一种室内冻土模型桩静力加载实验装置的制造方法
一种室内冻土模型桩静力加载实验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及土建领域的一种室内试验装置，具体地，涉及一种室内冻土模型粧静力加载实验装置。
【背景技术】
[0002]作为建筑物下部结构的粧基础可将建筑物的自重荷载和承重荷载传递到力学性能较好地基深部，从而避免或减少建筑物的非均匀沉降。随着世界各国高层建筑、高速铁路和桥梁等对沉降量有苛刻要求建筑物的大量建设，粧基的承载力性能和粧土流变特性研宄日益引人关注，并成为此类结构设计、施工时必定考虑的核心问题。
[0003]冻土是一种低于零摄氏度且富含冻结水、未冻结水的土体，其总面积约占陆地面积的50%。冻土富含冰晶，在外界压力和温度荷载作用下，固体颗粒接触点处发生应力集中，将会导致冰的粘塑形流动或融化，发生水分迀移，因而，冻土是一种流变特性明显的材料介质。冻土的流变特性会直接影响粧的力学特性，所以在冻土粧基设计、施工中必须考虑粧-土的流变效应。
[0004]粧基设计前通常会进行粧基础的静载荷实验，其目的是根据实测粧的载荷沉降关系获得粧的承载能力和观测粧的破坏形式。单粧静载实验按照实验目的可分为两类:工程检测验证性实验和研宄性实验。研宄性实验通常是为了了解、揭示和探讨某个理论问题，如粧的载荷传递机理，粧-土流变效应等。尽管静载原形实物实验是验证或研宄某个理论最为直观、可靠的方法，但作为一种测试技术，其存在实验投入大、耗时长、成本高，制约因素多、甚至无法进行原形实验的诸多缺陷。而基于相似性理论的模型粧试验为研宄、探索和解决问题提供了一种有效方法。
[0005]模型粧实验是根据粧基的实际工作状态，进行合理全面地构思，建立与原型具有相似性规律的模型，借助科学仪器仪器和实验设备，人为地控制实验条件，研宄粧基在某一情况时的受力变形特征。目前，模型粧室内实验已成为研宄粧基础承载特性、粧-土流变规律研宄的主要手段，并得到广泛应用。
[0006]当前，冻土模型粧室内试验主要采用MTS万能材料试验机装置，其价格昂贵，维修费用高，已成为科学研宄、实验教学的掣肘。
[0007]在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术中至少存在成本高、维护费用大和花费时间长等缺陷。
【实用新型内容】
[0008]本实用新型的目的在于，针对上述问题，提出一种室内冻土模型粧静力加载实验装置，以实现成本低、维护费用小和花费时间短的优点。
[0009]本实用新型的第二目的在于，提出一种室内冻土模型粧静力加载实验方法。
[0010]为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是:一种室内冻土模型粧静力加载实验装置，包括设置在水平面上的工作台，竖直焊接在所述工作台上的加载框架，自上向下依次配合安装在所述加载框架外侧顶部至内侧底部的自平衡杠杆静力加载装置、制冷系统和粧土模型，以及设置在所述加载框架外部侧壁的位移测量系统和应变测试系统；所述位移测量系统，伸入加载框架连接至制冷系统和粧土模型的之间部位；所述应变测试系统，伸入至粧土模型。
[0011]进一步地，所述工作台，包括竖直对称设置的4根立柱，安装在所述4根立柱顶端的台面，以及安装在所述4根立柱中相邻2根立柱之间的横梁。
[0012]进一步地，所述加载框架，包括由左右立柱和上部顶横梁焊接成的门字形结构，以及设置在顶横梁上的安装孔；所述立柱和顶横梁均采用双杆有间隙焊接结构；所述门字形结构的宽度和高度均大于低温试验箱的宽度和高度。
[0013]进一步地，所述自平衡杠杆静力加载装置，包括水平设置在所述加载框架上方的杠杆，设置在所述杠杆与加载框架之间的连接件，设置在所述杠杆一端的平衡配重，设置在所述杠杆另一端的砝码，设置在所述杠杆靠近砝码一端端部的铰，以及穿过制冷系统伸至粧土模型、且竖直设置在所述杠杆中部与粧土模型之间的传力杆。
[0014]进一步地，所述杠杆的一端通过细钢丝与砝码盘相连，杠杆的另一端制成螺纹杆，螺纹杆上配有平衡配重，平衡配重能够沿螺纹杆旋转前进后退，实现杠杆的自平衡；
[0015]所述杠杆的中部位置设有前中后三组连接件，中间连接件下端与加载框架固结、上端与杠杆铰接作为杠杆的支点；当前连接件下端与传力杆铰接时实现模型粧压力荷载的施加，当后连接件下端与传力杆铰接时实现模型粧拉力荷载的施加；传力杆与连接件铰接，铰接时确保连接件、传力杆和粧三者铅直且共线。
[0016]进一步地，所述制冷系统，包括设置在所述加载框架内部的低温试验箱，设置在所述低温试验箱内部的温度感应器；所述低温试验箱能够提供冻土模型粧实验环境，在低温试验箱的顶部和侧部均开有过孔。
[0017]进一步地，所述位移测量系统，包括设置在加载框架内部、且位于制冷系统和粧土模型的之间部位的位移计，设置在加载框架外部的动态应变测试分析系统，连接在所述位移计与动态应变测试分析系统之间的位移计引线，以及与所述动态应变测试分析系统连接、能够实时存储位移数据的计算机。
[0018]进一步地，所述应变测试系统，包括贴覆在所述粧土模型的各个测点的应变片，设置在加载框架外部的静态态应变测试系统，连接在所述应变片与静态态应变测试系统之间的应变片引线，，以及与所述静态态应变测试系统连接、能够实时存储位移数据的计算机。
[0019]进一步地，所述粧土模型，包括水平设置在所述加载框架内侧底部、且用于制作实验用冻土模型粧的实验桶容器，以及竖直设置在自平衡杠杆静力加载装置底部且伸入实验桶容器的混凝土单粧；在所述实验桶容器内部、混凝土单粧的外围填充有粧周土体；所述混凝土单粧与应变测试系统连接。
[0020]同时，本实用新型采用的另一技术方案是:一种与以上所述的室内冻土模型粧静力加载实验装置相匹配的室内冻土模型粧静力加载实验方法，包括:
[0021]制作室内实验所用的模型粧即粧土模型，并按测点位置贴好应变片后利用电烙铁将应变片和外伸导线焊接在一起；
[0022]选取实验用粧周土，按照实验设计对其进行相应处理，待处理完毕后分批次放入实验桶中分层夯实，粧底厚度，粧模型的埋深厚度，粧土模型的冻结时间等均须按冻土试验规范的要求进行；
[0023]基于上述制作的模型粧，选取与之匹配长度的传力杆，一端与杠杆铰接，通过调整杠杆平衡配重位置，使得未加载时杠杆处于水平位置、传力杆另一端与粧顶接触且共线；
[0024]将连接应变片导线的线路与静态应变测试分析系统连接，将连接动态应变测试分析系统的位移计放置到粧顶位移测量位置；
