公路涵洞離心模型試驗(yàn)的一體式工況模擬裝置及試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種土工試驗(yàn)裝置，具體涉及一種公路涵洞離心模型試驗(yàn)的一體式工況模擬裝置及試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)現(xiàn)階段的公路高填方涵洞的土工離心試驗(yàn)正在興起階段，試驗(yàn)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)積累尚不夠豐富，而現(xiàn)有的公路涵洞土工離心試驗(yàn)中，往往需要專(zhuān)門(mén)制作不同尺寸、不同坡度和不同谷底寬度的溝谷地形模型，操作極其不方便，且成本極高。
[0003]同時(shí)，高路基涵洞的地形模型往往超出了離心機(jī)模型箱的凈高，由于離心機(jī)模型箱尺寸的限制，試驗(yàn)往往無(wú)法進(jìn)行。因此，傳統(tǒng)的模型裝置只能模擬有限高度的路基地形。
[0004]最后，傳統(tǒng)的試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭?，土樣沒(méi)有進(jìn)行很好的固定。離心試驗(yàn)過(guò)程中，土樣的不穩(wěn)定往往會(huì)造成試驗(yàn)結(jié)果的不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種公路涵洞離心模型試驗(yàn)的一體式工況模擬裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，通過(guò)簡(jiǎn)單的組裝拆卸，能夠有效的模擬公路涵洞離心模型試驗(yàn)中不同尺寸、不同坡度和不同谷底寬度的溝谷地形模型，且能夠克服模型箱高度限制，模擬更高填土高度的涵洞模型。在試驗(yàn)過(guò)程中本發(fā)明的裝置穩(wěn)定性強(qiáng)，生產(chǎn)成本底，且易于推廣使用。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0007]一種公路涵洞離心模型試驗(yàn)的一體式工況模擬裝置，包括底板、高度固定架、一對(duì)可伸縮板、地基模型、試驗(yàn)土樣、配重裝置和涵洞模型；其中:
[0008]所述底板平鋪于離心機(jī)模型箱底面，其長(zhǎng)度小于離心機(jī)模型箱的長(zhǎng)度，其寬度等于離心機(jī)模型箱的內(nèi)部寬度；所述高度定位架安裝在底板上方，與離心模型箱的側(cè)壁貼合；地基模型放置在底板上的中部；在地基模型上方中部放置所述涵洞模型，涵洞模型采用橫截面為矩形的空心柱體；涵洞模型的長(zhǎng)度方向與底板的寬度方向相同；一對(duì)可伸縮板對(duì)稱(chēng)安裝在地基模型兩側(cè)的底板上，可伸縮板的寬度等于底板的寬度；可伸縮板傾斜放置，其下端安裝在底板上，上端固定在高度定位架上；可伸縮板用于模擬溝谷的坡度和高度；在離心機(jī)模型箱、底板、一對(duì)可伸縮板、地基模型和涵洞模型之間圍成的空腔中填有試驗(yàn)土樣，試驗(yàn)土樣的上表面高于可伸縮板的上端；試驗(yàn)土樣的上方放置有配重裝置。
[0009]進(jìn)一步的，所述地基模型的中線與底板的中線重合，其長(zhǎng)度小于底板的長(zhǎng)度，其寬度等于地基模型的寬度，其厚度為2?3cm。
[0010]進(jìn)一步的，所述底板上表面均勻設(shè)置多個(gè)定位槽，定位槽的長(zhǎng)度方向與底板的寬度方向一致。
[0011]進(jìn)一步的，所述定位槽的橫截面為三角形、矩形或其他形狀，兩個(gè)相鄰的定位槽緊密布置，不設(shè)間距。
[0012]進(jìn)一步的，所述定位槽選擇腰長(zhǎng)為lcm,高為1.41cm的等腰三角形。
