一种地下工程三向加载试验装置

1.模型试验本实用新型涉及岩土工程领域，具体涉及一种地下工程三向加载试验装置及加载试验方法。


背景技术：

2.随着我国以隧道为代表的地下工程的不断推进，如何评估地下隧道工程的设计质量，如何确保工程结构设计的合理性，是一个越来越具有挑战性的问题。其研究涉及到岩土工程、结构工程以及渗流和振动等力学领域，交通载荷对工程的影响也非常显著。
3.目前国内外缺乏实用有效的分析方法，主要依靠工程经验进行估算，具有很大的盲目性。为了弥补理论分析的局限性和验证理论分析的合理性，特别是分析在不同载荷情况下地下工程的结构设计合理性，有必要采用模型试验的方法进行模拟试验。
4.在进行模型试验过程中，由于要模拟隧道等地下工程的受力状态，需要在隧道的横断面即铅垂面内实现三个方向的加压，即隧道顶部加压和隧道两侧加压，并需要对隧道模型内部的变形等参数进行观察，必须形成一个封闭的立体空间。那么在试验时如何非常便利的填充试验物料、进行压力加载、观察试验状态、卸除试验物料，都是迫切需要解决的问题。现有的方案如同济大学张子新cn102235942a《一种隧道及地下工程多功能模型试验系统》采用固定式的实验箱体，非常不方便。本实用新型就是在这个背景下提出的。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是为了克服现有技术的不足，公开了一种地下工程三向加载试验装置及加载试验方法，解决装卸试验填充物料不方便问题，并非常便利地实现三向加载试验。
6.本实用新型所采用的第一个技术方案是，一种地下工程三向加载试验装置，包括固定框架、移动料车、加载装置、牵引系统、液压系统，在固定框架上部设有竖向的加载装置，实现从上到下的第一个方向加载，在移动料车左侧设有加载装置，实现从左侧到右侧的第二个方向加载，在移动料车右侧设有加载装置，实现从右侧到左侧的第三方向加载，第二加载方向与第三加载方向正好相对，与竖向的第一个加载方向垂直，移动料车的下部设有牵引系统，实现移动料车的移进或移出固定框架，液压系统给加载装置提供压力载荷。
7.上述方案中，加载装置包括加载头、加载杆、加载座，其中，因为在固定框架和移动料车上共有三个面具有加载装置，因此，加载装置的加载座分别安装在固定框架和移动料车的料车框架的两个侧面，加载杆上联接加载头，加载头将压力载荷施加到试验物料上，加载座将反力传递到固定框架或移动料车上，加载杆与加载座在液压系统的作用下可以实现相对运动。
8.进一步地，在固定框架上部的加载装置可以是一组或者多组，在移动料车上左右两侧的加载装置可以是一组或者多组；每组的加载装置都可以同时加载或根据需要选择性分组加载。
9.上述方案中，移动料车包括前门、后门及料车框架，当移动料车进入到固定框架里后，移动料车的前门、后门、移动料车左侧和右侧的加载装置的加载头、料车框架的底部、固定框架上部的加载装置一起构成一个封闭的立体空间，用于填充试验物料和对物料进行三个方向的加载试验。
10.进一步地，移动料车的前门和后门上各有一个小门。小门可以打开或关闭，用于观察试验模型的受力状态或用于模拟隧道的开挖等。
11.进一步地，移动料车的前门包括前门板、铰链、锁固机构；前门板通过铰链与料车框架联接，实现前门板的开合，前门板还通过锁固机构与料车框架固定。
12.进一步地，移动料车的后门包括后门板、后门驱动油缸、导向轮、后门导轨；后门板与后门驱动油缸的活塞杆联接，后门驱动油缸的油缸座联接料车框架，导向轮设于后门板的下方，将后门板支撑在后门导轨上，后门导轨安装在移动料车的底部上方，后门驱动油缸驱动后门板实现相对于料车框架前后方向的移动，实现分区域加载试验。
13.进一步地，移动料车的料车框架下部设有举升油缸和若干个支腿，移动料车下部联接的牵引系统包括牵引机、牵引架、滚轮、料车导轨；牵引系统的牵引架上部通过举升油缸与料车框架的下部联接，举升油缸可以驱动移动料车上下移动；当举升油缸伸长时，牵引架与料车框架距离增大，直到牵引架上的滚轮与导轨接触，同时移动料车下部的支腿与固定框架脱离，滚轮可以在导轨上滚动，可以采用牵引系统进行移动料车的牵引，实现移动料车进入或离开固定框架；当举升油缸缩短时，牵引架与料车框架距离减小，直到移动料车下部的支腿与固定框架接触，牵引架上的滚轮与导轨脱离，使移动料车上的所有载荷通过支腿传递到固定框架上，便于在加载试验过程中牵引系统的滚轮及举升油缸受力。
14.通过采用上述第一个技术方案，本实用新型可以取得以下技术效果。
15.本实用新型提供的一种地下工程三向加载试验装置，包括固定框架，移动料车，加载装置，牵引系统，液压系统等，加载装置分别布置在固定框架的上部、移动料车的两侧，一起构成三个方向的加载功能，可以模拟隧道等地下工程的顶部和两侧的真实受力状态；优选的，每个方向的加载装置还可以分组加载试验，便于模拟每个方向的局部受力状态；优选的，移动料车和牵引系统配合可以从固定框架里移出，便于填充试验物料和安装试验仪器；优选的，移动料车配置的前门可以打开，便于卸除试验物料；优选的，移动料车配置的后门可以相对料车框架前后平移，便于调整试验区域，满足不同试验的要求。
附图说明
16.图1 是本实用新型一种地下工程三向加载试验装置的结构总体装配示意图；
17.图2 是本实用新型一种地下工程三向加载试验装置的移动料车及加载装置等的前部结构示意图；
18.图3是本实用新型一种地下工程三向加载试验装置的移动料车、加载装置及牵引部分等的后部结构示意图；
19.图4 是本实用新型一种地下工程三向加载试验装置的加载装置、前门、后门、料车框架底座等的结构示意图；
20.图5 是本实用新型一种地下工程三向加载试验装置的固定框架、加载装置及导轨等的结构示意图；
21.图6 是本实用新型一种地下工程三向加载试验装置的后门平移三分之一位置示意图；
