一種路基邊坡與地下工程多功能三維模型試驗平臺的制作方法
【專利摘要】本實用新型是一種路基邊坡與地下工程多功能三維模型試驗平臺。所述的三維模型試驗平臺由地下槽體、地上反力墻、地上槽體、伺服作動器、加載板、中隔板、地下水系統、人工降雨系統組成；地上反力墻位于地下槽體一端，地上槽體安裝于地下槽體側壁之上，伺服作動器置于地上反力墻與地上槽體之間，地下水系統設于地槽內，人工降雨系統及噴頭置于地上槽體的上方。本實用新型的路基邊坡與地下工程多功能三維模型試驗平臺的建設，可對現有的大型地基及邊坡模型試驗系統進行進一步的完善，可為路基邊坡支擋結構、地基處理、隧道、基坑等工程項目的大比例模型試驗提供良好的試驗平臺，并降低工程造價，提高模型試驗效率。
【專利說明】一種路基邊坡與地下工程多功能三維模型試驗平臺
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種路基邊坡與地下工程多功能三維模型試驗平臺。
【背景技術】
[0002] 路基邊坡地質災害一般包括滑坡、崩塌、泥石流等。路基邊坡災害常常中斷交通、 堵塞河道、掩埋村鎮、摧毀工廠、破壞農田，給人民的生命財產造成巨大損失，給工程建設帶 來嚴重影響。
[0003] 大型物理模型試驗是對滑坡等路基邊坡災害發生規律以及支擋結構受力特性、支 護效果等進行研究的有效手段之一，能有效的幫助解決滑坡等路基邊坡災害及防治工程學 中的理論和實踐問題，能把把在野外難以觀測到的滑坡等災害發育的全過程以及支擋結構 與巖土體的相互作用在實驗室中短期內重復模擬顯示出來。
[0004] 目前，國內地基與邊坡方面具有代表性的大型模型試驗平臺主要有浙江大學軟弱 土與環境土工教育部重點實驗室的"大型地基及邊坡工程模擬試驗系統"以及三峽大學湖 北省防災減災重點實驗室的"三維人工降雨水庫型滑坡物理模型試驗系統。
[0005] 不過，上述模型試驗系統還存在諸多不足，主要有：1)沒有設置大型的水平加載設 施，在對路基邊坡支擋結構物、地基、隧道、基坑等進行模型試驗研究時有一定的困難；2)模 型槽都在地面以上，變形控制困難，造價高昂；3)側壁可透視面積小，對模型的變形觀測困 難等。
【發明內容】
[0006] 本實用新型的目的是提供一種路基邊坡與地下工程多功能三維模型試驗平臺，可 對現有的大型地基及邊坡模型試驗系統進行進一步的完善，可為路基邊坡支擋結構、地基 處理、隧道、基坑等工程項目的大比例模型試驗提供良好的試驗平臺，并降低工程造價，提 高模型試驗效率。
[0007] 本實用新型的技術方案為：所述的三維模型試驗平臺由地下槽體、地上反力墻、地 上槽體、伺服作動器、加載板、中隔板、地下水系統、人工降雨系統組成；地上反力墻位于地 下槽體一端，地上槽體安裝于地下槽體側壁之上，伺服作動器置于地上反力墻與地上槽體 之間，地下水系統設于地槽內，人工降雨系統及噴頭置于地上槽體的上方。
[0008] 所述的地上槽體由反力支撐架、透明側壁、連桿、堅向加載縱梁構成。反力支撐架 通過連桿與內側的透明側壁連接，透明側壁的一側為門，在門的對邊裝有加載板，所述的伺 服作動器與加載板連接，透明側壁內設置可拆卸中隔板，在模型槽前后透明側壁設置儀器 埋設孔，反力支撐架上方設置堅向加載縱梁。
[0009] 所述的地下水系統由恒壓水箱、進水閥、進水管、多孔透水板、出水閥、集水井、抽 水泵構成；恒壓水箱通過進水管連接到多孔透水板上，在進水管上設有進水閥，另一端的多 孔透水板上裝有出水閥，出水閥連接集水井，集水井內設置抽水泵。
[0010] 所述的人工降雨系統由輸水管、控制閥門、微型噴頭組成，微型噴頭均勻分布于輸 水管上，控制閥門連接輸水管的進出口端。
[0011] 本實用新型的三維模型試驗平臺可實現以下多種功能：