[0013]進(jìn)一步的，所述高度定位架采用四根立柱，四根立柱分別安裝在底板的四角上，四根立柱上分別配置一個(gè)鎖緊裝置，用于固定可伸縮板；同時(shí)，立柱上沿長(zhǎng)度方向設(shè)有滑槽，用于使配重裝置能夠緩慢滑下覆蓋在試驗(yàn)土樣上方；所述鎖定裝置下半部分留有螺栓孔，通過(guò)螺栓將鎖定裝置套箍到立柱上；在可伸縮板的上端安裝有合頁(yè)，用于與高度定位架的鎖定裝置鎖定。
[0014]進(jìn)一步的，所述高度定位架上布滿螺紋，鎖定裝置通過(guò)螺紋鎖定到高度定位架的需要高度。
[0015]進(jìn)一步的，所述配重裝置由I?10片配重板相疊加而形成，所述配重板尺寸與模型箱保持一致，重量為Ikg?5kg，配重板采用剛性金屬板。
[0016]進(jìn)一步的，所述配重裝置與離心機(jī)模型箱的側(cè)壁貼合。
[0017]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供一種上述公路涵洞離心模型試驗(yàn)的一體式工況模擬裝置的試驗(yàn)方法，具體包括如下步驟:
[0018]步驟I，將底板鋪在離心機(jī)模型箱底部；
[0019]步驟2，將地基模型放置在底板上的中部，使地基模型的中線與底板的中線重合；在地基模型上方中部放置涵洞模型；
[0020]步驟3，將一對(duì)可伸縮板對(duì)稱(chēng)安裝在地基模型兩側(cè)的底板上，可伸縮板傾斜放置，其下端安裝在底板上，上端通過(guò)鎖定裝置固定在高度定位架上，根據(jù)需要調(diào)整可伸縮板的伸縮長(zhǎng)度以調(diào)整其需要模擬溝谷的坡度和高度；底板和一對(duì)可伸縮板形成溝渠狀；調(diào)整好高度定位架上鎖定裝置的位置并固定；
[0021 ] 步驟4，在離心機(jī)模型箱、底板、一對(duì)可伸縮板、地基模型和涵洞模型之間圍成的空腔中填有試驗(yàn)土樣，將試驗(yàn)土樣填充到特定的高度；
[0022]步驟5，根據(jù)試驗(yàn)荷載要求，將一定重量的配重裝置放入離心機(jī)模型箱，使其沿離心機(jī)模型箱下落至試驗(yàn)土樣上；此時(shí)整套設(shè)備設(shè)置完成，可進(jìn)行離心試驗(yàn)。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0024]1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作更方便。
[0025]2、采用一體化裝置，避免了每次用不同規(guī)格部件組裝的工序，省去了定做不同尺寸的剛性金屬底板和剛性金屬側(cè)板的過(guò)程，節(jié)省了試驗(yàn)材料，簡(jiǎn)化試驗(yàn)步驟，進(jìn)一步提高了試驗(yàn)效率。
[0026]3.覆蓋式配重裝置可以調(diào)節(jié)荷載，進(jìn)一步提高了試驗(yàn)裝置模擬工況的廣泛程度，提高了試驗(yàn)的廣泛性。
[0027]4.作用在土樣上方的配重裝置水平方向上受到高度定位架的約束，并可以和模型箱完整的貼合，保證離心過(guò)程中土樣的穩(wěn)定。
[0028]5.整套工況模擬裝置在試驗(yàn)過(guò)程中被約束成了一個(gè)整體，應(yīng)用范圍廣，可以推廣到其他類(lèi)似的離心機(jī)土工模擬實(shí)驗(yàn)中。
[0029]綜上所述，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)新穎合理，工作可靠性高，使用壽命長(zhǎng)，使用效果好，便于推廣使用。
【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖2為本發(fā)明的平面視圖；
[0032]圖3為剛性金屬底板架和高度定位架示意圖；
[0033]圖4為高度定位架上的鎖定裝置細(xì)節(jié)示意圖；
[0034]圖5為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖6溝谷寬度變化時(shí)的涵頂垂直土壓力變化圖；
[0036]圖7溝谷坡度變化時(shí)的涵頂垂直土壓力變化圖。
