一种土质边坡模型试验开挖装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于土木工程设备技术领域，具体来说，涉及到一种土质边坡模型试验开挖装置。
【背景技术】
[0002]目前，对隧道模型试验中土体开挖方式研宄较多，但是对边坡模型试验土体开挖的公开报道却甚少。绝大多数边坡模拟试验是将土体按开挖之后的边坡形态进行填筑，然后在坡顶施加荷载，监测边坡变形和破坏。但此种模拟方法不能反映边坡从自然状态到开挖再到最终成型边坡的施工工程，找不出最不利施工阶段，模拟结果缺乏说服力。另一方面，模拟开挖时采用先填筑成型后边坡土体，再填筑待开挖边坡土体，开挖时移除后填筑土体，此种方法中两种土体的结合状态应力场、位移场和天然边坡应力场、位移场存在较大差异，也不能准确模拟边坡开挖。
【发明内容】
[0003]为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种应用广泛、模拟精确的土质边坡模型试验开挖装置。
[0004]本实用新型所述的一种边坡模型试验开挖装置，所述装置由模型箱和开挖装置组成；所述模型箱由玻璃挡板101、型钢支架102组成；所述玻璃挡板101包括通过螺栓与外侧的型钢支架102固定的左侧板103、右侧板104和后侧板105 ;所述开挖装置由切削单元和行走单元构成；所述切削单元由刀片401、推杆402、连接螺栓403、切削齿轮404、切削电机405和驱动轴406构成；所述行走单元由行走齿轮501、行走电机502构成；所述左侧板103与右侧板104的顶部相对位置平行设置滑槽A 301，左侧板103与右侧板104的内侧相对位置设置滑槽B 302 ;所述行走电机502、切削电机405设置在驱动轴406上；所述行走齿轮501连在驱动轴406的两端，并与滑槽A 301 一侧设有的齿相咬合；行走电机502驱动行走齿轮501沿滑槽A 301行走；所述切削齿轮404固结在驱动轴406上，推杆402下方的齿与切削齿轮404相咬合，推杆402与刀片401通过连接螺栓403连接，刀片401的两端嵌入两侧的滑槽B 302中；切削电机405驱动驱动轴406并带动切削齿轮404，切削齿轮404传动到推杆402推动刀片401沿滑槽B 302进行土体切削。
[0005]本实用新型所述的一种土质边坡模型试验开挖装置，所述滑槽B302按实际边坡横断面图纸开挖轮廓线的相似比换算后尺寸布置。
[0006]本实用新型所述的一种土质边坡模型试验开挖装置，所述滑槽A301的另一侧为光滑面。
[0007]本实用新型所述的一种土质边坡模型试验开挖装置，所述推杆402的截面为圆形。
[0008]与现有技术相比，本实用新型所述的土质边坡模型试验开挖装置应用广泛、模拟精确，可广泛应用于公路边坡、铁路边坡模型试验土体的开挖，能模拟不同坡度、不同平台宽度、不同坡高的边坡土体开挖，还能模拟多级边坡土体开挖，实现高边坡施工过程模拟。
【附图说明】
[0009]图1:本实用新型设计的土质边坡模型试验开挖装置结构图；图2:滑槽A与行走齿轮示意图；图3:滑槽B与刀片示意图；图4:推杆与切削齿轮咬合示意图；玻璃挡板-101、型钢支架-102、左侧板-103、右侧板-104、后侧板-105、开挖装置_2、滑槽A-301、滑槽B-302、刀片-401、推杆-402、连接螺栓-403、切削齿轮-404、切削电机-405和驱动轴-406、彳丁走齿轮_501、彳丁走电机-502。
【具体实施方式】
[0010]下面结合具体的实施例对本实用新型所述的土质边坡模型试验开挖装置做进一步说明，但是本实用新型的保护范围并不限于此。
[0011]实施例1
[0012]一种土质边坡模型试验开挖装置，所述装置由模型箱和开挖装置组成；所述模型箱由玻璃挡板101、型钢支架102组成；所述玻璃挡板101包括通过螺栓与外侧的型钢支架102固定的左侧板103、右侧板104和后侧板105 ;所述开挖装置由切削单元和行走单元构成；所述切削单元由刀片401、推杆402、连接螺栓403、切削齿轮404、切削电机405和驱动轴406构成；所述行走单元由行走齿轮501、行走电机502构成；所述左侧板103与右侧板104的顶部相对位置平行设置滑槽A301，左侧板103与右侧板104的内侧相对位置设置滑槽B 302 ;所述行走电机502、切削电机405设置在驱动轴406上；所述行走齿轮501连在驱动轴406的两端，并与滑槽A 301 一侧设有的齿相咬合；行走电机502驱动行走齿轮501沿滑槽A 301行走；所述切削齿轮404固结在驱动轴406上，推杆402下方的齿与切削齿轮404相咬合，推杆402与刀片401通过连接螺栓403连接，刀片401的两端嵌入两侧的滑槽B 302中；切削电机405驱动驱动轴406并带动切削齿轮404，切削齿轮404传动到推杆402推动刀片401沿滑槽B 302进行土体切削；所述滑槽B302按实际边坡横断面图纸开挖轮廓线的相似比换算后尺寸布置；所述滑槽A301的另一侧为光滑面；所述推杆402的截面为圆形。
