠟的玻璃制石蠟槽12安置于隔熱支撐陶瓷14上方，中間安置溫度傳感器17 ；(3)將土體填入鋼槽上方帶可視化玻璃的上層鋼架4中，土層四側(cè)面與玻璃板接觸部分用膠粘接固定，防止土體整體上升；土層與下方石蠟用柔性塑料薄膜隔開，保證石蠟與土層不相互影響。(4)調(diào)節(jié)溫度調(diào)控開關(guān)9，啟動加熱板15，通過控制溫度傳感器17的溫度變化保證石蠟的恒溫均勻加熱.；(5)調(diào)節(jié)可伸縮旋轉(zhuǎn)桿I將數(shù)字攝像頭安置在需要監(jiān)測的位置上，記錄土體皸裂頂裂的變化過程；試驗結(jié)束后，清理儀器，調(diào)節(jié)鋼架相對位置從而改變了模型尺寸，重做石蠟槽及加熱板，重復(fù)以上操作進行試驗。上述雖然結(jié)合附圖對發(fā)明的具體實施方式
進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的 各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于巖土工程土壤龜裂破壞的模型試驗裝置，其特征是，包括上層鋼架、下層鋼架、底板、升降機、模型底座，模型底座通過升降機與底板連接，底板上設(shè)有支撐桿，支撐桿上設(shè)有可伸縮旋轉(zhuǎn)桿，可伸縮旋轉(zhuǎn)桿上設(shè)有數(shù)字攝像頭，下層鋼架分別與上層鋼架分別與底板連接，上層鋼架上設(shè)有可視化玻璃板；底板上面與上層鋼架、下層鋼架形成空腔，上層鋼架、下層鋼架的內(nèi)側(cè)設(shè)有隔熱板，隔熱板內(nèi)側(cè)設(shè)有隔熱支撐陶瓷，隔熱支撐陶瓷高度小于有隔熱板高度，底板上面設(shè)有地層隔熱板，地層隔熱板上設(shè)有加熱板，加熱板上部與隔熱支撐陶瓷形成的內(nèi)腔中設(shè)有溫度傳感器，隔熱支撐陶瓷上部設(shè)有玻璃制石蠟槽。
2.如權(quán)利要求1所述的用于巖土工程土壤龜裂破壞的模型試驗裝置，其特征是，所述模型底座上設(shè)置四千斤頂升降機，模型底座上設(shè)有溫度調(diào)控開關(guān)、臺架升降開關(guān)，臺架升降開關(guān)與升降機的動力機構(gòu)連接，溫度調(diào)控開關(guān)通過線路與溫度控制裝置、溫度傳感器連接。
3.如權(quán)利要求1所述的用于巖土工程土壤龜裂破壞的模型試驗裝置，其特征是，所述模型底座底部設(shè)有轉(zhuǎn)動滾輪。
4.如權(quán)利要求1所述的用于巖土工程土壤龜裂破壞的模型試驗裝置，其特征是，所述上鋼架與下鋼架設(shè)有連接孔，上鋼架與下鋼架通過連接孔與螺栓連接；下層鋼架、底板通過連接孔與螺栓連接。
5.如權(quán)利要求1所述 的用于巖土工程土壤龜裂破壞的模型試驗裝置，其特征是，所述上鋼架與下鋼架分別由四組構(gòu)件連接構(gòu)成，四組構(gòu)件上分別設(shè)有多個連接孔，四組構(gòu)件通過連接孔連接。
6.如權(quán)利要求1所述的用于巖土工程土壤龜裂破壞的模型試驗裝置，其特征是，所述升降機設(shè)有四組。
7.利用權(quán)利要求1至6任一項所述裝置的試驗方法，其特征是，包括以下步驟: I)確定土體尺寸，調(diào)整上層鋼架、下層鋼架的長度與寬度，調(diào)整到位后用螺絲與底板固定，調(diào)節(jié)臺架升降開關(guān)、使升降機上下移動，調(diào)整底板的高度，達到適宜狀態(tài)； (2)根據(jù)土體尺寸，在鋼槽內(nèi)鋪設(shè)內(nèi)部隔熱板、地層隔熱板，內(nèi)部隔熱板內(nèi)側(cè)放置隔熱支撐陶瓷與加熱板，將裝滿石蠟的玻璃制石蠟槽安置于隔熱支撐陶瓷上方，中間安置溫度傳感器； (3)將土體填入鋼槽上方帶可視化玻璃的上層鋼架中，土層四側(cè)面與玻璃板接觸部分用膠粘接固定，防止土體整體上升；土層與下方石蠟用柔性塑料薄膜隔開。
(4)調(diào)節(jié)溫度調(diào)控開關(guān)，啟動加熱板，通過控制溫度傳感器的溫度變化保證石蠟的恒溫均勻加熱； (5)調(diào)節(jié)可伸縮旋轉(zhuǎn)桿將數(shù)字攝像頭置于需要監(jiān)測的位置上，記錄土體皸裂頂裂的變化過程。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于巖土工程土壤龜裂破壞的模型試驗裝置，包括上層鋼架、下層鋼架、底板、升降機、模型底座，模型底座通過升降機與底板連接，底板上設(shè)有支撐桿，支撐桿上設(shè)有可伸縮旋轉(zhuǎn)桿，可伸縮旋轉(zhuǎn)桿上設(shè)有數(shù)字攝像頭，下層鋼架分別與上層鋼架分別與底板連接，上層鋼架上設(shè)有可視化玻璃板；底板上面與上層鋼架、下層鋼架形成空腔，上層鋼架、下層鋼架的內(nèi)側(cè)設(shè)有隔熱板，隔熱板內(nèi)側(cè)設(shè)有隔熱支撐陶瓷，隔熱支撐陶瓷高度小于有隔熱板高度，底板上面設(shè)有地層隔熱板，地層隔熱板上設(shè)有加熱板，加熱板上部與隔熱支撐陶瓷形成的內(nèi)腔中設(shè)有溫度傳感器，隔熱支撐陶瓷上部設(shè)有玻璃制石蠟槽。有效提高試驗精度，增強試驗效率，方便試驗操作。
文檔編號G01N3/08GK103234822SQ20131010315
公開日2013年8月7日 申請日期2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月27日
發(fā)明者李術(shù)才, 宋曙光, 李利平, 胡聰, 孫超群, 王旌, 張騫, 周毅 申請人:山東大學(xué)