一种针对室内边坡模型的可控活塞式推力加载系统的制作方法

本实用新型属于模拟边坡加载试验技术领域，涉及一种可控活塞式推力加载系统，尤其涉及一种针对室内边坡模型的可控活塞式推力加载系统。

背景技术：

边坡作为一种最常见的地貌单元，广泛分布于各种工程之中，在自然、人为等因素的影响下，会发生一定的变形，严重的还会发生滑坡、崩塌、泥石流等灾害，对人民生命财产和工程安全造成巨大威胁。工程边坡的稳定性决定了工程的质量和寿命，而由于不同地区的岩性、地质构造、地貌、地下水分布等因素的差异，造成了不同的边坡破坏模式。工程中，人为因素占主导作用，例如常见的公路、铁路开挖形成的边坡，高层建筑深基坑开挖形成的高陡边坡，由于开挖卸荷、上覆构筑物荷载，打破了边坡原有的应力环境，使得边坡发生一定程度的变形和破坏。我国是一个滑坡灾害较为频发的国家，尤其实在北方黄土分布地区，由于黄土的特殊工程地质性质，一旦遇到降雨、灌溉等因素，极易发生滑坡。边坡的变形破坏过程和它所造成的不良地质环境均可对人类工程活动带来十分严重的危害，并且还可能引起生态环境的失调和破坏，造成更大范围和更为深远的影响。除此之外，地震、火山喷发、灌溉、开挖等，均可能造成次生的边坡变形和破坏。

由于边坡分布范围广、体积庞大，并且赋存环境复杂，如果现场开展边坡变形破坏的试验，工作量巨大，并且试验结果不精确，因此很多工程师和研究人员开始进行室内模型试验。通过建立室内边坡模型，可以有效的模拟相应工况，为边坡稳定性评价提供一定的依据。在进行室内边坡变形模拟中，需要为边坡模型提供一个推力。目前推力加载系统主要采用两种方法：一种是通过千斤顶，通过推力加载装置将力传递给坡体，但是这种方法过于粗糙，难以控制荷载大小，不够严谨；另一种是通过对MTS、RMT等万能试验机加以改装，使其可以达到控制压力的效果，同时也可以得到荷载实时变化曲线，但是这种方法成本太高，并且操作起来过于复杂。

技术实现要素：

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种结构简单、便于操作、成本较低、可控制荷载大小以及可实时获取荷载位移数据的针对室内边坡模型的可控活塞式推力加载系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种针对室内边坡模型的可控活塞式推力加载系统，其特征在于：所述针对室内边坡模型的可控活塞式推力加载系统包括气泵、气缸、活塞、推力加载装置以及试验箱体；所述气缸上设置有进气口以及与进气口相贯通的排气口；所述进气口处设置有气缸速度控制阀；所述气泵通过气缸速度控制阀与进气口相贯通；所述活塞置于气缸内部并沿气缸的轴向自如移动；所述试验箱体内部设置有边坡模型挡板以及止靠在边坡模型挡板的黄土边坡的室内模型；所述活塞通过推力加载装置与边坡模型挡板相连并通过边坡模型挡板对黄土边坡的室内模型提供推力。

上述针对室内边坡模型的可控活塞式推力加载系统还包括与气缸内部相贯通的气压表A以及设置在进气口出的气压表B。

上述针对室内边坡模型的可控活塞式推力加载系统还包括置于活塞和气缸之间的移动部件；所述活塞通过移动部件与气缸相连。

上述移动部件包括设置在活塞外轮廓上的活塞导轨；所述活塞通过活塞导轨与气缸相连并沿气缸的轴向自如移动；所述活塞导轨上设置有刻度。

上述活塞导轨上设置有滚珠。

上述推力加载装置整体呈锥形；所述推力加载装置包括小口径锥口以及与小口径锥口相对的大口径锥口；所述活塞与小口径锥口相连；所述边坡模型挡板与大口径锥口相连。

上述试验箱体是由透明板材制成的箱体结构；所述试验箱体的上端开口；所述试验箱体的任一个侧壁开口；所述边坡模型挡板从侧壁开口中置于试验箱体中并对试验箱体内部的边坡提供推力。