[0012] 1)在模擬的水平推力及堅向荷載作用下，研究抗滑樁、擋土墻、錨索框架、鋼花管 注漿等各種邊坡加固結構的變形破壞模式、結構與巖土相互作用機理，檢測不同加固方式 的實際使用性能。
[0013] 2)在模擬的地下水及降雨作用下，研究邊坡的變形破壞機理。
[0014] 3)各種因素作用下各種地基加固措施受力機理及加固效果的研究。
[0015] 4)三維應力及地下水等因素作用下隧道受力機理的研究。
[0016] 5)三維應力、地下水及降雨等因素作用下基坑開挖對周圍環境的影響。
[0017] 本實用新型的路基邊坡與地下工程多功能三維模型試驗平臺的建設，可對現有 的大型地基及邊坡模型試驗系統進行進一步的完善，通過設置大型的水平加載系統，將模 型槽設置為半地上半地下的結構型式，并設置全透明側壁，可為路基邊坡支擋結構、地基處 理、隧道、基坑等工程項目的大比例模型試驗提供良好的試驗平臺，并降低工程造價，提高 模型試驗效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 圖1是本實用新型的三維模型試驗平臺結構示意圖（正視圖）
[0019] 圖2是圖1的俯視圖。
[0020] 圖3是圖1的縱剖面圖。
[0021] 圖4是圖1的橫剖面圖。
[0022] 圖5是本實用新型的三維模型試驗平臺的地下水系統結構示意圖。
[0023] 圖6是本實用新型的三維模型試驗平臺的人工降雨系統結構示意圖。
[0024] 圖中：1 一地下槽體，2-反力墻，3 -反力支撐架，4 一透明側壁，5 -連桿，6-門， 7 -堅向加載縱梁，8 -可拆卸中隔板，9 -作動器，10 -加載板，11 -錨索接鉤，12 -儀器埋 設孔，13-恒壓水箱，14一進水閥，15-進水管，16 -多孔透水板，17-出水閥，18-集水井， 19一抽水泵，20-微型噴頭，21-輸水管，22-控制閥門。
【具體實施方式】
[0025] 如圖1-4所示，本實用新型的三維模型試驗平臺由地下槽體1、在地槽上的反力墻 2、地上槽體、伺服作動器9、加載板10、可拆卸中隔板8、地下水系統、人工降雨系統組成；地 上反力墻位于地下槽體一端，地上槽體安裝于地下槽體側壁之上，伺服作動器置于反力墻 與地上槽體之間，地下水系統設于地槽內，人工降雨系統及噴頭置于地上槽體的上方。
[0026] 所述的地上槽體由反力支撐架3、透明側壁4 (高強有機玻璃)、連桿5、堅向加載縱 梁7、加載板10構成，反力支撐架通過連桿與內側的透明側壁連接，透明側壁的一側為門6， 在門的對邊的透明側壁裝有加載板，所述的伺服作動器與加載板連接，透明側壁內設置可 拆卸中隔板8,在地上槽體前后透明側壁設置儀器埋設孔，反力支撐架上方設置堅向加載縱 梁。
[0027] 通過堅向加載縱梁，試驗平臺可擴展堅向加載系統。通過擴展堅向加載系統，可在 邊坡及路基模型試驗中提供堅向荷載，相比堆載來說，具有荷載施加方便、快速、準確等優 點，并且可按位移控制加載，還可以施加動荷載。
[0028] 所述的地下水系統由恒壓水箱13、進水閥14、進水管15、多孔透水板16、出水閥 17、集水井18、抽水泵19構成；恒壓水箱通過進水管連接到多孔透水板上，在進水管上設有 進水閥，另一端的多孔透水板上裝有出水閥，出水閥連接集水井，集水井內設置抽水泵，如 圖5所示，地下水從模型前端向后端滲流，通過管道將恒壓水箱與模型前端多孔透水板相 連，使模型前端水位與恒壓水箱一致，在模型后端也設置透水板，起到反濾效果，在槽壁設 置多排排水閥，根據需要水位開關排水閥，地下水從后端流入集水井，沉淀后通過抽水泵排 入排水管網。
