本发明涉及室内土工试验装置技术领域，具体涉及一种适用于多角度锚杆拉拔试验的试验装置。
背景技术：
锚杆在实际工程中运用广泛，常用于基坑开挖和边坡支护工程，在地下隧道开挖工程中也有涉及。室内常对不同形式、尺寸的锚杆施工工艺进行模拟试验，以近似获取锚杆在不同工况下的受力变形情况，或评价施工工艺的好坏。在进行锚杆拉拔室内试验模拟时，常常需要考虑锚杆不同入土角度时的工程性状，这就需要我们设计一款可以变换锚杆拉拔角度的试验装置。现有的试验装置在进行锚杆拉拔试验时，大多是在模型箱开口侧不同高度处设置支杆，以提供锚杆拉板的支点，这种方法可提供锚杆不同拉拔角度的数量取决于支杆的设置个数，在锚杆长度一定时可变换的角度极其有限；另一中常用方法是在模型箱的外侧单独设立支架，但是这种装置复杂且系统的整体性差，独立支架易受外界干扰，不能保证锚杆维持在同一个角度进行拉拔。
技术实现要素：
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种适用于多角度锚杆拉拔试验的试验装置，该装置结构简单，操作方便，在保证与模型箱的一体化的同时能够变换不同的角度进行锚杆拉拔试验。
实现本发明上述目的所采用的技术方案为：
一种适用于多角度锚杆拉拔试验的试验装置，包括模型箱、千斤顶、垫板、反力架、吊桶和拉绳，模型箱包括箱体和斜坡，斜坡位于箱体内，箱体呈方形，箱体包括方形顶框和方形底框，方形顶框与斜坡正对的边框为工作顶梁，方形底框与斜坡正对的边框为工作底梁，还包括角度调节机构，角度调节机构包括转架、两调节绳索和绳索调节结构，转架为对称结构，所述的转架包括u型框和多个调节横杆，u型框位于箱体外，u型框包括两支撑侧板和连接横杆，两支撑侧板的下端分别通过铰接件铰接于工作底梁的两端上，连接横杆的两端分别与两支撑侧板的上端连接，多个调节横杆沿支撑侧板的长度方向依次分布，各调节横杆的两端可沿两支撑侧板的长度方向上下滑动，各调节横杆上设有多个位置可调节的滑轮机构，滑轮机构包括滑轮，两调节绳索的一端分别固定在连接横杆的两端上，两调节绳索的另一端安装在绳索调节机构上，且绳索调节机构通过调节绳索的长度可改变连接横杆的水平高度。
所述的绳索调节机构包括转轴、两轴承、两锁止机构、两绳索槽和摇手，工作顶梁沿其长度方向设有通孔，两轴承分别安装于通孔的两端上，转轴穿过通孔并通过两轴承与通孔连接，摇手安装于转轴的一端上，两调节绳索的另一端分别固定在两绳索槽中，且调节绳索的一部分缠绕在两绳索槽中，两锁止机构分别安装于转轴的两端部上，通过两锁止机构可将转轴固定。
所述的锁止机构为旋转盖，旋转盖呈圆筒状，旋转盖的一端部开口，旋转盖密封的端部上设有螺纹孔，旋转盖内侧壁上设有内螺纹，两轴承的一端部均位于通孔外，两轴承外圈位于通孔外的端部上设有与旋转盖内螺纹匹配的第一外螺纹，转轴的两端部设有与螺纹孔匹配的第二外螺纹，两旋转盖分别与转轴的两端部螺纹连接，且两旋转盖分别位于两轴承的外侧，两旋转盖的开口端分别于两轴承正相对。
转轴的两端部上设有第一限位块和第二限位块，两第一限位块分别位于两旋转盖的外侧，两第二限位块分别位于两第一限位块的外侧，固定于转轴同一端部上的第一限位块和第二限位块之间的空间构成绳索槽。
摇手为l型杆，摇手的竖杆与转轴的一端固定连接，摇手的竖杆垂直于转轴。
