专利名称：用于岩土工程土壤龟裂破坏的模型试验装置及方法
技术领域：
本发明涉及岩土试验技术领域，尤其涉及一种用于岩土工程土壤龟裂破坏的模型试验装置及方法。
背景技术：
土壤龟裂试验是指土体受到外界条件变化，如拉力隆起时，土体四周受到对称相等的张力，使土体本身发生开裂的一种试验。当土壤受力状态改变后，会产生一系列龟裂断裂等破坏现象，通过对土壤龟裂模型试验的研究可以更深入的了解土壤在不同受力条件影响下的破坏规律，并为构造运动下地表的受力变化研究提供借鉴。石蜡是从石油、页岩油或其他浙青矿物油的某些馏出物中提取出来的一种怪类蜡，为白色或淡黄色半透明物，具有相当明显的晶体结构，是很好的绝缘体，也是很好的储热材料，熔点为60°C左右，具有较好的热膨胀性，非常适宜作为土壤试验的膨胀材料，且熔点低，清理方便。 现有技术对土壤龟裂试验的研究还不够成熟，采用的设备、如龟裂试验仪器简单，尺寸固定，工作效率低，特别是在需要进行多组对比试验时，由于操作复杂，造成效率低下，同时由于龟裂现象也是通过板类材料顶起实现，均匀性与准确性难以保证，观测手段方面比较简单，一般为肉眼或量尺测量，试验的精度无法达到要求，这些装置很难满足当今岩土工程的试验需求。
发明内容
本发明为了解决现有技术存在的上述不足；提供了一种用于岩土工程土壤龟裂破坏的模型试验装置及方法；有效提高试验精度和试验效率，方便试验操作。本发明还提供一种用于岩土工程土壤龟裂破坏的模型试验方法。本发明的目的是采用下述技术方案实现的:一种用于岩土工程土壤龟裂破坏的模型试验装置，包括上层钢架、下层钢架、底板、升降机、模型底座，模型底座通过升降机与底板连接，底板上设有支撑杆，支撑杆上设有可伸缩旋转杆，可伸缩旋转杆上设有数字摄像头，下层钢架分别与上层钢架分别与底板连接，上层钢架上设有可视化玻璃板；底板上面与上层钢架、下层钢架形成空腔，上层钢架、下层钢架的内侧设有隔热板，隔热板内侧设有隔热支撑陶瓷，隔热支撑陶瓷高度小于隔热板高度，底板上面设有地层隔热板，地层隔热板上设有加热板，加热板上部与隔热支撑陶瓷形成的内腔中设有温度传感器，隔热支撑陶瓷上部设有玻璃制石蜡槽。模型底座上设有温度调控开关、台架升降开关，所述台架升降开关与升降机的动力机构相连，控制升降机的高度便于试验与观察；温度调控开关通过线路与上方温度控制装置、温度传感器连接，控制试验温度的变化。模型底座底部设有转动滚轮。上钢架与下钢架设有连接孔，上钢架与下钢架通过连接孔与螺栓连接。
上钢架与下钢架分别由四组构件连接构成，四组构件上分别设有多个连接孔，四组构件呈“风车”状通过连接孔首尾相接，调整好位置后用螺丝固定在底板上；四组升降机与底板相连，下端固定在模型底座上，可自由调节高度；模型底座上放置温度调控开关与台架升降开关，底部安置组转动滚轮，可移动位置；内部隔热板紧贴四周的上钢架与下钢架，内侧安置隔热支撑陶瓷，隔热支撑陶瓷上方放置玻璃制石蜡槽，下方放置加热板，中间放置温度传感器，隔热板下方铺设隔热板紧贴底板。下层钢架、底板通过连接孔与螺栓连接。一种利用岩土工程土壤龟裂破坏的模型试验装置的试验方法，包括以下步骤:I)确定土体尺寸，调整上层钢架、下层钢架的长度与宽度，调整到位后用螺丝固定于底板，调节台架升降开关、使升降机上下移动，调整底板的高度，达到适宜状态；(2)根据土体尺寸，在钢槽内铺设内部隔热板、地层隔热板，内部隔热板内侧放置隔热支撑陶瓷与加热板，将装满石蜡的玻璃槽安置于隔热支撑陶瓷上方，中间安置温度传感器；(3)将土体填入钢槽上方带可视化玻璃的上层钢架中，土层四侧面与玻璃板接触部分用胶粘接固定，防止土体整体上升；土层与下方石蜡用柔性塑料薄膜隔开，保证石蜡与土层不相互影响。(4)调节温度调控开关，启动加热板，通过控制温度传感器的温度变化保证石蜡的恒温均匀加热.；(5)调节可伸缩旋转杆将数字摄像头安置在需要监测的位置上，记录土体皲裂顶裂的变化过程；试验结束后，清理仪器，调节钢架相对位置从而改变了模型尺寸，重做石蜡槽及加热板，重复以上操作进行试验。