土工离心机模型中连续可调近弧形不均匀沉降机械装置制造方法及图纸

一种土工离心机模型中连续可调近弧形不均匀沉降机械装置，其特征是：在模型箱底部设置有高度相等且长度均等于模型箱内长的左侧钢板平台、右侧钢板平台和边缘钢板平台，左侧钢板平台和右侧钢板平台的顶面向内延伸并形成上宽下窄的倒角，二者相隔一定距离以模拟不均匀沉降区域，在其下方与模型箱底部之间形成一个空腔，在该空腔内安装微型伺服升降电机，微型伺服升降电机的上焊接一个移动支撑平台，在其上方放置多个宽度较小且长度等于模型箱内长的钢板条，细钢丝绳贯穿连接钢板条组，组内相邻钢板条紧密接触，初始阶段钢板条组上表面与钢板平台上表面处于同一水平面上，在模型箱内位于钢板平台和钢板条的上方布设土质边坡模型。

Continuous adjustable arc-shaped non-uniform settlement mechanism in Geocentrifuge model

【技术实现步骤摘要】
土工离心机模型中连续可调近弧形不均匀沉降机械装置
本专利技术涉及模拟深层地基不均匀沉降的控制装备，特别涉及一种土工离心机模型中连续可调近弧形不均匀沉降机械装置与方法。
技术介绍
化石燃料长时间高强度开采、大断面隧道开挖、地下水过度抽取、断层结构、喀斯特石灰溶岩、地基回填土压实不足和垃圾场生物分解等易在岩土层深部或浅部形成大面积或局部的不均匀沉降区。在重力的主导作用下，不均匀沉降区域逐渐向上方覆盖层传递，最终会引起地表沉降、地面塌陷、坡体崩塌和滑坡等地质灾害，对附近建筑物的正常使用和居民生命安全构成严重威胁。因此研制地层深部模拟不均匀沉降的机械装置，探究差异变形向上方岩土层的传递规律和引起的地表变形特性，并进行针对性控制与治理，具有重要的学术价值和工程借鉴意义。针对上述问题，大量国内外学者研制了相应的地基不均匀沉降设备并对差异沉降进行了卓有成效的研究，例如，Stone、(StoneKJL.Modellingofrupturedevelopmentinsoils[D].UniversityofCambridge,1988)陈虎等、(陈虎，罗强,孟伟超.土工离心机路堤地基弯沉式差异沉降控制装置研制与试验[J].实验技术与管理,2013,30(12):96-100)和Divyaetal(DivyaPV,ViswanadhamBVS,GourcJP.CentrifugeModelingandDigitalImageCross-CorrelationAnalysisofGeofiber-ReinforcedClay-BasedLandfillCovers[J].JournalofGeotechnicalandGeoenvironmentalEngineering,2016,143(1):04016076)。然而，王如路(王如路.上海地铁盾构隧道纵向变形分析[J].地下工程与隧道,2009,(4):1-6)和Shenetal(ShenSL,WuHN,CuiYJ,etal.Long-termsettlementbehaviourofmetrotunnelsinthesoftdepositsofShanghai[J].TunnellingandUndergroundSpaceTechnology,2014,40:309-323)通过现场监测发现地层深部不均匀沉降通常表现为弧形或半椭圆形，且在短时间内变形幅度较大，后期呈现缓慢变形状态。尽管半椭圆形或弧形很接近现场工况，但国内外学者对这类不均匀沉降设备的研制鲜有报道。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种土工离心机模型中连续可调近弧形不均匀沉降机械装置，由于在不均匀沉降向上传递过程中，岩土体重力起主导作用，本专利技术结合土工离心模型试验具有再现原型应力的优点，研制了在超重力场中实现精确控制的近弧形不均匀沉降设备，这对于合理探究实际不均匀沉降工况下的地表变形破坏特性具有十分重要的意义。