一种用于离心模型试验中的土体开挖装置的制作方法

本实用新型涉及一种用于离心模型试验中的土体开挖装置，属土工离心模型试验技术领域。

背景技术：

在基坑、路堑、管道等工程施工中，土方开挖所引起的变形、滑坡、结构破坏等问题一直是困扰工程界的难题。离心模型试验作为一种能够再现现场实际工况的研究方法，得到了人们的普遍认可。

在离心模型试验中，关于土体开挖的实现方法主要有两类：第一类，先达到规定加速度稳定后停机开挖，开挖完成后再开机达到规定加速度，该方法不符合实际情况，准确程度无法得到保证；第二类，采用机械手臂将开挖侧预留的土块吊起模拟土体开挖过程，该方法可能导致土体上下层不能同时开挖，且造价昂贵。这些导致离心模型试验对研究土体开挖时的应力状态存在很大的局限性，试验过程可控性较差。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种操作简单、精度高、适用性强、便于控制的用于离心模型试验中的土体开挖装置。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种用于离心模型试验中的土体开挖装置，其关键技术在于：其包括离心试验模型箱、置于离心试验模型箱内部的固定挡箱、定位于固定挡箱内部的电动液压千斤顶、用于安装电动液压千斤顶的液压泵固定架、与电动液压千斤顶的活塞杆连接的活动挡板以及填于离心试验模型箱内的土样；

所述固定挡箱包括连接在一起的前固定挡板、后固定挡板、下固定挡板和左右支撑板；

所述活动挡板包括前活动挡板、下活动挡板和设于前活动挡板上的用于与电动液压千斤顶的活塞杆的固定螺孔，所述下活动挡板底面与前固定挡板顶面接触；

所述液压泵固定架包括与固定挡箱分别连接的竖向固定架、水平固定架以及设置的法兰盘。

优选的，所述后固定挡板的高度高于前固定挡板。

优选的，所述后固定挡板位于活动挡板下方。

优选的，所述液压泵固定架与固定挡箱上预留的螺孔连接，所述液压泵通过竖向固定架、水平固定架和法兰盘固定。

优选的，所述电动液压千斤顶为自锁式电控液压千斤顶。

以上所述的用于离心模型试验中的土体开挖装置的处理方法，其步骤为：首先将电动液压千斤顶通过液压泵固定架稳固于固定挡箱内，连接活塞杆至活动挡板上预留的固定螺孔；然后，将组装好的装置整体置于离心试验模型箱的一侧，并在固定挡箱的前固定挡板和活动挡板的临土侧做好防水措施；填筑土样至设计高度，开启电动液压千斤顶并加压以模拟开挖侧土体的土压力；最后，开启离心机至设计加速度后，开启本装置以实现土体开挖。

优选的，制备下层土样时，前活动挡板与前固定挡板齐平；待土样填筑至前固定挡板高度时，开启电动液压千斤顶移动活塞杆，使活动挡板移动至设计位置。

优选的，土体开挖前的液压泵的支撑力必须与开挖侧的土压力大小相同。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本实用新型结构简单，操作方便，适用性强，便于控制，适用于不同类型，不同加速度下的土体开挖，模拟了现场土体实际开挖情况。

1、由于采用电动液压千斤顶实现活动挡板的移动，电动液压千斤顶可以产生较大的拉力，因此可以有效提高试验精度，降低对试验模型尺寸的限制程度。

2、由于整套设备通过螺栓和螺杆连接，便于拆卸和搬运，装置各部分采用15 mm厚钢板焊接而成，有刚度大，稳定性和耐久性好的特点，可多次重复使用。

3、由于采用该装置可在离心模型试验机转动过程中实现土体的开挖，避免了停机开挖对试验本身带来的误差，提高了试验精度。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

其中，1为离心试验模型箱； 2-1为前固定挡板，2-2为后固定挡板，2-3为下固定底板； 3-1为液压缸，3-2为液压泵，3-3为液压油进路，3-4为液压油回路，3-5为活塞杆； 4-1为前活动挡板，4-2为下活动挡板，4-3为固定螺孔； 5-1为竖向固定架，5-2为水平固定架，5-3法兰盘；6为土样。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：

参见附图1，本实用新型包括离心试验模型箱1、置于离心试验模型箱内部的固定挡箱、定位于固定挡箱内部的电动液压千斤顶、活动挡板和用于安装电动液压千斤顶的液压泵固定架以及填于离心试验模型箱内的土样6。