本发明的有益效果:I模型架尺寸可根据试验需要自由调整，实现“一架多用”，避免了因对比试验而进行大量繁琐的操作与试验台架的更换，提高了试验效率，节约资源；2试验土体用玻璃板包围可从侧面观察土体顶裂龟裂的全过程，更加直观；3数字摄像头精细地记录土体变化的全过程，精确测量土体龟裂后的隆起位移与裂缝宽度，与以往量尺及肉眼观察相比，提高了试验精度；4封闭隔热环境下加热空气间接热传导石蜡的方法最大程度上保证了石蜡的均匀恒温受热，温度传感器的安置使膨胀温度的可控可调节，石蜡的均匀膨胀保证了上方土体的均匀隆起，准确模拟土体的龟裂行为，试验准确性高。
图1为本发明的结构示意图
图2为底板上面与上层钢架、下层钢架形成的空腔内部的零件结构示意图；其中I可伸缩旋转杆；2数字摄像头；3 可视化玻璃板；4上层钢架；5下层钢架；6底板；7升降机；8模型底座；9温度调控开关；10台架升降开关；11转动滚轮；12玻璃制石蜡槽；13隔热板；14隔热支撑陶瓷；15加热板；16地层隔热板；17温度传感器；18支撑杆。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。一种用于岩土工程土壤龟裂破坏的模型试验装置，包括上层钢架4、下层钢架5、带螺纹孔的底板6、升降机7、模型底座8，模型底座8通过升降机7与底板6连接，底板6上设有支撑杆18，支撑杆18上设有可伸缩旋转杆1，可伸缩旋转杆I上设有数字摄像头2，下层钢架5分别与上层钢架4、及下部的底板6连接，上层钢架4上设有可视化玻璃板3 ;底板6上面与上层钢架4、下层钢架5形成空腔，上层钢架4、下层钢架5的内侧设有隔热板13，隔热板13内侧设有隔热支撑陶瓷14，隔热支撑陶瓷14高度小于隔热板13高度，底板6上面设有地层隔热板16，地层隔热板16上设有加热板15，加热板15上部与隔热支撑陶瓷14形成的内腔中设有温度传感器17，隔热支撑陶瓷14上部设有玻璃制石蜡槽12。模型底座8上安置四千斤顶升降机7，模型底座8上设有温度调控开关9、台架升降开关10，所述台架升降开关10与升降机7的动力机构相连，控制升降机的高度便于试验与观察；温度调控开关9通过线路与上方温度控制装置、温度传感器17连接，控制试验温度的变化。 模型底座8底部设有转动滚轮11。上钢架4与下钢架5设有连接孔，上钢架4与下钢架5通过连接孔与螺栓连接。上钢架4与下钢架5分别由四组构件连接构成，四组构件上分别设有多个连接孔，四组构件呈“风车”状通过连接孔首尾相接，调整好位置后用螺丝固定在底板6上；四组升降机7与底板6相连，下端固定在模型底座8上，可自由调节高度；模型底座8上放置温度调控开关9与台架升降开关10，底部安置4组转动滚轮11，可移动位置；内部隔热板13紧贴四周的上钢架4、下钢架5，内侧安置隔热支撑陶瓷14，隔热支撑陶瓷14上方放置玻璃制石蜡槽12，下方放置加 热板15，中间放置温度传感器17，隔热板下方铺设隔热板16紧贴底板6。下层钢架5、底板6通过连接孔与螺栓连接。领域岩土工程土壤龟裂破坏的模型试验装置的试验方法，包括以下步骤:1)确定土体尺寸，调整上层钢架4、下层钢架5的长度与宽度，调整到位后用螺丝固定于底板6，调节台架升降开关10、使升降机7上下移动，适当调整底板6的高度，达到适宜状态；(2)根据土体尺寸，在钢槽内铺设内部隔热板13、地层隔热板16，内部隔热板13内侧放置隔热支撑陶瓷14与加热板15，将装满石蜡的玻璃制石蜡槽12安置于隔热支撑陶瓷14上方，中间安置温度传感器17 ；(3)将土体填入钢槽上方带可视化玻璃的上层钢架4中，土层四侧面与玻璃板接触部分用胶粘接固定，防止土体整体上升；土层与下方石蜡用柔性塑料薄膜隔开，保证石蜡与土层不相互影响。(4)调节温度调控开关9，启动加热板15，通过控制温度传感器17的温度变化保证石蜡的恒温均匀加热.；(5)调节可伸缩旋转杆I将数字摄像头安置在需要监测的位置上，记录土体皲裂顶裂的变化过程；试验结束后，清理仪器，调节钢架相对位置从而改变了模型尺寸，重做石蜡槽及加热板，重复以上操作进行试验。上述虽然结合附图对发明的具体实施方式