两支撑侧板沿其长度方向分别设有两滑槽，调节横杆上设有第三外螺纹，调节横杆的两端分别连接有压紧螺母，调节横杆的两端分别穿过两滑槽，且调节横杆的两端分别通过两压紧螺母固定在两支撑侧板上。
所述的铰接件包括销轴和第三限位块，两销轴的一端分别固定于工作底梁两端面中央，两销轴平行于工作底梁，两支撑侧板的下端上分别设有两穿孔，两销轴的另一端分别穿过两穿孔，两支撑侧板与两销轴分别间隙配合，两销轴的另一端分别与两第三限位块固定连接。
滑轮机构还包括两调节螺母，两调节螺母分别位于滑轮的两侧，滑轮通过两调节螺母固定在调节横杆上。
与现有技术相比，本发明的有益效果和优点在于：
1、该装置机构简单，所使用的零部件主要为钢材、滑轮、螺母、钢丝绳等，造价便宜。
2、本发明通过改变u型框的倾角以及调节横杆在滑槽上的固定位置，可以实现锚杆的多角度拉拔。
3、调节横杆上可以设置多个滑轮(滑轮的个数取决于对应层锚杆的个数)，滑轮的间距可调(滑轮的间距取决于同层锚杆的布置间距)，调节横杆也可以设置多个(调节横杆的个数取决于锚杆的层数)，沿两支撑侧板长度方向排列，多个调节横杆之间的间距也可调节(调节横杆的间距取决于锚杆的层间距)，这样无论锚杆在土体中的处于任何位置，都可以实现多层多锚杆的同时拉拔；
4、本发明在改变u型框的倾角时采用了较为便捷的结构(转轮)，既能实现u型框倾角的多角度调节，又省时省力。
附图说明
图1为适用于多角度锚杆拉拔试验的试验装置的结构示意图。
图2为图1中i的放大图。
图3为绳索调节机构。
图4为转架的结构示意图。
图5为箱体的结构示意图。
图6为图5中j的放大图。
其中，1-模型箱、2-千斤顶、3-垫板、4-反力架、5-吊桶、6-拉绳、7-方形顶框、8-方形底框、9-工作顶梁、10-工作底梁、11-调节绳索、12-u型框、13-调节横杆、14-支撑侧板、15-连接横杆、16-滑轮、17-转轴、18-轴承、19-摇手、20-通孔、21-旋转盖、22-第一限位块、23-第二限位块、24-滑槽、25-压紧螺母、26-销轴、27-第三限位块、28-斜坡、29-调节螺母。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
本发明提供的适用于多角度锚杆拉拔试验的试验装置的结构如图1所示，该装置包括模型箱1、千斤顶2、垫板3、反力架4、吊桶5、拉绳6和角度调节机构。
如图4所示，模型箱包括箱体和斜坡28，斜坡28位于箱体内，箱体呈方形，箱体包括方形顶框7和方形底框8，方形顶框7与斜坡28正对的边框为工作顶梁9，工作顶梁9沿其长度方向设有通孔20，方形底框8与斜坡28正对的边框为工作底梁10。
角度调节机构包括转架、两调节绳索11和绳索调节结构。
如图5所示，转架为对称结构，所述的转架包括u型框12、多根调节横杆13和两铰接件，u型框位于箱体外。u型框包括两支撑侧板14和连接横杆15，连接横杆15的两端分别与两支撑侧板14的上端连接。两支撑侧板14的下端上分别设有两穿孔，两支撑侧板14沿其长度方向分别设有两滑槽24。所述的铰接件包括销轴26和第三限位块27，两销轴26的一端分别固定于工作底梁10两端面中央，两销轴26平行于工作底梁10。两销轴26的另一端分别穿过两穿孔，两支撑侧板14与两销轴26分别间隙配合，两销轴26的另一端分别与两第三限位块27固定连接。