[0025]检查无误后开始进行加载实验，加载方案应依据粧基实验类别预先制定。粧基承载力实验采用分级加载方案，粧-土流变实验采用恒定加载方案；
[0026]试验中利用位移计、动态应变测试仪和计算机测量、收集粧顶实时位移数据信息；利用应变片、静态应变测试仪和计算机测量、收集粧身应变数据信息。
[0027]本实用新型各实施例的室内冻土模型粧静力加载实验装置，由于该装置包括设置在水平面上的工作台，竖直焊接在工作台上的加载框架，自上向下依次配合安装在加载框架外侧顶部至内侧底部的自平衡杠杆静力加载装置、制冷系统和粧土模型，以及设置在加载框架外部侧壁的位移测量系统和应变测试系统；位移测量系统，伸入加载框架连接至制冷系统和粧土模型的之间部位；应变测试系统，伸入至粧土模型；从而可以克服现有技术中成本高、维护费用大和花费时间长的缺陷，以实现成本低、维护费用小和花费时间短的优点。
[0028]本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。
[0029]下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0030]附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中:
[0031]图1为本实用新型室内冻土模型粧静力加载实验装置的结构示意图；
[0032]图2为本实用新型中工作台的三维示意图；
[0033]图3为本实用新型中加载框架三维示意图；
[0034]图4为本实用新型中加载框架三维示意图是本实用新型自平衡杠杆式静力加载装置力臂关系示意图；
[0035]图5为本实用新型中室内冻土模型粧静力加载流程示意图。
[0036]结合附图，本实用新型实施例中附图标记如下:
[0037]100-自平衡杠杆静力加载装置，200-制冷系统，300-位移测量系统，400-应变测试系统，500-工作台，600-粧土模型；
[0038]11-杠杆，12-平衡配重，13-砝码，14-连接件，15-铰，16-传力杆，17-加载框架；21-低温试验箱，22-温度感应器；31_位移计，32-动态应变测试分析系统，33-位移计引线；41_应变片，42-静态应变测试分析 系统，43-应变片引线；51_台面，52-立柱，53-连接杆；61_混凝土单粧，62-粧周土体。
【具体实施方式】
[0039]以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0040]根据本实用新型实施例，如图1-图5所示，提供了一种室内冻土模型粧静力加载实验装置，具体是一种冻土模型粧室内流变实验和承载性能室内实验的静力加载实验装置。
[0041]本实用新型的技术方案，将一种自平衡杠杆加载装置通过加载框架与低温试验箱内的模型粧相连接，通过砝码施加静力载荷，使得粧基室内静载实验设备的成本大幅降低，能够实现室内模型粧实验中涉及静力分级加载、恒定加载相关的实验。该室内冻土模型粧静力加载实验装置的材料均为钢材。
[0042]本实用新型的技术方案中，一种室内冻土模型粧静力加载实验装置，包括工作台500、制冷系统200、加载框架17、自平衡杠杆静力加载装置自平衡杠杆静力加载装置100、位移测量系统300和应变测试系统400。
[0043]其中，工作台500包括台面51、立柱52和横梁(即连接梁53)，其功能是对加载框架、低温试验箱起支撑作用，尺寸依赖于于低温试验箱的大小，高度以70~80cm为宜，材质为钢材。
[0044]制冷系统200包括低温试验箱21和温度感应器22。低温试验箱提供冻土模型粧实验环境，其上部和侧面均开有一小孔，方便传力杆和线路进出试验箱，试验箱须提供温度检测显示、能控制温度。
[0045]加载框架17焊接在工作台上，由左右立柱和上部顶横梁焊接成门字形；为降低加载框架自身变量对实验结果的影响，立柱和顶横梁均采用双杆有间隙焊接结构；加载框架宽度和高度须大于低温试验箱宽度和高度。
[0046]自平衡杠杆静力加载装置100，包括杠杆11、平衡配重12、砝码13、螺栓14、铰15和传力杆16。杠杆11 一端通过细钢丝与砝码盘相连，另一端制成螺纹杆，其上配有平衡配重12，平衡配重可沿螺纹杆旋转前进后退，能方便地实现杠杆的自平衡。杠杆上设有前中后三组连接件14，中间连接件下端与加载框架固结，上端与杠杆铰接，作为杠杆的支点；当前连接件下端与传力杆铰接时实现模型粧压力荷载的施加，当后连接件下端与传力杆铰接时实现模型粧拉力荷载的施加。自平衡杠杆静力加载装置的传力杆与连接件铰接，铰接时确保连接件、传力杆和粧三者铅直且共线。
[0047]具体地，本实用新型的技术方案是:一种室内冻土模型粧静力加载实验装置，包括工作台、固定于工作台500上的加载框架17、放置于工作台500上加载框架17内的低温试验箱21、用于测量低温试验箱环境温度的温度感应器22、置于加载框架17顶端的自平衡杠杆式静力加载装置100、用于制作实验用冻土模型粧的实验桶容器、用于测量模型粧粧顶位移的一个位移计31以及通过导线(如位移计引线33)与位移计31连接的动态应变测试分析系统32 ;用于测量粧体应变，按测点布置的多个应变片(如应变片41)以及通过导线(如应变片引线43)与应变片连接的静态应变测试分析系统42，一台通过线路与动态、静态应变测试分析系统相连接，用于收集、分析实验数据的计算机。
[0048]其中，工作台包括底座、立柱和台面，其功能是对加载框架、低温试验箱起支撑作用，尺寸依赖于于低温试验箱的大小，高度以70~80cm为宜，材质为钢材，立柱和台面应具备较强的刚度，使得模型粧静载实验时可忽略工作台的变形。
[0049]加载框架由3组钢杆焊接成门字形后固结于工作台台面，其中顶梁、左右立柱均采用双钢杆结构，以增大加载框架的刚度，抵抗变形，减少实验误差，提高精度；所述顶梁上设置有孔，以便安装杠杆加载装置。所述加载框架尺寸以立柱紧贴低温试验箱，高度较试验箱高5~10厘米为宜。
[0050]自平衡杠杆静力加载装置由杠杆、砝码、平衡配重、传力杆和3组连接件构成，杠杆一端通过钢丝连接砝码盘，另一端设置有螺纹杆和平衡配重，可通过改变平衡配重的位置实现杠杆的自平衡。杠杆上设有前中后三组连接件，中间连接件下端与加载框架固结，上端与杠杆铰接，作为杠杆的支点；当前连接件下端与传力杆铰接时实现模型粧压力荷载的施加，当后连接件下端与传力杆铰接时实现模型粧拉力荷载的施加。传力杆一端开有圆孔，可通过圆柱销与杠杆杆身相连接，传力杆另一端穿过低温试验箱的孔洞，作用在模型粧的粧顶垫板上。自平衡杠杆式加载，砝码荷载力臂是粧顶荷载力臂的10倍，因而传力杆传递的静载是砝码自重荷载的10倍。并且，通过改变杠杆长度或支点位置，也可获得其他倍数的粧顶荷载。