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种土工离心机模型中连续可调近弧形不均匀沉降机械装置，包括模型箱1，在模型箱1底部设置有高度相等且长度均等于模型箱1内长的左侧钢板平台3、右侧钢板平台4和边缘钢板平台5，其中，边缘钢板平台5位于左侧钢板平台3的左侧或者右侧钢板平台4的右侧，左侧钢板平台3的顶面向右延伸，右侧钢板平台4的顶面向左延伸，两处延伸相隔一定距离以模拟不均匀沉降范围，且与模型箱1底部之间形成一个空腔，在该空腔内安装有一个微型伺服升降电机6，微型伺服升降电机6的上方焊接一个钢板形成移动支撑平台62，在移动支撑平台62下方放置一个实时记录不同时刻位移的激光位移传感器11，在移动支撑平台62上方放置多个长度等于模型箱1内长的钢板条9，分为左侧钢板条组91与右侧钢板条组92，移动支撑平台62上表面与钢板条9下表面无缝紧密接触但不连接，左侧钢丝绳81贯穿连接左侧钢板平台3和左侧钢板条组91，右侧钢丝绳82贯穿连接右侧钢板平台4和右侧钢板条组92，组内相邻钢板条紧密接触，在左侧钢丝绳81和右侧钢丝绳82未受拉力时总体处于水平放置状态，在左侧钢板条组91与右侧钢板条组92共同边界处附近的钢板条9上方放置遮挡薄钢板条10，在模型箱1内位于左侧钢板平台3、右侧钢板平台4、边缘钢板平台5、钢板条9和遮挡薄钢板条10的上方布设土质边坡模型2。初始阶段此钢板条9的上表面与左侧钢板平台3、右侧钢板平台4和边缘钢板平台5上表面都处于同一水平面。优选地，微型伺服升降电机6的升降轴由梯形螺纹丝杆61构成，移动支撑平台62焊接在梯形螺纹丝杆61的上方。所述左侧钢板平台3、右侧钢板平台4和边缘钢板平台5均有两只钢板脚，边缘钢板平台5为“n”型结构，左侧钢板平台3的顶面最右侧形成左侧钢板平台倒角31，右侧钢板平台4的顶面最左侧形成右侧钢板平台倒角41，左侧钢板平台倒角31和右侧钢板平台倒角41是提供钢板条9位移的一个约束；在左侧钢板平台3的顶面和右侧钢板平台4的顶面之间形成上窄下阔的用于放置钢板条9的空间，其中钢板条9的最左侧与左侧钢板平台倒角31的边沿接触，最右侧与右侧钢板平台倒角41的边沿接触，钢板条9的厚度等于左侧钢板平台3和右侧钢板平台4的顶面厚度。所述微型伺服升降电机6通过具有自锁功能的梯形螺纹丝杆61连接移动支撑平台62，所述移动支撑平台62是不均匀变形的其中一个约束，微型伺服升降电机6通过离心机滑环与控制室的PC机连接，通过PC机上的控制软件系统能实时精确调控电机的开始、暂停和升降速率。在左侧钢板条组91上开有沿宽度方向贯通的左侧钢板条组水平孔，在右侧钢板条组92上开有沿宽度方向贯通的右侧钢板条组水平孔，且左侧钢板条组水平孔和右侧钢板条组水平孔不在同一直线上，在左侧钢板平台3上开有相互贯通的左侧钢板平台水平孔32和左侧钢板平台竖直孔33，在右侧钢板平台4上开有相互贯通的右侧钢板平台水平孔42和右侧钢板平台竖直孔43，左侧钢板平台水平孔32和左侧钢板条组水平孔位于同一直线上且相互贯通，右侧钢板平台水平孔42和右侧钢板条组水平孔位于同一直线上且相互贯通，左侧钢丝绳81穿过左侧钢板平台竖直孔33、左侧钢板平台水平孔32和左侧钢板条组水平孔，两端分别以单孔螺丝锁线器一71和单孔螺丝锁线器二72固定，右侧钢丝绳82穿过右侧钢板平台竖直孔43、右侧钢板平台水平孔42和右侧钢板条组水平孔，两端分别以单孔螺丝锁线器三73和单孔螺丝锁线器四74固定，左侧钢丝绳81和右侧钢丝绳82是不均匀变形的第三个约束。所述单孔螺丝锁线器二72和单孔螺丝锁线器三73位于左侧钢板条组91与右侧钢板条组92之间的缝隙中，在该缝隙上方设置有遮挡薄钢板条10；所述单孔螺丝锁线器一71位于左侧钢板平台竖直孔33的下方，单孔螺丝锁线器四74位于右侧钢板平台竖直孔43的下方。