上述边坡模型挡板与试验箱体相接触的部位设置有试验箱导轨；所述试验箱导轨上设置有滚珠；所述边坡模型挡板通过试验箱导轨在试验箱体内部移动并对试验箱体内部的边坡提供推力。

上述针对室内边坡模型的可控活塞式推力加载系统还包括置于试验箱导轨和边坡模型挡板之间的橡胶密封条。

上述针对室内边坡模型的可控活塞式推力加载系统还包括置于气缸底部的气缸支座。

本实用新型的优点是：

本实用新型提供了一种针对室内边坡模型的可控活塞式推力加载系统，包括气泵、气缸、活塞、推力加载装置以及试验箱体；气缸上设置有进气口以及与进气口相贯通的排气口；进气口处设置有气缸速度控制阀；气泵通过气缸速度控制阀与进气口相贯通；活塞置于气缸内部并沿气缸的轴向自如移动；试验箱体内部设置有边坡模型挡板以及止靠在边坡模型挡板的黄土边坡的室内模型；活塞通过推力加载装置与边坡模型挡板相连并通过边坡模型挡板对黄土边坡的室内模型提供推力。本实用新型旨在提供一种稳定可控的推力加载系统，是利用气压施加荷载的方法，其操作简便，成本较低；由于采用气缸速度控制阀，可控式进气量和气压；由于推力加载装置可适用于不同的边坡模型挡板且可拆卸，因此本实用新型的适用范围更广。

附图说明

图1是本实用新型所提供的可控活塞式推力加载系统的结构示意图；

图2是图1的俯视结构示意图；

图3是图1的侧视结构示意图；

图4是荷载-位移变化情况示意图；

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1-试验箱体，2-推力加载装置，3-活塞，4-气缸，5-气缸支座，6-气压表A，7-气压表B，8-气缸速度控制阀，9-进气口，10-试验箱导轨，11-活塞导轨，12-滚珠，13-排气口，14-橡胶密封条。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步详细说明：

参见图1，本实用新型提供了一种针对室内边坡模型的可控活塞式推力加载系统，包括气泵、气缸4、活塞3、推力加载装置2以及试验箱体1；气缸4上设置有进气口9以及与进气口9相贯通的排气口13；进气口9处设置有气缸速度控制阀8；气泵通过气缸速度控制阀8与进气口9相贯通；活塞3置于气缸4内部并沿气缸4的轴向自如移动；试验箱体1内部设置有边坡模型挡板以及止靠在边坡模型挡板的黄土边坡的室内模型；活塞3通过推力加载装置2与边坡模型挡板相连并通过边坡模型挡板对黄土边坡的室内模型提供推力。本实用新型工作过程是：通过气泵提供气源，同时通过气缸速度控制阀8调节控制进入进气口9的进气速度，当气缸4内的气体压力足够大时，逐渐推动活塞3移动，活塞3通过推力加载装置2向边坡模型挡板提供推力，边坡模型挡板上的推力进而体现在黄土边坡的室内模型上。

为了便于获取气缸内的气体压力，本实用新型所提供的针对室内边坡模型的可控活塞式推力加载系统还包括与气缸4内部相贯通的气压表A6以及设置在进气口出的气压表B7，在进气阶段，气压表A6以及气压表B7压力不同，当趋于稳定后，气压表A6以及气压表B7的压力表读数相同，便于直接读取，此时，可以确保气缸内压力稳定，当持续供气时，气压表A6以及气压表B7的压力增大，将推动活塞3往右运动。