[0051]低温试验箱是建立冻土环境的模型实验粧基容器，其内设置有温度传感器，低温试验箱可定制，其顶部正中和一侧侧壁均开有小孔，以便传力杆、连接位移计、应变片和动态/静态应变测试分析系统的导线穿过。实验桶可根据模型粧尺寸选择大小，作为粧基土的容器。
[0052]位移计、动态应变测试系统、连接线路构成本实用新型的位移测量系统，可直接选择相关企业的产品组装，该系统也可用于其他有关位移的测量。
[0053]贴于模型粧各个测点的应变片、静态态应变测试系统和连接线路构成本实用新型的应变测试系统，可直接选择相关企业的产品组装，该系统也可用于其他有关应变的测量。
[0054]同时，本实用新型采用的另一种技术方案是:一种与上述室内冻土模型粧静力加载实验装置相匹配的静力加载实验方法，包括:
[0055]根据相似性规律，制作室内实验所用的模型粧，并按测点位置贴好应变片后利用电烙铁将应变片和外伸导线焊接在一起；
[0056]选取实验用粧周土，按照实验设计对其进行相应处理，待处理完毕后分批次放入实验桶中分层夯实，粧底厚度，粧模型的埋深厚度，粧土模型的冻结时间等均须按冻土试验规范的要求进行；
[0057]基于上述制作的模型粧，选取与之匹配长度的传力杆，一端与杠杆铰接，通过调整杠杆平衡配重位置，使得未加载时杠杆处于水平位置、传力杆另一端与粧顶接触且共线；
[0058]将连接应变片导线的线路与静态应变测试分析系统连接，将连接动态应变测试分析系统的位移计放置到粧顶位移测量位置；
[0059]检查无误后开始进行加载实验，加载方案应依据粧基实验类别预先制定。粧基承载力实验采用分级加载方案，粧-土流变实验采用恒定加载方案；
[0060]试验中利用位移计、动态应变测试仪和计算机测量、收集粧顶实时位移数据信息；利用应变片、静态应变测试仪和计算机测量、收集粧身应变数据信息。
[0061]与现有技术相比，本实用新型的技术方案，至少可以达到的有益效果是:
[0062]⑴利用砝码自重通过杠杆施加静力荷载，操作简单，容易实现，不消耗能量；在模型粧实验中，通过改变杠杆支点位置或杠杆长度，可获得不同砝码自重荷载比的粧顶静力荷载，完全能够满足室内模型实验粧加载的需求。
[0063]⑵利用杠杆加载，可以确保粧顶静力荷载的稳定性，保证了静载实验的准确性。现有技术中，多采用液压系统施加静载，但粧在荷载作用下的沉降使得以液压方式施加的静载有所损失，影响实验结果的精度；而杠杆加载时传力杆不会因粧的沉降而与粧顶面分离，保证了粧顶静载的稳定性和持久性。
[0064]⑶实验装置结构简单，造价低廉。现有技术中，室内模型粧静载实验多采用美国MTS公司生产的电液伺服材料试验机MTS-810，其售价超过200万人民币，且维修成本也很高，极大的限制了粧基础室内实验的开展，特别是限制了粧基实验教学的进行。本实用新型总造价不超过5万元人名币，且位移测量记录系统和应变测量记录系统均可与其实验仪器共用，可进一步降低了实验室设备采购费。
[0065]例如，参见图1，本实施例的室内冻土模型粧静力加载实验装置，包括工作台500、低温试验箱200、加载框架17、自平衡杠杆静力加载装置100、位移测量系统300、应变测试系统400和粧土模型600。
[0066]这里，室内冻土模型粧静力加载实验装置的工作台500由台面51、立柱52和横梁53三部分组成；台面材质钢板，尺寸依据低低温试验箱尺寸选取，本实施例中台面尺寸为600X800X 15mm ;四根立柱和八根横梁均采用工字形型钢，二者焊接成工作台的支撑框架，横梁围成的圈梁尺寸应略小于低温试验箱底面尺寸，本实施例中为50X700mm;工作台总高750mm，本实施例中的工作台三维示意图见图2。
[0067]加载框架17焊接在工作台上，由左右立柱和上部顶横梁焊接成门字形；为降低加载框架自身变量对实验结果的影响，立柱和顶横梁均采用双杆有间隙焊接结构；顶横梁开有安装杠杆支座的多个圆孔，以方便改变杠杆连接位置；加载框架宽度和高度须大于低温试验箱宽度和高度，本实施例中其宽度为790mm，高度为950mm，图4为加载框架三维示意图。
[0068]低温试验箱200是由一款单开门DW-40低温试验箱21改造得到，其顶部正 中位置开了一直径15_孔，以便传力杆16可以插入到试验箱；其一侧侧壁也开有直径1mm孔，以便位移测量系统300和应变测试系统400的连接线穿过。该低温试验箱上配备温度设定装置、照明装置、温度显示屏和温度控制传感器22，其最低温度可低至-40°C，设定温度的误差范围能够控制在0.2°C范围内。所述试验箱外形尺寸540X785X885mm，箱内工作室尺寸380X430X600mm。
[0069]自平衡杠杆静力加载装置100，包含杠杆11、平衡配重12、砝码13、螺栓14、铰15和传力杆16。杠杆11 一端通过细钢丝与砝码盘相连，另一端制成螺纹杆，其上配有平衡配重12，平衡配重可沿螺纹杆旋转前进后退，能方便地实现杠杆的自平衡。杠杆上设有前中后三组连接件14，中间连接件下端与加载框架固结，上端与杠杆铰接，作为杠杆的支点；当前连接件下端与传力杆铰接时实现模型粧压力荷载的施加，当后连接件下端与传力杆铰接时实现模型粧拉力荷载的施加。图2是本实施例杠杆静力加载力臂关系示意图，模型粧压力荷载是砝码荷载的10倍。本实施例采用传力杆与前连接件铰接，铰接时确保连接件、传力杆和粧三者铅直且共线。
[0070]位移测量系统300由型号为GHSI750-4-20mA的位移计31、DH3817动态应变测试分析系统32和连接线(即位移计引线33)组成；位移计量程0~10mm，动态应变测试分析系统与计算机连接实现位移数据的实时存储。
[0071]应变测试系统400由粘贴于模型粧应变测点上的多组应变片41、DH3816静态应变测试分析系统42和连接线43组成；静态应变测试分析系统与计算机连接实现测点应变数据的定时测量与存储。
[0072]室内冻土模型实验粧(即粧土模型600)采用混凝土单粧61，应变片按测点位置依次粘贴在模型粧上；粧周土体62采用兰州标准黄土。按照相关实验规定，制备冻土模型粧基并将其放置于低温试验箱冷冻至实验要求温度。
[0073]使用上述实施例中的位移测量系统300和应变测试系统400，将连接线路接通，采用分级加载进行粧基承载力性能试验。
