样6上方；如图4所示，锁定装置下半部分留有螺栓孔，通过螺栓将锁定装置套箍到立柱上。四根立柱能够很好地在水平方向上约束配重装置7，使其能够缓慢滑下覆盖在试验土样6上方，在试验前和试验中均能够土样稳定性。在可伸缩板4的上端安装有合页，用于与高度定位架2的锁定装置锁定。
[0050]可选的，高度定位架2上布满螺纹，锁定装置3通过螺纹锁定到高度定位架2的需要高度。可选的，高度定位架2与离心机模型箱内部净高相同。
[0051]可选的，配重装置7由I?10片厚度为Icm?2cm的配重板相叠加而形成，能够根据试验需要选择适当数量的配重板。配重板尺寸与模型箱保持一致，重量为Ikg?5kg。可选的，配重板采用刚性金属板。
[0052]可选的，配重装置7与离心机模型箱的侧壁贴合，保证试验过程中试验土样6的稳定性，防止因试验土样6的不稳定而影响试验结果。
[0053]以下给出本发明的一个实施例，需要说明的是，给出该实施例的目的是为了便于更进一步理解本发明，本发明权利要求所要求保护的范围不限于该实施例。
[0054]实施例:
[0055]参见图5，涵洞模型8为圆管涵；试验土样6为砂土 ；配重装置7的配重板为钢板，钢板长宽分别略小于离心机模型箱的长与宽便于安装；砂土与钢板的密度比值为1:4，离心试验在加速度为50g水平下进行，模型试验相似比为1:50，模拟填土高度为20m的试验工况。
[0056]由于需要模拟的填土高度高达20m，在1:50的相似比下，填土高度依然需要达到40cm ;由于离心机模型箱高度有限，在试验中填筑40cm的砂土无法实现，此时，就需要配重装置7来对其进行配重。试验中，为实现40cm的填土高度，首先用砂土填筑至高度为20cm，然后平整砂土层，再将配重装置7覆盖在砂土上，覆盖高度为5cm，由于配重装置7的密度是砂土的4倍，长宽又分别略小于模型箱的长与宽，因此5cm厚钢板的重量与高度20cm砂土的重量相当，由此可知，高度为20cm的砂土与厚度5cm的钢板配重装置7相结合后，模拟的填土高度达到了 40cm。
[0057]1、沟谷宽度模拟
[0058]按上述试验步骤安装试验装置，其中在进行本发明的步骤3时，将两个可伸缩板4底边之间的距离分别调整为1.5D、2.0D,3.0D,4.0D和5.0D (D表示涵洞模型的跨径)，并通过调整伸缩板4的长度使伸缩板4与模型箱侧边的夹角保持在45°，模拟在沟谷坡度为45°的情况下，沟谷宽度分别为1.?、2.0D、3.0D,4.0D和5.0D的试验工况，如图6所示。
[0059]2、沟谷坡度模拟
[0060]按上述试验步骤安装试验装置，其中在进行步骤3时，将两个可伸缩板4底边之间的距离调整为3.0D (D表示涵洞模型的跨径)，并通过调整伸缩板4的长度使伸缩板4与模型箱侧边的夹角分别为0°、30。、45。、60。和90。，模拟在沟谷宽度为3.0D的情况下，沟谷坡度分别为0°、30°、45°、60°和90°的试验工况，如图7所示。
[0061]从试验结果可以看出:试验采用本工况模拟装置得到的结果与数值模拟的结果十分吻合，说明使用该套模拟装置来模拟高填方涵洞的沟谷宽度变化工况和沟谷坡度变化工况是较为合理的；同时也证明，使用配重装置7和试验土样6相互配合来等效模拟高填方涵洞的方法是可行的。
[0062]如图3所示，本发明还给出将上述公路涵洞离心模型试验的一体式工况模拟装置的试验方法，具体包括如下步骤:
[0063]步骤1，将底板I铺在离心机模型箱底部；
[0064]步骤2，将地基模型5放置在底板I上的中部，使地基模型3的中线与底板I的中线重合；在地基模型5上方中部放置涵洞模型8 ;
[0065]步骤3，将一对可伸缩板4对称安装在地基模型5两侧的底板I上，可伸缩板4倾斜放置，其下端安装在底板I上，上端通过锁定装置3固定在高度定位架2上，根据需要调整可伸缩板4的伸缩长度以调整其需要模拟沟谷的坡度和高度；底板I和一对可伸缩板4形成沟渠状；调整好高度定位架2上锁定装置的位置并固定；
[0066]步骤4，在离心机模型箱、底板1、一对可伸缩板4、地基模型5和涵洞模型8之间围成的空腔中填有试验土样6，将试验土样6填充到特定的高度；
[0067]步骤5，根据试验荷载要求，将一定重量的配重装置7放入离心机模型箱，使其沿离心机模型箱下落至试验土样6上；此时整套设备设置完成，可进行离心试验。
[0068]以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
【主权项】