进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的 各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
权利要求
1.一种用于岩土工程土壤龟裂破坏的模型试验装置，其特征是，包括上层钢架、下层钢架、底板、升降机、模型底座，模型底座通过升降机与底板连接，底板上设有支撑杆，支撑杆上设有可伸缩旋转杆，可伸缩旋转杆上设有数字摄像头，下层钢架分别与上层钢架分别与底板连接，上层钢架上设有可视化玻璃板；底板上面与上层钢架、下层钢架形成空腔，上层钢架、下层钢架的内侧设有隔热板，隔热板内侧设有隔热支撑陶瓷，隔热支撑陶瓷高度小于有隔热板高度，底板上面设有地层隔热板，地层隔热板上设有加热板，加热板上部与隔热支撑陶瓷形成的内腔中设有温度传感器，隔热支撑陶瓷上部设有玻璃制石蜡槽。
2.如权利要求1所述的用于岩土工程土壤龟裂破坏的模型试验装置，其特征是，所述模型底座上设置四千斤顶升降机，模型底座上设有温度调控开关、台架升降开关，台架升降开关与升降机的动力机构连接，温度调控开关通过线路与温度控制装置、温度传感器连接。
3.如权利要求1所述的用于岩土工程土壤龟裂破坏的模型试验装置，其特征是，所述模型底座底部设有转动滚轮。
4.如权利要求1所述的用于岩土工程土壤龟裂破坏的模型试验装置，其特征是，所述上钢架与下钢架设有连接孔，上钢架与下钢架通过连接孔与螺栓连接；下层钢架、底板通过连接孔与螺栓连接。
5.如权利要求1所述 的用于岩土工程土壤龟裂破坏的模型试验装置，其特征是，所述上钢架与下钢架分别由四组构件连接构成，四组构件上分别设有多个连接孔，四组构件通过连接孔连接。
6.如权利要求1所述的用于岩土工程土壤龟裂破坏的模型试验装置，其特征是，所述升降机设有四组。
7.利用权利要求1至6任一项所述装置的试验方法，其特征是，包括以下步骤: I)确定土体尺寸，调整上层钢架、下层钢架的长度与宽度，调整到位后用螺丝与底板固定，调节台架升降开关、使升降机上下移动，调整底板的高度，达到适宜状态； (2)根据土体尺寸，在钢槽内铺设内部隔热板、地层隔热板，内部隔热板内侧放置隔热支撑陶瓷与加热板，将装满石蜡的玻璃制石蜡槽安置于隔热支撑陶瓷上方，中间安置温度传感器； (3)将土体填入钢槽上方带可视化玻璃的上层钢架中，土层四侧面与玻璃板接触部分用胶粘接固定，防止土体整体上升；土层与下方石蜡用柔性塑料薄膜隔开。
(4)调节温度调控开关，启动加热板，通过控制温度传感器的温度变化保证石蜡的恒温均匀加热； (5)调节可伸缩旋转杆将数字摄像头置于需要监测的位置上，记录土体皲裂顶裂的变化过程。
全文摘要
本发明公开了一种用于岩土工程土壤龟裂破坏的模型试验装置，包括上层钢架、下层钢架、底板、升降机、模型底座，模型底座通过升降机与底板连接，底板上设有支撑杆，支撑杆上设有可伸缩旋转杆，可伸缩旋转杆上设有数字摄像头，下层钢架分别与上层钢架分别与底板连接，上层钢架上设有可视化玻璃板；底板上面与上层钢架、下层钢架形成空腔，上层钢架、下层钢架的内侧设有隔热板，隔热板内侧设有隔热支撑陶瓷，隔热支撑陶瓷高度小于有隔热板高度，底板上面设有地层隔热板，地层隔热板上设有加热板，加热板上部与隔热支撑陶瓷形成的内腔中设有温度传感器，隔热支撑陶瓷上部设有玻璃制石蜡槽。有效提高试验精度，增强试验效率，方便试验操作。
文档编号G01N3/08GK103234822SQ20131010315
公开日2013年8月7日 申请日期2013年3月27日 优先权日2013年3月27日
发明者李术才, 宋曙光, 李利平, 胡聪, 孙超群, 王旌, 张骞, 周毅 申请人:山东大学