[0074]本实施例中实验设备的使用流程如图5所示。
[0075]本实用新型的技术方案中，室内冻土模型粧静力加载实验装置的安装方法是首相将加工好的工作台安置到实验室某一位置，然后焊接加载框架，并将加工好的加载框架焊接到工作台台面，将低温试验箱放置在工作台台面上，使得加载框架位于低温试验箱正上方；再将杠杆通过螺栓固结到加载框架上，连接好砝码盘，旋入平衡配重即可。
[0076]本实用新型的技术方案中，室内冻土模型粧静力加载实验装置在模型粧静载实验的流程是:首先按照实验要求和相关规范制作模型粧、布置测点，在测点上粘贴好应变片备用；其次加工好粧周土，并在实验桶内制作好粧土模型，将其放置到低温试验箱冷冻到符合实验要求；再次在杠杆上安装与模型粧长度相匹配的传力杆，调整传力杆位置和平衡配重使得空载时杠杆达到水平，传力杆和粧铅直共线；再次连接应变片线路和静态应变仪测试系统，位移计和动态应变测试分析系统，并将位移计安放到粧顶指定位置，并使两个应变测试系统分别和计算机连接好；最后按照确定的荷载量添加砝码，进行静力加载实验，记录实验数据并分析实验数据。
[0077]本实用新型的技术方案，公开了一种室内冻土模型粧静力加载实验装置，该装置包括工作台、固定于工作台上的加载框架、放置于工作台上加载框架内的低温试验箱、用于测量试验箱环境温度的温度感应器、置于框架顶端的自平衡杠杆式静力加载装置、用于实验的冻土模型粧、用于测量模型粧粧顶位移的一个位移计及动态应变测试分析系统，用于测量粧体应变的多个应变片及静态应变测试分析系统，用于收集、分析实验数据的一台计算机。本实用新型的技术方案，可进行室内冻土模型粧粧基承载性能和粧-土流变规律的实验研宄，具有测试精确、占地面积小、构造简单、造价低、组装方便、省电节能的优点。
[0078]本实用新型的技术方案，采用简单、易操作、易加工的自平衡杠杆式静力加载装置，所设计的实验装置总造价不超过5万元，若考虑位移测量装置和应变测量装置的通用型，以及非冻土模型粧不需要低温箱的特征，其造价将会大幅降低。
[0079]最后应说明的是:以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种室内冻土模型粧静力加载实验装置，其特征在于，包括设置在水平面上的工作台，竖直焊接在所述工作台上的加载框架，自上向下依次配合安装在所述加载框架外侧顶部至内侧底部的自平衡杠杆静力加载装置、制冷系统和粧土模型，以及设置在所述加载框架外部侧壁的位移测量系统和应变测试系统；所述位移测量系统，伸入加载框架连接至制冷系统和粧土模型的之间部位；所述应变测试系统，伸入至粧土模型。2.根据权利要求1所述的室内冻土模型粧静力加载实验装置，其特征在于，所述工作台，包括竖直对称设置的4根立柱，安装在所述4根立柱顶端的台面，以及安装在所述4根立柱中相邻2根立柱之间的横梁。3.根据权利要求1所述的室内冻土模型粧静力加载实验装置，其特征在于，所述加载框架，包括由左右立柱和上部顶横梁焊接成的门字形结构，以及设置在顶横梁上的安装孔；所述立柱和顶横梁均采用双杆有间隙焊接结构；所述门字形结构的宽度和高度均大于低温试验箱的宽度和高度。4.根据权利要求1所述的室内冻土模型粧静力加载实验装置，其特征在于，所述自平衡杠杆静力加载装置，包括水平设置在所述加载框架上方的杠杆，设置在所述杠杆与加载框架之间的连接件，设置在所述杠杆一端的平衡配重，设置在所述杠杆另一端的砝码，设置在所述杠杆靠近砝码一端端部的铰，以及穿过制冷系统伸至粧土模型、且竖直设置在所述杠杆中部与粧土模型之间的传力杆。5.根据权利要求4所述的室内冻土模型粧静力加载实验装置，其特征在于，所述杠杆的一端通过细钢丝与砝码盘相连，杠杆的另一端制成螺纹杆，螺纹杆上配有平衡配重，平衡配重能够沿螺纹杆旋转前进后退，实现杠杆的自平衡； 所述杠杆的中部位置设有前中后三组连接件，中间连接件下端与加载框架固结、上端与杠杆铰接作为杠杆的支点；当前连接件下端与传力杆铰接时实现模型粧压力荷载的施加，当后连接件下端与传力杆铰接时实现模型粧拉力荷载的施加；传力杆与连接件铰接，铰接时确保连接件、传力杆和粧三者铅直且共线。6.根据权利要求1所述的室内冻土模型粧静力加载实验装置，其特征在于，所述制冷系统，包括设置在所述加载框架内部的低温试验箱，设置在所述低温试验箱内部的温度感应器；所述低温试验箱能够提供冻土模型粧实验环境，在低温试验箱的顶部和侧部均开有过孔。7.根据权利要求1所述的室内冻土模型粧静力加载实验装置，其特征在于，所述位移测量系统，包括设置在加载框架内部、且位于制冷系统和粧土模型的之间部位的位移计，设置在加载框架外部的动态应变测试分析系统，连接在所述位移计与动态应变测试分析系统之间的位移计引线，以及与所述动态应变测试分析系统连接、能够实时存储位移数据的计算机。8.根据权利要求1所述的室内冻土模型粧静力加载实验装置，其特征在于，所述应变测试系统，包括贴覆在所述粧土模型的各个测点的应变片，设置在加载框架外部的静态态应变测试系统，连接在所述应变片与静态态应变测试系统之间的应变片引线，以及与所述静态态应变测试系统连接、能够实时存储位移数据的计算机。9.根据权利要求1所述的室内冻土模型粧静力加载实验装置，其特征在于，所述粧土模型，包括水平设置在所述加载框架内侧底部、且用于制作实验用冻土模型粧的实验桶容器，以及竖直设置在自平衡杠杆静力加载装置底部且伸入实验桶容器的混凝土单粧；在所述实验桶容器内部、混凝土单粧的外围填充有粧周土体；所述混凝土单粧与应变测试系统连接。
【专利摘要】本实用新型公开了一种室内冻土模型桩静力加载实验装置，该装置包括设置在水平面上的工作台，竖直焊接在所述工作台上的加载框架，自上向下依次配合安装在所述加载框架外侧顶部至内侧底部的自平衡杠杆静力加载装置、制冷系统和桩土模型，以及设置在所述加载框架外部侧壁的位移测量系统和应变测试系统；所述位移测量系统，伸入加载框架连接至制冷系统和桩土模型的之间部位；所述应变测试系统，伸入至桩土模型。本实用新型所述室内冻土模型桩静力加载实验装置，可以克服现有技术中成本高、维护费用大和花费时间长等缺陷，以实现成本低、维护费用小和花费时间短的优点。
【IPC分类】G01N3/08
【公开号】CN204694560
【申请号】CN201520425855
【发明人】段志东, 吴亚平, 王友平, 刘亚尊
【申请人】兰州交通大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月18日