所述固定挡箱包括前固定挡板2-1、后固定挡板2-2、下固定挡板2-3和设置的左右支撑板，各部分采用焊接的方式组装成固定挡箱；

所述活动挡板包括前活动挡板4-1、下活动挡板4-2和设置于前活动挡板4-1上的固定螺孔4-3，所述固定螺孔4-3用于连接电动液压千斤顶的活塞杆3-5，所述下活动挡板4-2底面与前固定挡板2-1顶面滑动接触。

所述液压泵固定架包括与固定挡箱2分别连接的竖向固定架5-1、水平固定架5-2和设置于液压泵上的法兰盘5-3。

所述后固定挡板2-2的高度高于前固定挡板2-1，便于液压泵3-2与前活动挡板4-1上的固定螺孔4-3连接。

所述后固定挡板2-2位于活动挡板下方，承托活动挡板并为其水平移动提供支撑。

所述液压泵固定架均与固定挡箱上预留的螺孔连接，通过竖向固定架5-1、水平固定架5-2和法兰盘5-3固定液压泵3-2，确保试验过程中液压泵3-2不发生移动，并为其提供土体开挖时的反力。

所述电动液压千斤顶为自锁式电控液压千斤顶，可通过调节液压油进路3-3和液压油回路3-4的液压油量控制活塞杆的行程和锁定。

本实用新型以上所述的用于离心模型试验中的土体开挖装置的处理方法，其步骤为：首先将电动液压千斤顶通过液压泵固定架稳固于固定挡箱内，连接活塞杆3-5至活动挡板上预留的固定螺孔4-3；然后，将组装好的装置整体置于离心试验模型箱1的一侧，并在固定挡箱的前固定挡板2-1和活动挡板的临土侧做好防水措施；填筑土样6至设计高度，开启电动液压千斤顶并加压以模拟开挖侧土体的土压力；最后，开启离心机至设计加速度后，开启本装置以实现土体开挖。

制备下层土样6时，前活动挡板4-1与前固定挡板2-1齐平；待土样6填筑至前固定挡板2-1高度时，开启电动液压千斤顶移动活塞杆3-5，使活动挡板移动至设计位置。土体开挖前的液压泵3-2的支撑力必须与开挖侧的土压力大小相同。

下面通过具体实施例来说明本实用新型在不同条件下的土体开挖过程。

实施例1

淤泥质软土开挖引起的桩基变形特性测试实施过程为：

首先，将电动液压千斤顶通过液压泵固定架稳固于固定挡箱内，连接活塞杆3-5至活动挡板上预留的固定螺孔4-3；然后，将组装好的装置整体置于离心试验模型箱1的一侧，并在前固定挡板2-1与离心模型试验箱1之间的接缝处做好防水措施，另一侧放置模型桩和传感器并开始填筑淤泥质软土；当填筑至与前固定挡板2-1齐平时，开启电动液压千斤顶移动活塞杆3-5，使活动挡板移动至设计开挖位置；继续填筑淤泥质软土至最终设计高度，并保证土体开挖前的液压泵3-2的支撑力必须与开挖侧的土压力大小相同；最后，开启离心试验机达到规定加速度后，启动电动液压千斤顶，控制液压油进路3-3和液压油回路3-4的油量拉动活动挡板按规定速度移动到指定位置，实现土体开挖，期间监测桩体、土样6内的变形、压力和孔隙水压力变化过程。

实施例2

基坑开挖引起的土体侧向变形特征测试实施过程为：

首先，将电动液压千斤顶通过液压泵固定架稳固于固定挡箱内，连接活塞杆3-5至活动挡板上预留的固定螺孔4-3；然后，将组装好的装置整体置于离心试验模型箱1的一侧，并在前固定挡板2-1与离心模型试验箱1之间的接缝处做好防水措施，另一侧填筑土样6；当填筑至与前固定挡板2-1齐平时，开启电动液压千斤顶移动活塞杆3-5，使活动挡板移动至设计开挖位置；继续填筑土样至最终设计高度，并保证土体开挖前的液压泵3-2的支撑力必须与开挖侧的土压力大小相同；最后，开启离心试验机达到规定加速度后，启动电动液压千斤顶，控制液压油进路3-3和液压油回路3-4的油量拉动活动挡板按规定速度移动到指定位置，实现土体开挖，期间监测土体的变形、压力和孔隙水压力变化过程。