[發明專利]一種循環動載土體沉降的模型試驗裝置及試驗方法

在審

• 申請號: 201711206134.9
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN108007800A
• 公開（公告）日: 2018-05-08
• 發明（設計）人: 邵珠山;陳浩哲;喬汝佳;張媛媛;張碩成
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: G01N3/36
• 分類號: G01N3/36;G01C5/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

1.一種循環動載土體沉降的模型試驗裝置，其特征在于，包括模型箱、隧道模型、電液伺服動力加載系統、沉降監測系統以及控制系統；所述模型箱內填充有土體，并且土體內設置有隧道模型(12)，電液伺服動力加載系統與隧道模型(12)相連，電液伺服動力加載系統和沉降監測系統均與控制系統相連；電液伺服動力加載系統包括電液伺服作動器(4)、動力控制設備(5)與試驗支座框架，其中，動力控制設備(5)內部設置有電動機(6)，電動機(6)連接有油壓泵(7)，油壓泵(7)與電液伺服作動器(4)相連；

控制系統包括數據采集儀(17)、數據處理器(18)以及控制主機(19)；數據采集儀(17)與沉降監測系統相連，數據采集儀(17)與數據處理器(18)相連，數據處理器(18)將處理后的試驗數據傳輸至控制主機(19)；

沉降監測系統包括載荷傳感器(14)、位移傳感器(15)和若干柔性位移計(16)；載荷傳感器(14)設置于電液伺服作動器(4)的加壓下端，實時監測循環動載施加值；若干位移傳感器(15)設置于電液伺服作動器(4)的缸筒一側，實時監測隧道模型(12)底部位移值；載荷傳感器(14)位移傳感器(15)和若干柔性位移計(16)均與數據采集儀(17)相連；

模型箱包括鋼板底座(1)、型鋼框架(2)和有機玻璃板(3)；鋼板底座(1)上設置有4塊有機玻璃板(3)，4塊有機玻璃板(3)相連形成空腔，有機玻璃板(3)外側設置有型鋼框架(2)；

開啟控制主機(19)，設定基準起始動荷載值、試驗參數存儲間隔及動荷載頻率值，動力控制設備(5)接收控制主機(19)指令后控制電動機(6)推動油壓泵(7)對油體加壓，油體流入電液電液伺服閥(4)，電液伺服作動器(4)接收控制主機(19)指令后通過電液伺服閥精準調節負載壓力與缸筒位移，載荷傳感器(14)實時輸出動荷載施加值，當達到基準起始動荷載值時位移傳感器(15)實時輸出隧道模型(12)底端位移值，柔性位移計(16)實時輸出土體位移變化值，試驗數據經數據采集儀(17)傳輸至數據處理器(18)，數據處理器(18)對采集到的數據進行篩分，通過參數分析模塊進行差值分析，得到隧道底部沉降隨時間的變化趨勢、隧道沉降對周圍土體的影響范圍、加載頻率、大小、時長對隧道沉降的影響，數據處理器(18)將分析后的試驗數據傳輸至控制主機(19)，控制主機(19)將整理后不同加載頻率下的動荷載數據分別與對應隧道模型(12)底端位移數據、隧道模型(12)周邊土體位移變化數據進行關系曲線擬合，形成圖像，根據圖像預測不同測點位移隨循環動載下的變化趨勢。

2.根據權利要求1所述的循環動載土體沉降的模型試驗裝置，其特征在于，油壓泵(7)還連接有冷卻系統(8)。

3.根據權利要求1所述的循環動載土體沉降的模型試驗裝置，其特征在于，鋼板底座(1)的底面設置有橡膠減震墊(11)。

4.根據權利要求1所述的循環動載土體沉降的模型試驗裝置，其特征在于，試驗支座框架包括鋼管支架(10)以及高度能夠調節的混凝土支撐板(9)；混凝土支撐板(9)水平設置，鋼管支架(10)為兩對并且豎直設置，混凝土支撐板(9)通過螺栓固定在兩對鋼管支架(10)上，鋼管支架(10)下端通過螺栓固定于鋼板底座(1)上；電液伺服作動器(4)固定于混凝土支撐板(9)上，并且電液伺服作動器(4)的下端穿過混凝土支撐板(9)。

5.根據權利要求1所述的循環動載土體沉降的模型試驗裝置，其特征在于，位移傳感器(15)采用磁致伸縮位移傳感器；柔性位移計(16)布置方式為以隧道模型(12)中心為原點，分別沿水平、豎直方向等距離布置一排和一列柔性位移計。

6.根據權利要求1所述的循環動載土體沉降的模型試驗裝置，其特征在于，隧道模型(12)采用鋼材制成，呈空心圓筒狀；隧道模型(12)上方設置有加載通孔，加載通孔內設置有動力加載桿(13)，動力加載桿(13)連接電液伺服作動器(4)下端加荷點與隧道模型(12)底部受荷點。

7.一種基于權利要求1所述裝置的試驗方法，其特征在于，開啟控制主機(19)，設定基準起始動荷載值、試驗參數存儲間隔及動荷載頻率值，動力控制設備(5)接收控制主機(19)指令后控制電動機(6)推動油壓泵(7)對油體加壓，油體流入電液電液伺服閥(4)，電液伺服作動器(4)接收控制主機(19)指令后通過電液伺服閥精準調節負載壓力與缸筒位移，載荷傳感器(14)實時輸出動荷載施加值，當達到基準起始動荷載值時位移傳感器(15)實時輸出隧道模型(12)底端位移值，柔性位移計(16)實時輸出土體位移變化值，試驗數據經數據采集儀(17)傳輸至數據處理器(18)，數據處理器(18)對采集到的數據進行篩分，通過參數分析模塊進行差值分析，得到隧道底部沉降隨時間的變化趨勢、隧道沉降對周圍土體的影響范圍、加載頻率、大小、時長對隧道沉降的影響，數據處理器(18)將分析后的試驗數據傳輸至控制主機(19)，控制主機(19)將整理后不同加載頻率下的動荷載數據分別與對應隧道模型(12)底端位移數據、隧道模型(12)周邊土體位移變化數據進行關系曲線擬合，形成圖像，根據圖像預測不同測點位移隨循環動載下的變化趨勢。