[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

【技術領域】

本發明涉及巖土工程室內模型試驗技術，尤其涉及一種用于巖土工程模型試驗的加載裝置及加載方法。

【背景技術】

巖土體及地下結構經常同時受到靜力荷載和動力荷載作用，例如鐵路路基承受軌道及其土體自重等靜荷載和高速列車經軌道傳遞的動荷載的作用。長期的靜荷載引起巖土體發生流變變形，而間歇作用的動荷載則導致巖土體產生動力累積變形，充分認識巖土體材料的流變特性與動力變形特性是保證工程安全與穩定性的重要前提。因此對動、靜荷載耦合作用巖土體與地下結構物力學與變形特性的研究是非常有實踐意義。室內模型試驗是研究巖土體及地下結構物在動、靜荷載作用下力學變形特性的重要方法之一，但在試驗中如何模擬巖土體及地下結構物所承受的動、靜荷載一直是技術難題。

目前，對巖土體施加動、靜荷載的常用設備有振動臺、大型動靜三軸儀、大型循環剪切儀、美國MTS和邦威儀器生產的電液伺服試驗系統等。由于巖土體的流變的時間較長、尤其軟土的流變時間長達幾年，因此為模擬土體所受的長期荷載，室內模型試驗加載的時間往往較長，但采用上述設備一般僅能開展短期的靜力與動力耦合加載，如進行長期動靜耦合加載，加載成本非常高，造成在室內模擬巖土體長期變形與力學特性的困難。因此需要研發一種能實現間歇循環動力荷載與長期靜力荷載耦合作用的巖土工程模型試驗加載方法及其裝置，又要實現低成本。

【發明內容】

本發明要解決的技術問題，在于提供一種巖土工程模型試驗的加載裝置及加載方法，能低成本實現對巖土工程模型開展靜力蠕變試驗或靜力蠕變試驗和動力疲勞試驗的耦合加載。

本發明的加載裝置是這樣實現的：一種巖土工程模型試驗的加載裝置，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。

進一步的，本發明的加載裝置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。

進一步的，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。

進一步的，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。

進一步的，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。

進一步的，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。

本發明加載方法之一是這樣實現的：一種巖土工程模型試驗的加載方法，利用本發明上述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。

本發明加載方法之二是這樣實現的：一種巖土工程模型試驗的荷載加載方法，利用本發明具有動力加載機構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；