[0013]某高速公路黄土边坡，坡高25m，平台宽度从上到下依次为8m、3m、3m，每级坡高5m，坡率均为1: 0.5。从坡脚到坡顶后缘水平距离为30m。模型试验采用几何相似比为20: 1，取边坡线路纵向长度为1m作为模拟长度。则模型箱尺寸为1.5mX0.5mX 1.25m。滑槽A槽宽3cm，槽高4cm，滑槽齿高2mm，供行走齿轮行走。行走齿轮直径30mm，齿轮宽度15mm，齿高2mm。驱动轴直径15mm，长度为48cm。切削齿轮直径30mm，齿轮宽度15mm，齿高3mm。推杆长度为1.5m，推杆直径15mm，推杆与切削齿轮接触面齿轮高度3mm。刀片宽48cm，高15cm，厚1mm，端部5cm为楔形。滑槽B槽宽2.5cm，槽高L 5cm，为刀片提供导向作用。刀片与顶杆之间通过直径6mm的螺栓连接，刀片通过两根顶杆提供切割推力。行走电机功率为40W，切割电机功率为120W。
[0014]其操作步骤具体如下:1)刀片滑槽固定:根据边坡坡高、坡度、平台宽度确定滑槽B，将滑槽B302“] ”形结构背贴在左侧玻璃挡板103和右侧玻璃挡板104内，用螺栓将滑槽B固定在玻璃挡板上，滑槽B使刀片401按预定坡度切削土体，为刀片提供导向作用；2)坡面刀片定位:打开行走电机502，行走齿轮501与滑槽A301齿轮咬合实现行走，当刀片401行走至边坡坡面滑槽B302入口时，关闭行走电机501 ;3)切削坡面土体:打开切削电机405，推杆402随切削齿轮404带动刀片401实现对坡面土体切削作业，待刀片401行至边坡该级平台水平面处，关闭切削电机405 ;4)平台刀片定位:打开行走电机502，行走齿轮501与滑槽A301齿轮咬合实现行走，当刀片401行走至边坡平台滑槽B入口时，关闭行走电机501 ;5)切削平台土体:打开切削电机405，推杆402随切削齿轮404带动刀片401实现对平台土体切削作业，待刀片401行至坡面刀片处，关闭切削电机405 ;移除土体，则实现一级边坡土体开挖模拟；将坡面刀片和平台刀片重新定位到下一级边坡滑槽口 B，重复上述操作，则实现下级边坡开挖模拟，从而实现多级边坡的开挖模拟。
[0015]与现有技术相比，本实用新型所述的土质边坡模型试验开挖装置应用广泛、模拟精确，可广泛应用于公路边坡、铁路边坡模型试验土体的开挖，能模拟不同坡度、不同平台宽度、不同坡高的边坡土体开挖，还能模拟多级边坡土体开挖，实现高边坡施工过程模拟。
【主权项】
1.一种土质边坡模型试验开挖装置，其特征在于，所述装置由模型箱和开挖装置组成；所述模型箱(I)由玻璃挡板(101)、型钢支架(102)组成；所述玻璃挡板(101)包括通过螺栓与外侧的型钢支架(102)固定的左侧板(103)、右侧板(104)和后侧板(105);所述开挖装置由切削单元和行走单元构成；所述切削单元由刀片(401)、推杆(402)、连接螺栓(403)、切削齿轮(404)、切削电机(405)和驱动轴(406)构成；所述行走单元由行走齿轮(501)、行走电机(502)构成；所述左侧板(103)与右侧板(104)的顶部相对位置平行设置滑槽A(301)，左侧板(103)与右侧板(104)的内侧相对位置设置滑槽B(302);所述行走电机(502)、切削电机(405)设置在驱动轴(406)上；所述行走齿轮(501)连在驱动轴(406)的两端，并与滑槽A(301) —侧设有的齿相咬合；行走电机(502)驱动行走齿轮(501)沿滑槽A(301)行走；所述切削齿轮(404)固结在驱动轴(406)上，推杆(402)下方的齿与切削齿轮(404)相咬合，推杆(402)与刀片(401)通过连接螺栓(403)连接，刀片(401)的两端嵌入两侧的滑槽B (302)中；切削电机(405)驱动驱动轴(406)并带动切削齿轮(404)，切削齿轮(404)传动到推杆(402)推动刀片(401)沿滑槽B(302)进行土体切削。
2.根据权利要求1所述的一种土质边坡模型试验开挖装置，其特征在于，所述滑槽B(302)按实际边坡横断面图纸开挖轮廓线的相似比换算后尺寸布置。
3.根据权利要求1所述的一种土质边坡模型试验开挖装置，其特征在于，所述滑槽A(301)的另一侧为光滑面。
4.根据权利要求1所述的一种土质边坡模型试验开挖装置，其特征在于，所述推杆(402)的截面为圆形。
【专利摘要】本实用新型属于土木工程设备技术领域，具体来说，涉及到一种土质边坡模型试验开挖装置。其由模型箱和开挖装置组成；所述模型箱由玻璃挡板、型钢支架组成；所述玻璃挡板包括分别通过螺栓与外侧的型钢支架固定的左侧板、右侧板和后侧板；所述开挖装置由切削单元和行走单元构成；所述切削单元由刀片、推杆、连接螺栓、切削齿轮、切削电机和驱动轴构成；所述行走单元由行走齿轮、行走电机构成。与现有技术相比，本实用新型所述的土质边坡模型试验开挖装置应用广泛、模拟精确，可广泛应用于公路边坡、铁路边坡模型试验土体的开挖，能模拟不同坡度、不同平台宽度、不同坡高的边坡土体开挖，还能模拟多级边坡土体开挖，实现高边坡施工过程模拟。
【IPC分类】G01N33-24
【公开号】CN204287177
【申请号】CN201420811136
【发明人】孙志杰, 申俊敏, 张军, 刘海, 杨玉东, 董立山, 赵建斌
【申请人】山西省交通科学研究院, 山西交科公路勘察设计院
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月18日