[0037]圖中各標(biāo)號(hào)的含義:1、底板，2、高度定位架；3、鎖定裝置；4、可伸縮板，5、地基模型，6、試驗(yàn)土樣，7、配重裝置，8、涵洞模型，9、定位槽。
[0038]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0039]如圖1和圖2所示，本發(fā)明給出了一種公路涵洞離心模型試驗(yàn)的一體式工況模擬裝置，包括底板1、高度固定架2、一對(duì)可伸縮板4、地基模型5、試驗(yàn)土樣6、配重裝置7和涵洞模型8 ;其中:
[0040]底板I和可伸縮板4均采用矩形金屬板，優(yōu)選鋼板，底板I平鋪于離心機(jī)模型箱底面，其長(zhǎng)度小于離心機(jī)模型箱的長(zhǎng)度，其寬度等于離心機(jī)模型箱的內(nèi)部寬度；底板I用于模擬溝谷的底部，同時(shí)作為安裝其他部件(如可伸縮板4、地基模型5和涵洞模型8)的平臺(tái)。
[0041]高度定位架2與離心模型箱的側(cè)壁貼合，高度定位架2不僅用于調(diào)整可伸縮板4的傾斜度，還用于在水平方向上約束試驗(yàn)土樣和配重裝置7，使得配重裝置7在豎直方向上可自由移動(dòng)，增加試驗(yàn)過(guò)程中土樣穩(wěn)定性，防止因試驗(yàn)土樣的不穩(wěn)定而影響試驗(yàn)結(jié)果。
[0042]底板I長(zhǎng)度方向的中部上放置地基模型5，地基模型5采用矩形板，其長(zhǎng)度小于底板I的長(zhǎng)度，其寬度等于地基模型5的寬度，其厚度為2?3cm。地基模型5放置在底板I上的中部，地基模型5的中線與底板I的中線重合。
[0043]在地基模型5上方中部放置涵洞模型8，涵洞模型8采用橫截面為矩形的空心柱體；涵洞模型8的長(zhǎng)度方向與底板I的寬度方向相同，其高度按照試驗(yàn)要求定制。涵洞模型8可以采用有機(jī)玻璃或其他剛性材料制作，按不同試驗(yàn)要求的剛度進(jìn)行加工。
[0044]一對(duì)可伸縮板4對(duì)稱(chēng)安裝在地基模型5兩側(cè)的底板I上，可伸縮板4的寬度等于底板I的寬度；可伸縮板4傾斜放置，其下端安裝在底板I上，上端通過(guò)鎖定裝置3固定在高度定位架2上；可伸縮板4用于模擬溝谷的坡度和高度。因此，可根據(jù)試驗(yàn)需要模擬的溝谷的坡度和高度來(lái)確定剛性金屬底板I的伸縮長(zhǎng)度和傾斜度。與現(xiàn)有的制作溝谷模型相比，極大的降低了成本，并提高了效率。底板I和一對(duì)可伸縮板4形成溝渠狀。
[0045]在離心機(jī)模型箱、底板1、一對(duì)可伸縮板4、地基模型5和涵洞模型8之間圍成的空腔中填有試驗(yàn)土樣6，試驗(yàn)土樣6的上表面高于可伸縮板4的上端；試驗(yàn)土樣6采用與試驗(yàn)要求地基土性質(zhì)相一致的特定類(lèi)型的土樣，如不同類(lèi)型的砂土、粉土、黏土等。
[0046]試驗(yàn)土樣6的上方放置有配重裝置7。配重裝置7的上端低于離心機(jī)模型箱的上端。配重裝置7用于按照試驗(yàn)要求調(diào)整荷載的大小，用來(lái)模擬高填土路基的情況，并與底板
1、可伸縮板4以及離心機(jī)模型箱共同固定試驗(yàn)土樣。
[0047]可選的，底板I上表面均勻設(shè)置多個(gè)定位槽9，定位槽9的長(zhǎng)度方向與底板I的寬度方向一致。定位槽9的設(shè)置使得可伸縮板4的下端在底板I上的位置可調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)可伸縮板4的傾斜角度的調(diào)節(jié)。
[0048]可選的，定位槽9的橫截面為三角形、矩形或其他形狀。為了與剛性金屬側(cè)板緊密貼合，優(yōu)選腰長(zhǎng)為1cm，高為1.41cm的等腰三角形，兩個(gè)相鄰的定位槽9緊密布置，不設(shè)間距。
[0049]可選的，高度定位架2采用四根立柱，四根立柱分別安裝在底板I的四角上，四根立柱上分別配置一個(gè)鎖緊裝置，用于固定可伸縮板4 ;同時(shí)，立柱上沿長(zhǎng)度方向設(shè)有滑槽，用于使配重裝置7能夠緩慢滑下覆蓋在試驗(yàn)土