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及土建领域的一种室内试验装置，具体地，涉及一种室内冻土模型粧静力加载实验装置。
【背景技术】
[0002]作为建筑物下部结构的粧基础可将建筑物的自重荷载和承重荷载传递到力学性能较好地基深部，从而避免或减少建筑物的非均匀沉降。随着世界各国高层建筑、高速铁路和桥梁等对沉降量有苛刻要求建筑物的大量建设，粧基的承载力性能和粧土流变特性研宄日益引人关注，并成为此类结构设计、施工时必定考虑的核心问题。
[0003]冻土是一种低于零摄氏度且富含冻结水、未冻结水的土体，其总面积约占陆地面积的50%。冻土富含冰晶，在外界压力和温度荷载作用下，固体颗粒接触点处发生应力集中，将会导致冰的粘塑形流动或融化，发生水分迀移，因而，冻土是一种流变特性明显的材料介质。冻土的流变特性会直接影响粧的力学特性，所以在冻土粧基设计、施工中必须考虑粧-土的流变效应。
[0004]粧基设计前通常会进行粧基础的静载荷实验，其目的是根据实测粧的载荷沉降关系获得粧的承载能力和观测粧的破坏形式。单粧静载实验按照实验目的可分为两类:工程检测验证性实验和研宄性实验。研宄性实验通常是为了了解、揭示和探讨某个理论问题，如粧的载荷传递机理，粧-土流变效应等。尽管静载原形实物实验是验证或研宄某个理论最为直观、可靠的方法，但作为一种测试技术，其存在实验投入大、耗时长、成本高，制约因素多、甚至无法进行原形实验的诸多缺陷。而基于相似性理论的模型粧试验为研宄、探索和解决问题提供了一种有效方法。
[0005]模型粧实验是根据粧基的实际工作状态，进行合理全面地构思，建立与原型具有相似性规律的模型，借助科学仪器仪器和实验设备，人为地控制实验条件，研宄粧基在某一情况时的受力变形特征。目前，模型粧室内实验已成为研宄粧基础承载特性、粧-土流变规律研宄的主要手段，并得到广泛应用。
[0006]当前，冻土模型粧室内试验主要采用MTS万能材料试验机装置，其价格昂贵，维修费用高，已成为科学研宄、实验教学的掣肘。
[0007]在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术中至少存在成本高、维护费用大和花费时间长等缺陷。
【实用新型内容】
[0008]本实用新型的目的在于，针对上述问题，提出一种室内冻土模型粧静力加载实验装置，以实现成本低、维护费用小和花费时间短的优点。
[0009]本实用新型的第二目的在于，提出一种室内冻土模型粧静力加载实验方法。
[0010]为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是:一种室内冻土模型粧静力加载实验装置，包括设置在水平面上的工作台，竖直焊接在所述工作台上的加载框架，自上向下依次配合安装在所述加载框架外侧顶部至内侧底部的自平衡杠杆静力加载装置、制冷系统和粧土模型，以及设置在所述加载框架外部侧壁的位移测量系统和应变测试系统；所述位移测量系统，伸入加载框架连接至制冷系统和粧土模型的之间部位；所述应变测试系统，伸入至粧土模型。
[0011]进一步地，所述工作台，包括竖直对称设置的4根立柱，安装在所述4根立柱顶端的台面，以及安装在所述4根立柱中相邻2根立柱之间的横梁。
[0012]进一步地，所述加载框架，包括由左右立柱和上部顶横梁焊接成的门字形结构，以及设置在顶横梁上的安装孔；所述立柱和顶横梁均采用双杆有间隙焊接结构；所述门字形结构的宽度和高度均大于低温试验箱的宽度和高度。
[0013]进一步地，所述自平衡杠杆静力加载装置，包括水平设置在所述加载框架上方的杠杆，设置在所述杠杆与加载框架之间的连接件，设置在所述杠杆一端的平衡配重，设置在所述杠杆另一端的砝码，设置在所述杠杆靠近砝码一端端部的铰，以及穿过制冷系统伸至粧土模型、且竖直设置在所述杠杆中部与粧土模型之间的传力杆。
[0014]进一步地，所述杠杆的一端通过细钢丝与砝码盘相连，杠杆的另一端制成螺纹杆，螺纹杆上配有平衡配重，平衡配重能够沿螺纹杆旋转前进后退，实现杠杆的自平衡；
[0015]所述杠杆的中部位置设有前中后三组连接件，中间连接件下端与加载框架固结、上端与杠杆铰接作为杠杆的支点；当前连接件下端与传力杆铰接时实现模型粧压力荷载的施加，当后连接件下端与传力杆铰接时实现模型粧拉力荷载的施加；传力杆与连接件铰接，铰接时确保连接件、传力杆和粧三者铅直且共线。
[0016]进一步地，所述制冷系统，包括设置在所述加载框架内部的低温试验箱，设置在所述低温试验箱内部的温度感应器；所述低温试验箱能够提供冻土模型粧实验环境，在低温试验箱的顶部和侧部均开有过孔。
[0017]进一步地，所述位移测量系统，包括设置在加载框架内部、且位于制冷系统和粧土模型的之间部位的位移计，设置在加载框架外部的动态应变测试分析系统，连接在所述位移计与动态应变测试分析系统之间的位移计引线，以及与所述动态应变测试分析系统连接、能够实时存储位移数据的计算机。
[0018]进一步地，所述应变测试系统，包括贴覆在所述粧土模型的各个测点的应变片，设置在加载框架外部的静态态应变测试系统，连接在所述应变片与静态态应变测试系统之间的应变片引线，，以及与所述静态态应变测试系统连接、能够实时存储位移数据的计算机。
[0019]进一步地，所述粧土模型，包括水平设置在所述加载框架内侧底部、且用于制作实验用冻土模型粧的实验桶容器，以及竖直设置在自平衡杠杆静力加载装置底部且伸入实验桶容器的混凝土单粧；在所述实验桶容器内部、混凝土单粧的外围填充有粧周土体；所述混凝土单粧与应变测试系统连接。
[0020]同时，本实用新型采用的另一技术方案是:一种与以上所述的室内冻土模型粧静力加载实验装置相匹配的室内冻土模型粧静力加载实验方法，包括:
[0021]制作室内实验所用的模型粧即粧土模型，并按测点位置贴好应变片后利用电烙铁将应变片和外伸导线焊接在一起；
[0022]选取实验用粧周土，按照实验设计对其进行相应处理，待处理完毕后分批次放入实验桶中分层夯实，粧底厚度，粧模型的埋深厚度，粧土模型的冻结时间等均须按冻土试验规范的要求进行；
[0023]基于上述制作的模型粧，选取与之匹配长度的传力杆，一端与杠杆铰接，通过调整杠杆平衡配重位置，使得未加载时杠杆处于水平位置、传力杆另一端与粧顶接触且共线；
[0024]将连接应变片导线的线路与静态应变测试分析系统连接，将连接动态应变测试分析系统的位移计放置到粧顶位移测量位置；