参见图2，针对室内边坡模型的可控活塞式推力加载系统还包括置于活塞3和气缸4之间的移动部件；活塞3通过移动部件与气缸4相连。移动部件包括设置在活塞3外轮廓上的活塞导轨11；活塞3通过活塞导轨与气缸4相连并沿气缸4的轴向自如移动；活塞导轨11上设置有刻度。通过气压表A6以及气压表B7的读数，可以直接获取气缸内的压力，根据活塞导轨上的刻度直接获取活塞的位移情况，将压力与位移相结合，便可获取荷载位移数据信息，详见图4。活塞导轨11上设置有滚珠12。

参见图1以及图3，本实用新型所采用的推力加载装置2整体呈锥形；推力加载装置2包括小口径锥口以及与小口径锥口相对的大口径锥口；活塞3与小口径锥口相连；边坡模型挡板与大口径锥口相连。

试验箱体1是由透明板材制成的箱体结构；试验箱体1的上端开口；试验箱体1的任一个侧壁开口；边坡模型挡板从侧壁开口中置于试验箱体1中并对试验箱体1内部的边坡提供推力。边坡模型挡板与试验箱体1相接触的部位设置有试验箱导轨10；试验箱导轨10上设置有滚珠12；边坡模型挡板通过试验箱导轨10在试验箱体1内部移动并对试验箱体1内部的边坡提供推力。为防止滑动过快，在边坡模型挡板与试验箱体相接触的位置还设置有橡胶密封条14。针对室内边坡模型的可控活塞式推力加载系统还包括置于气缸4底部的气缸支座5。

下面将以具体实施方式为例，对本实用新型所提供的技术方案进行详细说明：

以模拟天然黄土边坡的蠕变变形为例，进行说明。首先在试验箱体1中按照分层填筑法构建均质黄土边坡的室内模型(均质黄土边坡的室内模型依据相关实验内容构建，属于现有技术，本实用新型不涉及该部分内容)，按照试验箱的尺寸选择合适的推力加载装置2，如图1所示安装在试验箱上，记录气压表A6以及气压表B7的读数，随后打开气缸速度控制阀8，通过气缸速度控制阀8控制进气泵的气量和速度，使气体慢速进入气缸4中。

本实用新型所提供的针对室内边坡模型的可控活塞式推力加载系统，在具体工作时，包括可模拟加载或卸载，对于模拟加载，其具体工作是：气体进入气缸4中，待气压表A6以及气压表B7读数满足试验要求的压力时，关闭气缸速度控制阀8，停止进气。此时，气缸为一个封闭的压力系统，会提供给活塞一个变化的压力，最终在边坡上能够体现变化的荷载。依据试验设计，可控制进气量和进气速率，使得气缸4中的气压呈分级变化，从而传递给坡体分级荷载。对于模拟卸载，其具体工作是：在加载完成后，通过打开排气口13，排出气体，使气缸4中气压降低，达到预设的压强后，关闭排气后，完成一次卸载过程。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：一种针对室内边坡模型的可控活塞式推力加载系统，包括进气口9，通过导管进入活塞气缸4，导管上装有气缸速度控制阀8和气压表A7，气缸4安置于固定支架5上，气缸4上装有气压表B6，在气缸4的另一端，装有活塞3，活塞与气缸4通过活塞导轨11相连，导轨上标有刻度，用于记录位移，并且为防止滑动过快，在边坡模型挡板与试验箱体相接触的位置还设置有橡胶密封条14，活塞3与推力加载装置2通过螺纹相连，推力加载装置2可拆卸，依据试验箱体1的大小调整尺寸，为了使尺寸满足要求，受力更加均匀，推力加载装置2设置为锥形，与气缸接触的一端为敞口，用于连接气缸活塞，另一端与试验箱体1接触。通过实时监测活塞导轨11的刻度读数以及气压表A6以及气压表B7的读数，可以得到坡体的荷载-位移变化情况，记导轨刻度为s/mm；气压表压力为p/MPa，以s为横坐标，压力p为纵坐标，通过分析二者的关系，可以得到荷载-位移变化情况，如图4所示。