[發明專利]巖土工程模型試驗的加載裝置及加載方法

在審

• 申請號: 201710436101.7
• 申請日: 2017-06-12
• 公開（公告）號: CN107014674A
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 王啟云;張丙強;陳軍浩;雷虎軍;臧萬軍;馬永超;趙衛華;施惠容
• 申請（專利權）人: 福建工程學院
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02
• 代理公司: 福州市鼓樓區京華專利事務所(普通合伙)35212
• 代理人: 林云嬌

1.一種巖土工程模型試驗的加載裝置，其特征在于：包括靜力加載機構，所述靜力加載機構包括一地錨、兩反力架立柱、兩力傳感器、一反力架橫梁、兩加載螺栓、一反力板、至少兩加載彈簧以及一承壓板；所述地錨固定在地面上；兩所述反力架立柱采用立柱地腳螺栓固定在地錨上；所述兩力傳感器分別連接在一反力架立柱的中段；所述反力架橫梁跨接在兩所述反力架立柱之間并采用加載螺栓自上而下鎖附；所述反力板設置在所述反力架橫梁的下方并通過所述加載彈簧固定連接所述承壓板；所述地錨、兩反力架立柱、承壓板之間圍成一試驗模型容置空間。

2.根據權利要求1所述的巖土工程模型試驗的加載裝置，其特征在于：還包括動力加載機構，所述動力加載機構包括端頭板、端頭板固定螺栓桿以及作動器，所述端頭板與反力板采用所述端頭板固定螺栓桿連接，所述作動器連接于所述端頭板的上方；且所述反力板與所述承壓板采用反力板固定螺栓桿連接。

3.根據權利要求1或2所述的巖土工程模型試驗的加載裝置，其特征在于：

所述靜力加載機構還包括定位螺桿，所述定位螺桿穿過所述反力架橫梁、所述反力板與所述承壓板采用螺紋連接。

4.根據權利要求1或2所述的巖土工程模型試驗的加載裝置，其特征在于：

所述反力架橫梁的底面還通過第一安全螺栓鎖附在所述反力架立柱上。

5.根據權利要求1或2所述的巖土工程模型試驗的加載裝置，其特征在于：所述加載彈簧的兩端分別與所述反力板和所述承壓板焊接固定；所述加載彈簧上端的中心位置設置有第二安全螺栓，第二安全螺栓下部采用螺紋連接在所述承壓板上，所述加載彈簧下端的中心位置設有橡膠圈，橡膠圈采用強力膠水粘貼在所述承壓板上。

6.根據權利要求2所述的巖土工程模型試驗的加載裝置，其特征在于：

所述反力架立柱為實心鋼柱，且表面設螺紋；

所述反力架橫梁為焊接鋼結構箱梁；

所述承壓板、反力板、端頭板均為經過精加工的高強度方形鋼板；

所述反力板與反力架橫梁間設有防滑膠墊；

所述反力板固定螺栓桿下部采用螺紋連接在承壓板上，反力板固定螺栓桿為雙螺母結構的螺栓，且設置有彈性墊片；

所述加載螺栓、第一安全螺栓與反力架橫梁間設有彈性墊片。

7.一種巖土工程模型試驗的加載方法，其特征在于：利用權利要求1至6任一項所述的巖土工程模型試驗的加載裝置并采用下述步驟進行靜荷載施加試驗：

步驟S11、預估試驗模型加載的極限荷載，初步確定每級荷載和加載級數；

步驟S12、緩慢對稱往下擰加載螺栓，荷載依次從反力架橫梁、反力板、加載彈簧傳遞至承壓板；

在加載過程中，通過力傳感器實時監測荷載大小，同時采用電子位移計記錄試驗模型的變形；當荷載變化率達3％時，緩慢對稱往下擰加載螺栓，以保持試驗模型承受靜荷載的相對穩定；當相鄰24小時軸向應變差值與總應變之比小于5％，繼續往下擰加載螺栓施加下一級荷載。

8.一種巖土工程模型試驗的加載方法，其特征在于：利用權利要求2至6任一項所述的巖土工程模型試驗的加載裝置進行動靜耦合加載試驗，包括：

步驟S1、預估試驗模型加載的極限荷載，初步確定每級荷載和加載級數；

步驟S2、緩慢對稱往下擰加載螺栓，荷載依次從反力架橫梁、反力板、加載彈簧傳遞至承壓板；在加載過程中，通過力傳感器實時監測荷載大小，同時采用電子位移計記錄試驗模型的變形；當荷載變化率達3％時，緩慢對稱往下擰加載螺栓，以保持試驗模型承受靜荷載的相對穩定；當相鄰24小時軸向應變差值與總應變之比小于5％，繼續往下擰加載螺栓施加下一級荷載，或按下述步驟S3至S5施加動荷載，且在施加動荷載后，通過步驟S6至S8進行動、靜荷載的轉換；

步驟S3、控制作動器施加荷載至當前一級靜荷載數值，反力架橫梁退出工作；

步驟S4、采用反力板固定螺栓桿固定反力板和承壓板，保證加載彈簧在動荷載施加過程中不產生受力變形；

步驟S5、控制作動器輸出預設波形的動荷載和加載次數，施加動力循環荷載；

步驟S6、在動力循環荷載施加完畢后，松開反力板固定螺栓桿，控制作動器輸出靜力荷載，該荷載數值略小于試驗模型下一工況需要承受的荷載；

步驟S7、往下緩慢松開第一安全螺栓，使得反力架橫梁與反力板剛好接觸，采用力傳感器監測接觸情況；

步驟S8、緩慢卸除作動器輸出的荷載，松開并移除端頭板固定螺栓桿，反力架橫梁開始工作，對稱緩慢向下微調加載螺栓，直至荷載達到規定數值。