沿长度方向，所述左侧钢板条组水平孔和右侧钢板条组水平孔分别有多组，各呈等间距形式分布，相应地，所述左侧钢板平台水平孔32和左侧钢板平台竖直孔33以及右侧钢板平台水平孔42和右侧钢板平台竖直孔43也有多组，每组左侧钢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种土工离心机模型中连续可调近弧形不均匀沉降机械装置，包括模型箱(1)，其特征在于，在模型箱(1)底部设置有高度相等且长度均等于模型箱(1)内长的左侧钢板平台(3)、右侧钢板平台(4)和边缘钢板平台(5)，其中，边缘钢板平台(5)位于左侧钢板平台(3)的左侧或者右侧钢板平台(4)的右侧，左侧钢板平台(3)的顶面向右延伸，右侧钢板平台(4)的顶面向左延伸，两处延伸相隔一定距离以模拟不均匀沉降范围，且与模型箱(1)底部之间形成一个空腔，在该空腔内安装有一个微型伺服升降电机(6)，微型伺服升降电机(6)的上方焊接一个钢板形成移动支撑平台(62)，在移动支撑平台(62)下方放置一个实时记录不同时刻位移的激光位移传感器(11)，在移动支撑平台(62)上方放置多个长度等于模型箱(1)内长的钢板条(9)，分为左侧钢板条组(91)与右侧钢板条组(92)，移动支撑平台(62)上表面与钢板条(9)下表面无缝紧密接触但不连接，左侧钢丝绳(81)贯穿连接左侧钢板平台(3)和左侧钢板条组(91)，右侧钢丝绳(82)贯穿连接右侧钢板平台(4)和右侧钢板条组(92)，组内相邻钢板条紧密接触，在左侧钢丝绳(81)和右侧钢丝绳(82)未受拉力时总体处于水平放置状态，在左侧钢板条组(91)与右侧钢板条组(92)共同边界处附近的钢板条(9)上方放置遮挡薄钢板条(10)，在模型箱(1)内位于左侧钢板平台(3)、右侧钢板平台(4)、边缘钢板平台(5)、钢板条(9)和遮挡薄钢板条(10)的上方布设土质边坡模型(2)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种土工离心机模型中连续可调近弧形不均匀沉降机械装置，包括模型箱(1)，其特征在于，在模型箱(1)底部设置有高度相等且长度均等于模型箱(1)内长的左侧钢板平台(3)、右侧钢板平台(4)和边缘钢板平台(5)，其中，边缘钢板平台(5)位于左侧钢板平台(3)的左侧或者右侧钢板平台(4)的右侧，左侧钢板平台(3)的顶面向右延伸，右侧钢板平台(4)的顶面向左延伸，两处延伸相隔一定距离以模拟不均匀沉降范围，且与模型箱(1)底部之间形成一个空腔，在该空腔内安装有一个微型伺服升降电机(6)，微型伺服升降电机(6)的上方焊接一个钢板形成移动支撑平台(62)，在移动支撑平台(62)下方放置一个实时记录不同时刻位移的激光位移传感器(11)，在移动支撑平台(62)上方放置多个长度等于模型箱(1)内长的钢板条(9)，分为左侧钢板条组(91)与右侧钢板条组(92)，移动支撑平台(62)上表面与钢板条(9)下表面无缝紧密接触但不连接，左侧钢丝绳(81)贯穿连接左侧钢板平台(3)和左侧钢板条组(91)，右侧钢丝绳(82)贯穿连接右侧钢板平台(4)和右侧钢板条组(92)，组内相邻钢板条紧密接触，在左侧钢丝绳(81)和右侧钢丝绳(82)未受拉力时总体处于水平放置状态，在左侧钢板条组(91)与右侧钢板条组(92)共同边界处附近的钢板条(9)上方放置遮挡薄钢板条(10)，在模型箱(1)内位于左侧钢板平台(3)、右侧钢板平台(4)、边缘钢板平台(5)、钢板条(9)和遮挡薄钢板条(10)的上方布设土质边坡模型(2)。


2.根据权利要求1所述土工离心机模型中连续可调近弧形不均匀沉降机械装置，其特征在于，所述左侧钢板平台(3)、右侧钢板平台(4)和边缘钢板平台(5)均有两只钢板脚，边缘钢板平台(5)为“n”型结构，左侧钢板平台(3)的顶面最右侧形成左侧钢板平台倒角(31)，右侧钢板平台(4)的顶面最左侧形成右侧钢板平台倒角(41)，左侧钢板平台倒角(31)和右侧钢板平台倒角(41)是提供钢板条(9)位移的一个约束；在左侧钢板平台(3)的顶面和右侧钢板平台(4)的顶面之间形成上窄下阔的用于放置钢板条(9)的空间，其中钢板条(9)的最左侧与左侧钢板平台倒角(31)的边沿接触，最右侧与右侧钢板平台倒角(41)的边沿接触，钢板条(9)的厚度等于左侧钢板平台(3)和右侧钢板平台(4)的顶面厚度。


3.根据权利要求1所述土工离心机模型中连续可调近弧形不均匀沉降机械装置，其特征在于，所述微型伺服升降电...

【专利技术属性】
技术研发人员：李世俊，张嘎，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11