[0025]检查无误后开始进行加载实验，加载方案应依据粧基实验类别预先制定。粧基承载力实验采用分级加载方案，粧-土流变实验采用恒定加载方案；
[0026]试验中利用位移计、动态应变测试仪和计算机测量、收集粧顶实时位移数据信息；利用应变片、静态应变测试仪和计算机测量、收集粧身应变数据信息。
[0027]本实用新型各实施例的室内冻土模型粧静力加载实验装置，由于该装置包括设置在水平面上的工作台，竖直焊接在工作台上的加载框架，自上向下依次配合安装在加载框架外侧顶部至内侧底部的自平衡杠杆静力加载装置、制冷系统和粧土模型，以及设置在加载框架外部侧壁的位移测量系统和应变测试系统；位移测量系统，伸入加载框架连接至制冷系统和粧土模型的之间部位；应变测试系统，伸入至粧土模型；从而可以克服现有技术中成本高、维护费用大和花费时间长的缺陷，以实现成本低、维护费用小和花费时间短的优点。
[0028]本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。
[0029]下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0030]附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中:
[0031]图1为本实用新型室内冻土模型粧静力加载实验装置的结构示意图；
[0032]图2为本实用新型中工作台的三维示意图；
[0033]图3为本实用新型中加载框架三维示意图；
[0034]图4为本实用新型中加载框架三维示意图是本实用新型自平衡杠杆式静力加载装置力臂关系示意图；
[0035]图5为本实用新型中室内冻土模型粧静力加载流程示意图。
[0036]结合附图，本实用新型实施例中附图标记如下:
[0037]100-自平衡杠杆静力加载装置，200-制冷系统，300-位移测量系统，400-应变测试系统，500-工作台，600-粧土模型；
[0038]11-杠杆，12-平衡配重，13-砝码，14-连接件，15-铰，16-传力杆，17-加载框架；21-低温试验箱，22-温度感应器；31_位移计，32-动态应变测试分析系统，33-位移计引线；41_应变片，42-静态应变测试分析 系统，43-应变片引线；51_台面，52-立柱，53-连接杆；61_混凝土单粧，62-粧周土体。
【具体实施方式】
[0039]以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0040]根据本实用新型实施例，如图1-图5所示，提供了一种室内冻土模型粧静力加载实验装置，具体是一种冻土模型粧室内流变实验和承载性能室内实验的静力加载实验装置。
[0041]本实用新型的技术方案，将一种自平衡杠杆加载装置通过加载框架与低温试验箱内的模型粧相连接，通过砝码施加静力载荷，使得粧基室内静载实验设备的成本大幅降低，能够实现室内模型粧实验中涉及静力分级加载、恒定加载相关的实验。该室内冻土模型粧静力加载实验装置的材料均为钢材。
[0042]本实用新型的技术方案中，一种室内冻土模型粧静力加载实验装置，包括工作台500、制冷系统200、加载框架17、自平衡杠杆静力加载装置自平衡杠杆静力加载装置100、位移测量系统300和应变测试系统400。
[0043]其中，工作台500包括台面51、立柱52和横梁(即连接梁53)，其功能是对加载框架、低温试验箱起支撑作用，尺寸依赖于于低温试验箱的大小，高度以70~80cm为宜，材质为钢材。
[0044]制冷系统200包括低温试验箱21和温度感应器22。低温试验箱提供冻土模型粧实验环境，其上部和侧面均开有一小孔，方便传力杆和线路进出试验箱，试验箱须提供温度检测显示、能控制温度。
[0045]加载框架17焊接在工作台上，由左右立柱和上部顶横梁焊接成门字形；为降低加载框架自身变量对实验结果的影响，立柱和顶横梁均采用双杆有间隙焊接结构；加载框架宽度和高度须大于低温试验箱宽度和高度。
[0046]自平衡杠杆静力加载装置100，包括杠杆11、平衡配重12、砝码13、螺栓14、铰15和传力杆16。杠杆11 一端通过细钢丝与砝码盘相连，另一端制成螺纹杆，其上配有平衡配重12，平衡配重可沿螺纹杆旋转前进后退，能方便地实现杠杆的自平衡。杠杆上设有前中后三组连接件14，中间连接件下端与加载框架固结，上端与杠杆铰接，作为杠杆的支点；当前连接件下端与传力杆铰接时实现模型粧压力荷载的施加，当后连接件下端与传力杆铰接时实现模型粧拉力荷载的施加。自平衡杠杆静力加载装置的传力杆与连接件铰接，铰接时确保连接件、传力杆和粧三者铅直且共线。
[0047]具体地，本实用新型的技术方案是:一种室内冻土模型粧静力加载实验装置，包括工作台、固定于工作台500上的加载框架17、放置于工作台500上加载框架17内的低温试验箱21、用于测量低温试验箱环境温度的温度感应器22、置于加载框架17顶端的自平衡杠杆式静力加载装置100、用于制作实验用冻土模型粧的实验桶容器、用于测量模型粧粧顶位移的一个位移计31以及通过导线(如位移计引线33)与位移计31连接的动态应变测试分析系统32 ;用于测量粧体应变，按测点布置的多个应变片(如应变片41)以及通过导线(如应变片引线43)与应变片连接的静态应变测试分析系统42，一台通过线路与动态、静态应变测试分析系统相连接，用于收集、分析实验数据的计算机。
[0048]其中，工作台包括底座、立柱和台面，其功能是对加载框架、低温试验箱起支撑作用，尺寸依赖于于低温试验箱的大小，高度以70~80cm为宜，材质为钢材，立柱和台面应具备较强的刚度，使得模型粧静载实验时可忽略工作台的变形。
[0049]加载框架由3组钢杆焊接成门字形后固结于工作台台面，其中顶梁、左右立柱均采用双钢杆结构，以增大加载框架的刚度，抵抗变形，减少实验误差，提高精度；所述顶梁上设置有孔，以便安装杠杆加载装置。所述加载框架尺寸以立柱紧贴低温试验箱，高度较试验箱高5~10厘米为宜。
[0050]自平衡杠杆静力加载装置由杠杆、砝码、平衡配重、传力杆和3组连接件构成，杠杆一端通过钢丝连接砝码盘，另一端设置有螺纹杆和平衡配重，可通过改变平衡配重的位置实现杠杆的自平衡。杠杆上设有前中后三组连接件，中间连接件下端与加载框架固结，上端与杠杆铰接，作为杠杆的支点；当前连接件下端与传力杆铰接时实现模型粧压力荷载的施加，当后连接件下端与传力杆铰接时实现模型粧拉力荷载的施加。传力杆一端开有圆孔，可通过圆柱销与杠杆杆身相连接，传力杆另一端穿过低温试验箱的孔洞，作用在模型粧的粧顶垫板上。自平衡杠杆式加载，砝码荷载力臂是粧顶荷载力臂的10倍，因而传力杆传递的静载是砝码自重荷载的10倍。并且，通过改变杠杆长度或支点位置，也可获得其他倍数的粧顶荷载。