调节横杆13上设有第三外螺纹，调节横杆13上对称设有上设有多个滑轮机构，滑轮机构包括滑轮16和两调节螺母29，两调节螺母39分别位于滑轮16的两侧，滑轮通过两调节螺母29固定在调节横杆13上。调节横杆13的两端部分别连接有压紧螺母25，调节横杆13的两端分别穿过两滑槽24，且调节横杆13的两端分别通过两压紧螺母25固定在两支撑侧板上。调节横杆上可以设置多个滑轮(滑轮的个数取决于对应层锚杆的个数)，滑轮的间距可调(滑轮的间距取决于同层锚杆的布置间距)，调节横杆也可以设置多个(调节横杆的个数取决于锚杆的层数)，沿两支撑侧板长度方向依次排列，各调节横杆之间的间距也可调节(调节横杆的间距取决于锚杆的层间距)，这样无论锚杆在土体中的处于任何位置，都可以实现多层多锚杆的同时拉拔；
如图3所示，所述的绳索调节结构包括转轴17、两轴承18、两锁止机构、两绳索槽和摇手19。所述的锁止机构为旋转盖21，旋转盖21呈圆筒状，旋转盖21的一端部开口，旋转盖21的密封端部上设有螺纹孔，旋转盖21内侧壁上设有内螺纹。两轴承18的一端部分别安装于通孔20的两端上，两轴承18的另一端部均位于通孔20外，两轴承18外圈位于通孔外的端部上设有与旋转盖21内螺纹匹配的第一外螺纹。
转轴17的两端部设有与螺纹孔匹配的第二外螺纹，两旋转盖21分别与转轴的两端部螺纹连接，且两旋转盖21分别位于两轴承18的外侧，两旋转盖21的开口端分别于两轴承18正相对。转轴18的两端部上设有第一限位块22和第二限位块23，两第一限位块22分别位于两旋转盖21的外侧，两第二限位块23分别位于两第一限位块21的外侧，固定于转轴同一端部上的第一限位块22和第二限位块22之间的空间构成绳索槽。
两调节绳索11的一端分别固定在连接横杆15的两端上，两调节绳索11的另一端分别缠绕固定在两绳索槽中，且调节绳索11的一部分缠绕在两绳索槽中。
摇手19为l型杆，摇手19的一端与转轴17的一端固定连接，摇手19的竖杆垂直于转轴16。
本实施例中的所有绳索均为较细不易变形的钢丝绳。
所述的适用于多角度锚杆拉拔试验的试验装置的使用方法如下：
试验前，先将土样在模型箱内按照预先设置的边坡坡度进行堆积；然后在边坡面上的设定位置处插入锚杆，值得注意的是，锚杆在边坡上可以设置成单排锚杆，也可以设置成多排锚杆，同时每排锚杆上的锚杆个数也可以任意设置，完全取决于模拟的工况以及试验设计；锚杆设置完成以后在边坡的顶部放置垫板，在垫板中央位置处使用千斤顶加压，提供坡顶荷载；当压力稳定在试验设计荷载时，使用本发明提供的装置对坡面上的锚杆进行拉板，有如下两种方法：
1、先固定u型框的角度不变，改变调节横杆在滑槽上的固定位置，以锚杆端部与调节横杆上滑轮中心连线的方向，与插入土体中锚杆的方向在同一直线上为准；
2、、先固定调节横杆在滑槽上的位置不变，调节u型框的角度，同样以锚杆端部与调节横杆上滑轮中心连线的方向，与插入土体中锚杆的方向在同一直线上为准；
第一种方法适用于多层多列锚杆的拉板，但事先设置u型框的角度合适，否则与底层锚杆相对应的吊桶很可能触及地面，造成试验失败；第二种方法只适用于单层多列锚杆的拉板，因为若多层锚杆，很难通过仅仅调节u型框的角度来实现锚杆的直线拉板，但无论哪一种方法都可以根据每层锚杆的个数，在调节横杆上设置相应数量的滑轮，来实现相应位置处锚杆的拉板，建议两种方法结合使用，同时调节u型框的角度和调节横杆在滑槽上的位置。