[發明專利]一種基于電機驅動漏砂法的沉降試驗模型及其試驗方法

有效

• 申請號: 201610116265.7
• 申請日: 2016-03-02
• 公開（公告）號: CN105510560B
• 公開（公告）日: 2017-08-22
• 發明（設計）人: 李晉;左珅;張波;王云江;辛強
• 申請（專利權）人: 山東交通學院
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所37218
• 代理人: 褚慶森

技術領域

本發明涉及一種沉降試驗模型及其試驗方法，更具體的說，尤其涉及一種基于電機驅動漏砂法的沉降試驗模型及其試驗方法。

背景技術

在巖溶、采空區、軟土、濕陷性黃土等不良地基上修建構造物（鐵路、公路、水壩、房屋等），受外部荷載作用、大氣、溫度、地下水等多重因素影響，極易出現地基沉降的病害，對地基沉降的研究目前主要通過理論計算與數值仿真，模型試驗方法可實現模擬對象變形的可監測、多條件控制、可重復，是研究工程結構受力變形的常用手段，其中，地基模型是現場地基等比例縮小，通過對地基模型及上部工程結構的受力變形測試，可用于估算分析真實工程結構的各項性能指標，目前已有的地基模型無法模擬深層地基土的下陷，因此難以獲取地基土沉陷引起的上部結構受力變形規律。

發明內容

本發明為了克服上述技術問題的缺點，提供了一種基于電機驅動漏砂法的沉降試驗模型及其試驗方法。

本發明的基于電機驅動漏砂法的沉降試驗模型，包括上端開口的模型箱，模型箱的內部為設置地基層的空腔，地基層的上方用于設置待試驗的工程結構層；其特別之處在于：所述模型箱內部空腔的底部設置有至少一個外套管，外套管的兩端開口并貫穿出模型箱，外套管中設置有可進行自由轉動的取砂管，外套管上開設有若干外漏砂孔，取砂管上設置有與外漏砂孔相配合的內漏砂孔，取砂管中的砂土通過推砂桿排出；地基層和/或工程結構層中設置有獲取檢測數據的測量傳感器。

本發明的基于電機驅動漏砂法的沉降試驗模型，所述模型箱的一個側面為便于觀察空腔中狀況的透明玻璃門，透明玻璃門的兩側設置有固定于模型箱上的固定框架，固定框架上設置有便于玻璃門插入和取出的導向槽。

本發明的基于電機驅動漏砂法的沉降試驗模型，包括漏砂自動控制裝置，漏砂自動控制裝置由驅動電機、傳動軸和主動齒輪組成，主動齒輪固定于傳動軸上，驅動電機用于驅使傳動軸進行轉動，取砂管上設置有與主動齒輪相嚙合的被動齒輪。

本發明的基于電機驅動漏砂法的沉降試驗模型，所述透明玻璃門上標記有刻度線。

本發明的基于電機驅動漏砂法的沉降試驗模型，所述的測量傳感器包括應變傳感器、應力傳感器和位移傳感器。

本發明的基于電機驅動漏砂法的沉降試驗模型的試驗方法，其特別之處在于，通過以下步驟來實現：a).構建模型箱，根據試驗要求和目的，構建長、寬、高尺寸符合要求的模型箱；b).設計漏砂結構，根據要模擬的實際工程情況，在模型箱內部空腔的底部布置直徑、數量、位置符合要求的外套管，并在外套管的內部安裝好與其相配合的取砂管；通過設置外套管、取砂管在模型箱中的位置，來控制地基層沉降點位置；c).填筑地基層，根據要模擬的實際工程地質條件，選取適宜的土質鋪設于模型箱的底部，形成地基層；并根據試驗要求在地基層中埋設一定數量的壓力傳感器、位移傳感器；d).構建上部工程結構層，針對模擬對象，在地基層上修筑與待模擬對象一致的工程構筑物，形成工程結構層，并在相應的位置埋設應變、壓力、位移傳感器；e).地基沉降模擬，通過手動或驅動電機驅使取砂管轉動，以使地基層底部的土體通過外漏砂孔、內漏砂孔進入取砂管中，并通過推砂桿將取砂管中的土體搗出；通過控制取出土體的數量來控制地基層的沉降量；f).數據采集和分析，在地基沉降模擬過程中，測量并記錄所有埋設傳感器的數據，通過監測數據傳感器的數據變化，分析地基多點沉降引起的上部結構受力變形的變化規律，模擬測試可至地基層上的工程結構層完全破壞；g).觀測地基內部變化情況，模擬試驗進入極限破壞狀態后，將透明玻璃門抽出，根據試驗分析要求對沉降試驗完成后的模型地基層開挖，以便直接觀測地基層內部變化情況。

本發明的有益效果是：本發明的基于電機驅動漏砂法的沉降試驗模型及其試驗方法，根據試驗要求在模型箱空腔的底部設置外套管和取砂管，可實現對漏砂點、漏砂點數量的控制，在內部空腔中由下至上布設地基層、工程結構層，并在地基層、工程結構層中埋設應變、壓力、位移傳感器；試驗過程中，控制推砂桿從取砂管搗出土體的數量即可控制沉降量，通過監測數據傳感器的數據變化，分析地基多點沉降引起的上部結構受力變形的變化規律。

進一步地，通過設置由驅動電機、傳動軸、主動齒輪、被動齒輪組成的漏砂自動控制裝置，驅動電機通過對取砂管轉動角度的控制，來實現對漏砂速率的控制。通過將模型箱的一個側面設置為透明玻璃門，便于試驗過程中直接觀測地基層內部變化情況。本發明的沉降試驗模型及試驗方法，結構簡單合理，可根據實驗要求對漏砂點和數量進行設定，可實現橋頭跳車、不均勻沉降、溝谷地形、邊緣沉降等不同類型沉降的模擬，有益效果顯著，適于應用推廣。