22.图7 是本实用新型一种地下工程三向加载试验装置的后门平移三分之二位置示意图；
23.图中，1为固定框架、2为移动料车、21为前门、211为小门、212为前门板，213为铰链，214为锁固机构、22为后门、221为后门板，222为后门驱动油缸，223为导向轮，224为后门导轨、23为料车框架、24举升油缸、25支腿、3为加载装置、31为加载头、32为加载杆、33为加载座、4为牵引系统、41为牵引机、42为牵引架、43为滚轮、44为料车导轨、5为液压系统。
具体实施方式
24.为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型的一部分实施方式，而不是全部的实施方式；基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围；因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的优选实施方式。
25.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“底部”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
26.现结合图1至图7对本技术的方案的结构、功能以及加载试验方法进行详细的说明。
27.优选实施例1：
28.本实用新型的优选实施例1是提供一种地下工程三向加载试验装置，参考图1至图7，其包括固定框架1、移动料车2、加载装置3、牵引系统4、液压系统5，在固定框架1上部设有竖向的加载装置3，实现从上到下的第一个方向加载，在移动料车左侧设有加载装置3，实现从左侧到右侧的第二个方向加载，在移动料车右侧设有加载装置3，实现从右侧到左侧的第三方向加载，第二加载方向与第三加载方向正好相对，与竖向的第一个加载方向垂直并在同一投影面上，移动料车2的下部设有牵引系统，实现移动料车2的移进或移出固定框架1，液压系统5分别给三个方向的加载装置3提供压力载荷。
29.在本实施例中，加载装置3包括加载头31、加载杆32、加载座33，其中，因为在固定框架1和移动料车2上共有三个面设有加载装置3，因此，加载装置3的加载座分别安装在固定框架1和移动料车2的料车框架23的两个侧面，加载杆32上联接加载头31，加载头31将压力载荷分别从三个方向施加到试验物料上，三个方向的加载座33将反力分别传递到固定框架1或移动料车2上；加载杆32与加载座33在液压系统5的作用下可以实现相对运动；当加载杆32从加载座33里伸长出来时，进行加载；当加载杆32往加载座33里缩进时，进行卸载。
30.优选的，在本实施例中，如图4所示，在移动料车2的左右两侧成阵列方式布置3行3列的加载装置3，对应的在固定框架1上部成阵列方式布置3行3列的加载装置3，一起组成三
个加载面；每个加载面有9个加载装置3，一共27个，每个加载装置可以单独加载，也可以联合加载。
31.优选的，在本实施例中，如图2所示，移动料车2包括前门21，后门22，料车框架23，前门21包括小门211，前门板212，铰链213，锁固机构214；前门板212通过铰链213联接在料车框架23上，并可以绕铰链213开启和关闭；同时通过锁固机构214固定前门板212在料车框架23上；前门板212上设置有小门211，用于观察里面的试验模型的受力状态或用于模拟隧道的开挖等。
32.优选的，在本实施例中，如图1和图3所示，移动料车2还包括举升油缸24和9个支腿25；牵引系统4包括牵引机41、牵引架42、滚轮43、料车导轨44；移动料车2的下部联接有牵引架42，牵引架42上部通过举升油缸24与料车框架23的下部联接，举升油缸24可以驱动移动料车上下移动；当举升油缸24伸长时，牵引架42与料车框架23距离增大，直到牵引架42上的滚轮43与料车导轨44接触；同时移动料车2下部的支腿25与固定框架1脱离，滚轮43可以在料车导轨44上滚动，可以采用牵引系统对移动料车进行2牵引，实现移动料车2进入或离开固定框架1；当举升油缸24缩短时，牵引架42与料车框架23距离减小，直到移动料车2下部的支腿25与固定框架1的下部接触，牵引架42上的滚轮43与料车导轨44脱离，使移动料车2上的所有载荷通过支腿25传递到固定框架1上，便于在加载试验过程中避免滚轮42及举升油缸24受力过载损坏。
33.优选实施例2：
34.在优选实施例1的基础上，如图4所示，进一步的，后门22包括后门板221，小门211，后门驱动油缸222，后门导向轮223，后门导轨224；后门板221与后门驱动油缸222的活塞杆联接，后门驱动油缸222的油缸座联接料车框架23，导向轮223设于后门板221的下方，将后门板221支撑在后门导轨224上，后门导轨224安装在移动料车2的底部上方，后门驱动油缸222驱动后门板221实现相对于料车框架23前后方向的移动，实现分区域加载试验；如图6所示是本实用新型一种地下工程三向加载试验装置的后门22平移三分之一位置示意图，如图7所示是本实用新型一种地下工程三向加载试验装置的后门22平移三分之二位置示意图；加载试验前，需要先将后门确定在一个固定的位置；这样设置有利于满足不同大小区域进行加载试验的需求。
35.优选的，优选实施例2未提及的其他结构或效果可以参考优选实施例1。
36.以上所述优选实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制；应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围；因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。