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原文传递一种适用于岩土边坡、路基路堤的土体模型试验系统及方法

专利名称：	一种适用于岩土边坡、路基路堤的土体模型试验系统及方法
摘要：	一种适用于岩土边坡、路基路堤的土体模型试验系统及方法。试验系统包括加载框架、加载装置、模型箱、油源、主机。加载装置由伺服作动器以及液压传动多关节式机械臂组成，伺服作动器通过机械臂连接在加载框架的横梁上，机械臂可移动并调整伺服作动器的位置。伺服作动器的加载头上安装有倾角传感器以及位置传感器，实时调整加载头位置，保证加载头在试验中始终水平和居中。针对试验制样过程中分层填埋砂子时抹平不方便以及无法保证每层砂子层面的水平问题，设置砂子抹平装置。模型箱内安装可拆卸的任意边坡形成装置，且安装位置传感器以及倾角传感器，可保证水平位置以及坡面角度精确度，该装置配有挡板，挡板上安装有铰链可保证角度固定。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	上海;31
申请人：	上海大学
发明人：	高俊丽;袁川;张孟喜;丁勇;侯娟;王琴月
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-16T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-01T00:00:00+0800
申请号：	CN201910301833.4
公开号：	CN110296881A
代理机构：	上海上大专利事务所(普通合伙)
代理人：	陆聪明
分类号：	G01N3/00(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	200444 上海市宝山区上大路99号
主权项：	1.一种适用于岩土边坡、路基路堤的土体模型试验系统，包括：加载框架（Ⅰ）、加载装置（Ⅱ）、模型箱（Ⅲ）、油源（Ⅳ）和控制器（Ⅴ），其特征在于：所述加载装置（Ⅱ）安装于加载框架（Ⅰ）的横梁（2）上，模型箱（Ⅲ）放置于加载框架（Ⅰ）的底座（3）上，油源（Ⅳ）以及控制器（Ⅴ）依次放置在加载框架（Ⅰ）旁边，控制器（Ⅴ）通过电线与加载装置（Ⅱ）相连，油源（Ⅳ）通过油管（35）与加载装置（Ⅱ）相连；所述加载装置（Ⅱ）主要由连接在加载框架（Ⅰ）横梁（2）上的液压传动多关节式机械臂（11），以及连接在液压传动多关节式机械臂（11）上的伺服作动器（5）和安装在作动器加载头上的4个位置传感器和1个倾角传感器组成，所述模型箱（Ⅲ）内部安装有可拆卸的抹平装置和任意角度边坡形成装置。 2.根据权利要求1所述的一种适用于岩土边坡、路基路堤的土体模型试验系统，其特征在于：所述液压传动多关节式机械臂（11）下端通过螺丝与伺服作动器（5）相连，伺服作动器（5）由电液伺服阀、作动筒以及加载头组成；加载头位于伺服作动器（5）的最底部，并且加载头上安装1个倾角传感器，在加载头四个方向安装4个位置传感器，倾角传感器以及位置传感器的信号通过电线（36）传输至控制器（Ⅴ）的采集器（9）采集；伺服作动器（5）通过油管（35）与油源（Ⅳ）的油箱（6）相连，通过电线（36）与控制器（Ⅴ）相连，伺服作动器（5）通过液压传动多关节式机械臂（11）与加载框架（Ⅰ）的横梁（2）相连，液压传动多关节式机械臂（11）由上部连接底座（29）、连杆Ⅰ（30）、连杆Ⅱ（31）、连杆Ⅲ（32）、两个液压千斤顶（33）以及下部连接底座（34）组成，液压传动多关节式机械臂（11）的上部连接底座（29）通过螺丝与横梁（2）相连，下部连接底座（34）通过螺丝与伺服作动器（5）相连，液压传动多关节式机械臂（11）的连杆Ⅰ（30）可绕z轴转动；液压传动多关节式机械臂（11）由电线（37）与控制器（Ⅴ）相连，并且由控制器（Ⅴ）控制；控制器（Ⅴ）采集加载头上的倾角传感器和位置传感器的数据，并通过软件自动控制机械臂（11），调整伺服作动器（5）的位置，实现加载头的居中和水平；而且还可以通过控制器（Ⅴ）中的软件，控制机械臂（11）移动伺服作动器（5），达到增加加载头加载位置的目的。 3.