[0051]低温试验箱是建立冻土环境的模型实验粧基容器，其内设置有温度传感器，低温试验箱可定制，其顶部正中和一侧侧壁均开有小孔，以便传力杆、连接位移计、应变片和动态/静态应变测试分析系统的导线穿过。实验桶可根据模型粧尺寸选择大小，作为粧基土的容器。
[0052]位移计、动态应变测试系统、连接线路构成本实用新型的位移测量系统，可直接选择相关企业的产品组装，该系统也可用于其他有关位移的测量。
[0053]贴于模型粧各个测点的应变片、静态态应变测试系统和连接线路构成本实用新型的应变测试系统，可直接选择相关企业的产品组装，该系统也可用于其他有关应变的测量。
[0054]同时，本实用新型采用的另一种技术方案是:一种与上述室内冻土模型粧静力加载实验装置相匹配的静力加载实验方法，包括:
[0055]根据相似性规律，制作室内实验所用的模型粧，并按测点位置贴好应变片后利用电烙铁将应变片和外伸导线焊接在一起；
[0056]选取实验用粧周土，按照实验设计对其进行相应处理，待处理完毕后分批次放入实验桶中分层夯实，粧底厚度，粧模型的埋深厚度，粧土模型的冻结时间等均须按冻土试验规范的要求进行；
[0057]基于上述制作的模型粧，选取与之匹配长度的传力杆，一端与杠杆铰接，通过调整杠杆平衡配重位置，使得未加载时杠杆处于水平位置、传力杆另一端与粧顶接触且共线；
[0058]将连接应变片导线的线路与静态应变测试分析系统连接，将连接动态应变测试分析系统的位移计放置到粧顶位移测量位置；
[0059]检查无误后开始进行加载实验，加载方案应依据粧基实验类别预先制定。粧基承载力实验采用分级加载方案，粧-土流变实验采用恒定加载方案；
[0060]试验中利用位移计、动态应变测试仪和计算机测量、收集粧顶实时位移数据信息；利用应变片、静态应变测试仪和计算机测量、收集粧身应变数据信息。
[0061]与现有技术相比，本实用新型的技术方案，至少可以达到的有益效果是:
[0062]⑴利用砝码自重通过杠杆施加静力荷载，操作简单，容易实现，不消耗能量；在模型粧实验中，通过改变杠杆支点位置或杠杆长度，可获得不同砝码自重荷载比的粧顶静力荷载，完全能够满足室内模型实验粧加载的需求。
[0063]⑵利用杠杆加载，可以确保粧顶静力荷载的稳定性，保证了静载实验的准确性。现有技术中，多采用液压系统施加静载，但粧在荷载作用下的沉降使得以液压方式施加的静载有所损失，影响实验结果的精度；而杠杆加载时传力杆不会因粧的沉降而与粧顶面分离，保证了粧顶静载的稳定性和持久性。
[0064]⑶实验装置结构简单，造价低廉。现有技术中，室内模型粧静载实验多采用美国MTS公司生产的电液伺服材料试验机MTS-810，其售价超过200万人民币，且维修成本也很高，极大的限制了粧基础室内实验的开展，特别是限制了粧基实验教学的进行。本实用新型总造价不超过5万元人名币，且位移测量记录系统和应变测量记录系统均可与其实验仪器共用，可进一步降低了实验室设备采购费。
[0065]例如，参见图1，本实施例的室内冻土模型粧静力加载实验装置，包括工作台500、低温试验箱200、加载框架17、自平衡杠杆静力加载装置100、位移测量系统300、应变测试系统400和粧土模型600。
[0066]这里，室内冻土模型粧静力加载实验装置的工作台500由台面51、立柱52和横梁53三部分组成；台面材质钢板，尺寸依据低低温试验箱尺寸选取，本实施例中台面尺寸为600X800X 15mm ;四根立柱和八根横梁均采用工字形型钢，二者焊接成工作台的支撑框架，横梁围成的圈梁尺寸应略小于低温试验箱底面尺寸，本实施例中为50X700mm;工作台总高750mm，本实施例中的工作台三维示意图见图2。
[0067]加载框架17焊接在工作台上，由左右立柱和上部顶横梁焊接成门字形；为降低加载框架自身变量对实验结果的影响，立柱和顶横梁均采用双杆有间隙焊接结构；顶横梁开有安装杠杆支座的多个圆孔，以方便改变杠杆连接位置；加载框架宽度和高度须大于低温试验箱宽度和高度，本实施例中其宽度为790mm，高度为950mm，图4为加载框架三维示意图。
[0068]低温试验箱200是由一款单开门DW-40低温试验箱21改造得到，其顶部正 中位置开了一直径15_孔，以便传力杆16可以插入到试验箱；其一侧侧壁也开有直径1mm孔，以便位移测量系统300和应变测试系统400的连接线穿过。该低温试验箱上配备温度设定装置、照明装置、温度显示屏和温度控制传感器22，其最低温度可低至-40°C，设定温度的误差范围能够控制在0.2°C范围内。所述试验箱外形尺寸540X785X885mm，箱内工作室尺寸380X430X600mm。
[0069]自平衡杠杆静力加载装置100，包含杠杆11、平衡配重12、砝码13、螺栓14、铰15和传力杆16。杠杆11 一端通过细钢丝与砝码盘相连，另一端制成螺纹杆，其上配有平衡配重12，平衡配重可沿螺纹杆旋转前进后退，能方便地实现杠杆的自平衡。杠杆上设有前中后三组连接件14，中间连接件下端与加载框架固结，上端与杠杆铰接，作为杠杆的支点；当前连接件下端与传力杆铰接时实现模型粧压力荷载的施加，当后连接件下端与传力杆铰接时实现模型粧拉力荷载的施加。图2是本实施例杠杆静力加载力臂关系示意图，模型粧压力荷载是砝码荷载的10倍。本实施例采用传力杆与前连接件铰接，铰接时确保连接件、传力杆和粧三者铅直且共线。
[0070]位移测量系统300由型号为GHSI750-4-20mA的位移计31、DH3817动态应变测试分析系统32和连接线(即位移计引线33)组成；位移计量程0~10mm，动态应变测试分析系统与计算机连接实现位移数据的实时存储。
[0071]应变测试系统400由粘贴于模型粧应变测点上的多组应变片41、DH3816静态应变测试分析系统42和连接线43组成；静态应变测试分析系统与计算机连接实现测点应变数据的定时测量与存储。
[0072]室内冻土模型实验粧(即粧土模型600)采用混凝土单粧61，应变片按测点位置依次粘贴在模型粧上；粧周土体62采用兰州标准黄土。按照相关实验规定，制备冻土模型粧基并将其放置于低温试验箱冷冻至实验要求温度。
[0073]使用上述实施例中的位移测量系统300和应变测试系统400，将连接线路接通，采用分级加载进行粧基承载力性能试验。
[0074]本实施例中实验设备的使用流程如图5所示。