1.一种公路涵洞离心模型试验的一体式工况模拟装置，其特征在于，包括底板、高度固定架、一对可伸缩板、地基模型、试验土样、配重装置和涵洞模型；其中: 所述底板平铺于离心机模型箱底面，其长度小于离心机模型箱的长度，其宽度等于离心机模型箱的内部宽度；所述高度定位架安装在底板上方，与离心模型箱的侧壁贴合；地基模型放置在底板上的中部；在地基模型上方中部放置所述涵洞模型，涵洞模型采用横截面为矩形的空心柱体；涵洞模型的长度方向与底板的宽度方向相同；一对可伸缩板对称安装在地基模型两侧的底板上，可伸缩板的宽度等于底板的宽度；可伸缩板倾斜放置，其下端安装在底板上，上端固定在高度定位架上；可伸缩板用于模拟沟谷的坡度和高度；在离心机模型箱、底板、一对可伸缩板、地基模型和涵洞模型之间围成的空腔中填有试验土样，试验土样的上表面高于可伸缩板的上端；试验土样的上方放置有配重装置。
2.如权利要求1所述的公路涵洞离心模型试验的一体式工况模拟装置，其特征在于，所述地基模型的中线与底板的中线重合，其长度小于底板的长度，其宽度等于地基模型的宽度，其厚度为2-3cm。
3.如权利要求1所述的公路涵洞离心模型试验的一体式工况模拟装置，其特征在于，所述底板上表面均匀设置多个定位槽，定位槽的长度方向与底板的宽度方向一致。
4.如权利要求3所述的公路涵洞离心模型试验的一体式工况模拟装置，其特征在于，所述定位槽的横截面为三角形、矩形或其他形状，两个相邻的定位槽紧密布置，不设间距。
5.如权利要求4所述的公路涵洞离心模型试验的一体式工况模拟装置，其特征在于，所述定位槽选择腰长为Icm,高为1.41cm的等腰三角形。
6.如权利要求1?4任一所述的公路涵洞离心模型试验的一体式工况模拟装置，其特征在于，所述高度定位架采用四根立柱，四根立柱分别安装在底板的四角上，四根立柱上分别配置一个锁紧装置，用于固定可伸缩板；同时，立柱上沿长度方向设有滑槽，用于使配重装置能够缓慢滑下覆盖在试验土样上方；所述锁定装置下半部分留有螺栓孔，通过螺栓将锁定装置套箍到立柱上；在可伸缩板的上端安装有合页，用于与高度定位架的锁定装置锁定。
7.如权利要求6所述的公路涵洞离心模型试验的一体式工况模拟装置，其特征在于，所述高度定位架上布满螺纹，锁定装置通过螺纹锁定到高度定位架的需要高度。
8.如权利要求1?4任一所述的公路涵洞离心模型试验的一体式工况模拟装置，其特征在于，所述配重装置由I?10片配重板相叠加而形成，所述配重板尺寸与模型箱保持一致，重量为Ikg?5kg，配重板采用刚性金属板。
9.如权利要求1?4任一所述的公路涵洞离心模型试验的一体式工况模拟装置，其特征在于，所述配重装置与离心机模型箱的侧壁贴合。
10.如权利要求1所述的公路涵洞离心模型试验的一体式工况模拟装置的试验方法，其特征在于，具体包括如下步骤: 步骤I，将底板铺在离心机模型箱底部； 步骤2，将地基模型放置在底板上的中部，使地基模型的中线与底板的中线重合；在地基模型上方中部放置涵洞模型； 步骤3，将一对可伸缩板对称安装在地基模型两侧的底板上，可伸缩板倾斜放置，其下端安装在底板上，上端通过锁定装置固定在高度定位架上，根据需要调整可伸缩板的伸缩长度以调整其需要模拟沟谷的坡度和高度；底板和一对可伸缩板形成沟渠状；调整好高度定位架上锁定装置的位置并固定； 步骤4，在离心机模型箱、底板、一对可伸缩板、地基模型和涵洞模型之间围成的空腔中填有试验土样，将试验土样填充到特定的高度； 步骤5，根据试验荷载要求，将一定重量的配重装置放入离心机模型箱，使其沿离心机模型箱下落至试验土样上；此时整套设备设置完成，可进行离心试验。
【专利摘要】本发明公开了一种公路涵洞离心模型试验的一体式工况模拟装置及试验方法，该装置包括底板、高度固定架、一对可伸缩板、地基模型、试验土样、配重装置和涵洞模型；底板平铺于离心机模型箱底面；所述高度定位架安装在底板上方；地基模型放置在底板上；地基模型上方放置所述涵洞模型；可伸缩板对称安装在地基模型两侧的底板上；可伸缩板倾斜放置；在离心机模型箱、底板、一对可伸缩板、地基模型和涵洞模型之间围成的空腔中填有试验土样；试验土样的上方放置有配重装置。试验装置结构简单，操作方便，不用频繁拆卸组装，能够高效准确的满足设计公路涵洞离心模型试验的要求，提高试验效率和精度。
【IPC分类】G01N33-24
【公开号】CN104655822
【申请号】CN201510061181
【发明人】冯忠居, 潘放, 李军, 王增贤, 李炎, 朱登远, 建鑫龙, 李保瑞, 袁枫斌, 乌延玲, 王彦志, 韩秋石, 苏航州, 席称心
【申请人】长安大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年2月5日