根据权利要求1所述的一种适用于岩土边坡、路基路堤的土体模型试验系统，其特征在于：所述任意角度边坡形成装置由沿模型箱（Ⅲ）立柱上布置的竖直导轨（16）、平行于模型箱（Ⅲ）的箱壁的水平导轨（18）、垂直于水平导轨（18）的凹槽（19）、接头（20）和挡板（21）组成；水平导轨（18）可沿竖直导轨（16）滑动，接头（20）可沿水平导轨（18）滑动，凹槽（19）与接头（20）之间通过转轴相连，凹槽（19）上有螺孔可通过螺丝卡住挡板（21），凹槽（19）可绕y轴360°旋转形成任意角度的坡面；导轨（18）的接头上有螺丝孔，可通过螺丝将导轨（18）固定在竖直导轨（16）上；接头（20）上安装一个小型位置传感器，试验制样过程中通过接头（20）上位置传感器数据的数据精准定位接头（20）的位置，最终精确的确定试验所需坡面的坡顶面宽度；挡板（21）上有铰链（22），铰链（22）一端与挡板（21）相连，另一端为接头（23），接头（23）可沿水平导轨（18）滑动，并通过螺丝固定在水平导轨（18）上，挡板（21）上有圆环（24），可用铁钩或绳子钩住调节挡板（21）与水平面的夹角；挡板（21）上安装倾角传感器，在制样过程中通过倾角传感器的数据精准确定边坡的角度，结合接头（20）上位置传感器的数据，达到精确的形成试验所需坡面的目的。 4.根据权利要求1所述的一种适用于岩土边坡、路基路堤的土体模型试验系统，其特征在于：所述抹平装置由模型箱（Ⅲ）立柱布置的竖直导轨（17）、平行于模型箱（Ⅲ）的箱壁的水平导轨（25）、可伸缩铁杆（26）、接头（27）、可伸缩铁杆（26）铁杆末端为圆孔（28）组成，竖直导轨（17）与竖直导轨（6）相同，水平导轨（25）与水平导轨（18）相同；水平导轨（25）可沿导轨（17）滑动，可伸缩铁杆（26）通过相连的接头（27）沿水平导轨（25）滑动，可伸缩铁杆（26）通过转轴与接头（27）相连，可伸缩铁杆（26）可以转轴为圆心绕z轴进行180°转动，可伸缩铁杆（26）末端为圆孔（28），在试验制样时可用铁杆在圆孔（28）中移动伸缩铁杆（26）；在试验制样分层填砂的过程中，调节伸缩铁杆（26）的位置和长度，然后转动伸缩铁杆（26）达到对砂子抹平的目的。 5.根据权利要求1所述的一种适用于岩土边坡、路基路堤的土体模型试验方法，采用根据权利要求1所述的适用于岩土边坡、路基路堤的土体模型试验系统进行操作试验，其特征在于：具体操作步骤如下：（1）加载框架Ⅰ、底座3以及模型箱Ⅲ尺寸可根据试验需求进行调整、设计，制作框架、底座以及模型箱的材料必须选用强度足够的钢结构焊件；（2）横梁2与立柱1之间采用螺丝进行铆固连接，以方便调整横梁2高度，模型箱Ⅲ右侧门14关闭时采用螺丝进行固定；（3）模型箱Ⅲ的前侧玻璃12必须采用透明度高且强度足够的有机玻璃，为防止玻璃被刮花，在有机玻璃内侧覆盖高清膜进行保护；（4）装样时，旋转脚轮7上方的铁杆，降下脚轮7使之与移箱导轨8接触，推动模型箱Ⅲ至预定位置并升起脚轮7，拧紧右侧门14上的螺丝，关紧右侧门14进行装样、传感器埋设等操作；（5）在装样过程中砂子采用分层装填时，每一层装填完毕后调整水平导轨25的高度、接头75的位置以及伸缩铁杆26的长度，将铁杆插入圆孔28中，转动铁杆24对砂子进行抹平；（6）进行边坡试验时，在装样过程中可按照试验要求的高度、宽度，通过接头20上的位置传感器，精准确定水平导轨18及凹槽19的位置，然后按照试验要求的坡度，以及挡板21上倾角传感器的数据，精准确定挡板21与水平面的夹角，并用螺丝卡住接头20以及接头23，使其固定，分层填埋砂子，并重复过程（5）的操作进行抹平即可；（7）装样结束后将模型箱Ⅲ推动至试验位置，并升起脚轮7；（8）根据前侧玻璃12外侧的刻度尺贴条，确定加载板位置；（9）拉动安装于顶梁10上的油葫芦（4），调整横梁2的高度，以此调节伺服作动器5的位置，当横梁2调节至合适高度时，采用螺丝进行铆固，以保证加载过程中的安全性和稳定性，控制器Ⅴ采集加载头上位置传感器以及倾角传感器的信号，并通过控制器Ⅴ的软件控制机械臂11自动调整加载头的位置，以保证加载头能够准确居中并保持水平；（10）试验前，先将控制器Ⅴ的信号输出端连接在数据采集仪上，然后进入操作软件，并设置好试验信息，打开油源Ⅳ先将油源Ⅳ维持在低压状态，在操作软件中打开控制阀台，设置加载头高度与加载板接触；（11）试验中，在操作软件中设置试验过程的保护数据，根据试验的需求，设置作动器5的加载方式，并根据实际情况将油源Ⅳ的低压状态转换为高压；（12）试验结束后，点击退出试验并关闭阀台，然后关闭油源Ⅳ以及控制器Ⅴ电源，拉高伺服作动器5的位置，推出模型箱Ⅲ，之后挖出试验土体，回收传感器；（13）开展下一组试验时只需重复（4）—（12）即可；（14）以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。
所属类别：	发明专利