[0029] 所述的人工降雨系統由輸水管21、控制閥門22、微型噴頭20組成，微型噴頭均勻 分布于輸水管上，控制閥門連接輸水管的進出口端，如圖6所示，微型噴頭通過管網與供水 裝置連接。供水裝置由水箱、水壓調節裝置、電磁閥等部件組成。供水裝置壓力可調，模擬 降雨強度15mnT250mm/h。可模擬微雨、小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨和特大暴雨等常見多 發雨型。
[0030] 所述的地下槽體位于地面以下，通過基坑開挖后采用鋼筋混凝土澆筑而成，所述 的反力墻與地下槽體整體澆筑。結構可靠，對周圍環境影響小，容易施工。
[0031] 反力支撐架采用加寬型板材，其上安裝鋼結構梁，底部通過錨固方式連接于地基， 配斜支撐加固。
[0032] 可沿模型槽上部外側配置"人行走道"，與整體槽配套設計，除實現人行功能外，同 時對模型槽進行強度加固。
[0033] 為合理利用模型槽空間，在距模型槽內靈活設置可拆卸隔離板8,與地基設計配 套。隔離板由多組鋼板組成，使用時，按序放入隔離槽完成隔離功能。為方便模型試驗測試 設備的埋設，在模型槽前后透明側壁設置儀器埋設孔。
[0034] 在模型槽側向反力支撐架與側壁之間留有適當空間，由可拆卸連接桿連接，通過 將連接桿拆除，用側向加載缸替代，可在需要時擴展側向加載系統。通過擴展側向加載，側 向加載與堅向及水平加載一起，構成三維加載系統，為進行三維邊坡、隧道、基坑等模型試 驗提供條件。
[0035] 測試系統由量測設備及數據采集設備組成，量測設備包括土壓力計、孔隙水壓力 傳感器、位移傳感器、應力應變傳感器、液位計、表面位移測試裝置等。測試系統全自動記 錄、分析處理數據。
【權利要求】
1. 一種路基邊坡與地下工程多功能三維模型試驗平臺，其特征在于：所述的三維模型 試驗平臺由地下槽體、地上反力墻、地上槽體、伺服作動器、加載板、中隔板、地下水系統、人 工降雨系統組成；地上反力墻位于地下槽體一端，地上槽體安裝于地下槽體側壁之上，伺服 作動器置于地上反力墻與地上槽體之間，地下水系統設于地槽內，人工降雨系統及噴頭置 于地上槽體的上方。
2. 根據權利要求1所述的路基邊坡與地下工程多功能三維模型試驗平臺，其特征在 于：所述的地下槽體位于地面以下，地下槽體與反力墻澆筑為整體。
3. 根據權利要求1所述的路基邊坡與地下工程多功能三維模型試驗平臺，其特征在 于：所述的地上槽體由反力支撐架、透明側壁、連桿、堅向加載縱梁、加載板構成，反力支撐 架通過連桿與內側的透明側壁連接，透明側壁的一側為門，在門的對邊的透明側壁裝有加 載板，所述的伺服作動器與加載板連接，透明側壁內設置可拆卸中隔板，在地上槽體前后透 明側壁設置儀器埋設孔，反力支撐架上方設置堅向加載縱梁。
4. 根據權利要求1所述的路基邊坡與地下工程多功能三維模型試驗平臺，其特征在 于：所述的地下水系統由恒壓水箱、進水閥、進水管、多孔透水板、出水閥、集水井、抽水泵構 成；恒壓水箱通過進水管連接到多孔透水板上，在進水管上設有進水閥，另一端的多孔透水 板上裝有出水閥，出水閥連接集水井，集水井內設置抽水泵。
5. 根據權利要求1所述的路基邊坡與地下工程多功能三維模型試驗平臺，其特征在 于：所述的人工降雨系統由輸水管、控制閥門、微型噴頭組成，微型噴頭均勻分布于輸水管 上，控制閥門連接輸水管的進出口端。
【文檔編號】G01N33/24GK203881756SQ201420168735
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月4日 優先權日:2014年4月4日
【發明者】郭彪, 張發春, 房銳, 張玉芳, 李果, 李志厚, 陳賀, 李亞軍 申請人:云南省交通規劃設計研究院