[0075]本实用新型的技术方案中，室内冻土模型粧静力加载实验装置的安装方法是首相将加工好的工作台安置到实验室某一位置，然后焊接加载框架，并将加工好的加载框架焊接到工作台台面，将低温试验箱放置在工作台台面上，使得加载框架位于低温试验箱正上方；再将杠杆通过螺栓固结到加载框架上，连接好砝码盘，旋入平衡配重即可。
[0076]本实用新型的技术方案中，室内冻土模型粧静力加载实验装置在模型粧静载实验的流程是:首先按照实验要求和相关规范制作模型粧、布置测点，在测点上粘贴好应变片备用；其次加工好粧周土，并在实验桶内制作好粧土模型，将其放置到低温试验箱冷冻到符合实验要求；再次在杠杆上安装与模型粧长度相匹配的传力杆，调整传力杆位置和平衡配重使得空载时杠杆达到水平，传力杆和粧铅直共线；再次连接应变片线路和静态应变仪测试系统，位移计和动态应变测试分析系统，并将位移计安放到粧顶指定位置，并使两个应变测试系统分别和计算机连接好；最后按照确定的荷载量添加砝码，进行静力加载实验，记录实验数据并分析实验数据。
[0077]本实用新型的技术方案，公开了一种室内冻土模型粧静力加载实验装置，该装置包括工作台、固定于工作台上的加载框架、放置于工作台上加载框架内的低温试验箱、用于测量试验箱环境温度的温度感应器、置于框架顶端的自平衡杠杆式静力加载装置、用于实验的冻土模型粧、用于测量模型粧粧顶位移的一个位移计及动态应变测试分析系统，用于测量粧体应变的多个应变片及静态应变测试分析系统，用于收集、分析实验数据的一台计算机。本实用新型的技术方案，可进行室内冻土模型粧粧基承载性能和粧-土流变规律的实验研宄，具有测试精确、占地面积小、构造简单、造价低、组装方便、省电节能的优点。
[0078]本实用新型的技术方案，采用简单、易操作、易加工的自平衡杠杆式静力加载装置，所设计的实验装置总造价不超过5万元，若考虑位移测量装置和应变测量装置的通用型，以及非冻土模型粧不需要低温箱的特征，其造价将会大幅降低。
[0079]最后应说明的是:以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种室内冻土模型粧静力加载实验装置，其特征在于，包括设置在水平面上的工作台，竖直焊接在所述工作台上的加载框架，自上向下依次配合安装在所述加载框架外侧顶部至内侧底部的自平衡杠杆静力加载装置、制冷系统和粧土模型，以及设置在所述加载框架外部侧壁的位移测量系统和应变测试系统；所述位移测量系统，伸入加载框架连接至制冷系统和粧土模型的之间部位；所述应变测试系统，伸入至粧土模型。2.根据权利要求1所述的室内冻土模型粧静力加载实验装置，其特征在于，所述工作台，包括竖直对称设置的4根立柱，安装在所述4根立柱顶端的台面，以及安装在所述4根立柱中相邻2根立柱之间的横梁。3.根据权利要求1所述的室内冻土模型粧静力加载实验装置，其特征在于，所述加载框架，包括由左右立柱和上部顶横梁焊接成的门字形结构，以及设置在顶横梁上的安装孔；所述立柱和顶横梁均采用双杆有间隙焊接结构；所述门字形结构的宽度和高度均大于低温试验箱的宽度和高度。4.根据权利要求1所述的室内冻土模型粧静力加载实验装置，其特征在于，所述自平衡杠杆静力加载装置，包括水平设置在所述加载框架上方的杠杆，设置在所述杠杆与加载框架之间的连接件，设置在所述杠杆一端的平衡配重，设置在所述杠杆另一端的砝码，设置在所述杠杆靠近砝码一端端部的铰，以及穿过制冷系统伸至粧土模型、且竖直设置在所述杠杆中部与粧土模型之间的传力杆。5.根据权利要求4所述的室内冻土模型粧静力加载实验装置，其特征在于，所述杠杆的一端通过细钢丝与砝码盘相连，杠杆的另一端制成螺纹杆，螺纹杆上配有平衡配重，平衡配重能够沿螺纹杆旋转前进后退，实现杠杆的自平衡； 所述杠杆的中部位置设有前中后三组连接件，中间连接件下端与加载框架固结、上端与杠杆铰接作为杠杆的支点；当前连接件下端与传力杆铰接时实现模型粧压力荷载的施加，当后连接件下端与传力杆铰接时实现模型粧拉力荷载的施加；传力杆与连接件铰接，铰接时确保连接件、传力杆和粧三者铅直且共线。6.根据权利要求1所述的室内冻土模型粧静力加载实验装置，其特征在于，所述制冷系统，包括设置在所述加载框架内部的低温试验箱，设置在所述低温试验箱内部的温度感应器；所述低温试验箱能够提供冻土模型粧实验环境，在低温试验箱的顶部和侧部均开有过孔。7.根据权利要求1所述的室内冻土模型粧静力加载实验装置，其特征在于，所述位移测量系统，包括设置在加载框架内部、且位于制冷系统和粧土模型的之间部位的位移计，设置在加载框架外部的动态应变测试分析系统，连接在所述位移计与动态应变测试分析系统之间的位移计引线，以及与所述动态应变测试分析系统连接、能够实时存储位移数据的计算机。8.根据权利要求1所述的室内冻土模型粧静力加载实验装置，其特征在于，所述应变测试系统，包括贴覆在所述粧土模型的各个测点的应变片，设置在加载框架外部的静态态应变测试系统，连接在所述应变片与静态态应变测试系统之间的应变片引线，以及与所述静态态应变测试系统连接、能够实时存储位移数据的计算机。9.根据权利要求1所述的室内冻土模型粧静力加载实验装置，其特征在于，所述粧土模型，包括水平设置在所述加载框架内侧底部、且用于制作实验用冻土模型粧的实验桶容器，以及竖直设置在自平衡杠杆静力加载装置底部且伸入实验桶容器的混凝土单粧；在所述实验桶容器内部、混凝土单粧的外围填充有粧周土体；所述混凝土单粧与应变测试系统连接。
【专利摘要】本实用新型公开了一种室内冻土模型桩静力加载实验装置，该装置包括设置在水平面上的工作台，竖直焊接在所述工作台上的加载框架，自上向下依次配合安装在所述加载框架外侧顶部至内侧底部的自平衡杠杆静力加载装置、制冷系统和桩土模型，以及设置在所述加载框架外部侧壁的位移测量系统和应变测试系统；所述位移测量系统，伸入加载框架连接至制冷系统和桩土模型的之间部位；所述应变测试系统，伸入至桩土模型。本实用新型所述室内冻土模型桩静力加载实验装置，可以克服现有技术中成本高、维护费用大和花费时间长等缺陷，以实现成本低、维护费用小和花费时间短的优点。
【IPC分类】G01N3/08
【公开号】CN204694560
【申请号】CN201520425855
【发明人】段志东, 吴亚平, 王友平, 刘亚尊
【申请人】兰州交通大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月18日
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