一种模拟静、动力加载及开挖的多功能透明土模型试验装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种模拟静、动力加载及开挖的多功能透明土模型试验装置及其使用方法。该装置包括试验底座、立柱、矩形框、透明土模型槽、模型槽轨道、竖向加载系统、横向加载系统和开挖系统。矩形框位于试验底座正上方且两者之间通过若干立柱连接，试验底座上安装有模型槽轨道，透明土模型槽滑动安装在模型槽轨道上，竖向加载系统安装在矩形框上，横向加载系统和开挖系统安装在试验底座上。本发明专利技术将静、动力加载装置和开挖装置组合在一个装置中，可同时模拟静、动力加和开挖工况，提高了试验装置的功能性和利用率；同时，采用自动化轨道，减少了试验模型和开挖弃土的搬运工作量。试验模型和开挖弃土的搬运工作量。试验模型和开挖弃土的搬运工作量。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟静、动力加载及开挖的多功能透明土模型试验装置及其使用方法


[0001]本专利技术涉及透明土模型试验
，具体涉及一种模拟静、动力加载及开挖的多功能透明土模型试验装置及其使用方法。

技术介绍

[0002]近二十年来，我国经济迅速发展，综合国力日益增强，国家大力发展基础设施建设，同时也遇到许多复杂的岩土工程问题，造成巨大的经济损失甚至人员伤亡。岩土工程灾害复杂多样且具有隐蔽性和突发性，岩土工程瞬态破坏的机理一直是岩土工程领域研究的薄弱环节，尤其缺少揭示破坏机理的先进的试验仪器设备。
[0003]透明土模型试验技术为揭示土体内部破坏机理提供了一种有效的工具。透明土技术的基本原理是利用透明土材料和数字图像处理技术得到土体内部的变化过程。开挖及水平或竖直方向静、动力和荷载作用是工程中常遇到的问题。目前，已存在一些模拟水平或竖直方向静动力加载及开挖的透明土模型试验装置，但这些试验装置功能较为单一，模拟工况较少，且自动化程度不高，工作量较大，大大降低了试验的效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种模拟静、动力加载及开挖的多功能透明土模型试验装置及其使用方法。
[0005]为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的，一种模拟静、动力加载及开挖的多功能透明土模型试验装置，包括试验底座、立柱、矩形框、透明土模型槽、模型槽轨道、静动力加载系统和开挖系统。
[0006]所述试验底座为水平设置的矩形底座，四个立柱分别固定在试验底座上表面的四个角上，水平的矩形框连接在四个立柱的上端。所述矩形框相互平行的两根支杆之间滑动连接有横行纵梁。
[0007]所述模型槽轨道的一端固定在试验底座的上表面并延伸到试验底座的中央处，另一端伸出试验底座。
[0008]所述模型槽台通过其底部的若干滑轮滑动连接在模型槽轨道上，模型槽台上安装有透明土模型槽，透明土模型槽为上端开口的矩形箱体，模型槽台和透明土模型槽均采用透明材料制成。
[0009]所述静动力加载系统包括竖直加载装置和水平加载装置，竖直加载装置包括引拔、机械臂和竖直伺服作动器，引拔滑动连接在横行纵梁上，竖直的机械臂装配到引拔上。
[0010]所述机械臂的下端连接有扭转装置，扭转装置与竖直伺服作动器连接。
[0011]所述水平加载装置包括液压升降立柱、云台和水平伺服作动器，若干液压升降立柱的下端固定在试验底座上，水平的云台固定在若干液压升降立柱的上端。
[0012]所述云台上开设有供水平伺服作动器安装的滑动槽，水平伺服作动器的下端滑动
安装在滑动槽内。
[0013]所述开挖系统包括数控开挖机械手、弃土车和弃土车轨道，数控开挖机械手安装在试验底座上，数控开挖机械手的自由端装配有开挖配件。
[0014]所述试验底座上表面开设有供弃土车轨道安装的凹槽，该凹槽贯通试验底座的侧壁，弃土车轨道安装到该凹槽内，弃土车通过其底部的若干滑轮滑动连接在弃土车轨道上。
[0015]模拟静、动力加载时，将装有透明土的所述透明土模型槽滑动至试验底座预定位置，采用竖直伺服作动器对透明土进行竖向加载，采用水平伺服作动器对透明土进行水平加载，在加载过程中，根据设定要求切换竖直伺服作动器和水平伺服作动器的荷载形式以及施压位置，根据试验要求启闭扭转装置。
[0016]模拟开挖时，所述数控开挖机械手通过开挖配件对透明土模型槽内的透明土进行挖掘，并将挖取的透明土放入弃土车，弃土车将透明土运出。
[0017]进一步，所述模型槽台和透明土模型槽均采用透明的有机玻璃制成。
[0018]进一步，所述矩形框相互平行的两根支杆上均设置有滑轨Ⅰ，横行纵梁的两端均设置有与滑轨Ⅰ相匹配的滑槽Ⅰ，横行纵梁两端的滑槽Ⅰ分别装配到矩形框两根支杆的滑轨Ⅰ上。
[0019]进一步，所述横行纵梁上设置有滑轨Ⅱ，引拔上设置有与滑轨Ⅱ相匹配的滑槽Ⅱ，引拔上的滑槽Ⅱ装配到滑轨Ⅱ上。
[0020]进一步，所述试验底座的上表面设置有供液压升降立柱安装的凹槽，若干液压升降立柱的下端固定在该凹槽内。
[0021]进一步，所述开挖配件为铲斗。
[0022]进一步，所述竖直伺服作动器和水平伺服作动器的荷载形式包括静力荷载、简谐振动荷载、随机震动荷载，当竖直伺服作动器与扭转装置同时启动时，对透明土施加扭转荷载。
[0023]进一步，所述竖直伺服作动器和水平伺服作动器的输出端均设置有压力传感器，扭转装置上设置有压力传感器。
[0024]基于上述的一种模拟静、动力加载及开挖的多功能透明土模型试验装置的使用方法，包括用于模拟静、动力加载的使用方法和用于模拟开挖的使用方法。
[0025]所述用于模拟静、动力加载的使用方法包括以下步骤：
[0026]1‑
1)安装好所述试验装置，并调试。
[0027]1‑
2)在所述透明土模型槽中制作试验所需的透明土模型，通过模型槽轨道运送至试验底座的指定位置。
[0028]1‑
3)调节所述横行纵梁和引拔的位置，并通过引拔调节机械臂的高度，使竖直伺服作动器作用于透明土模型指定位置。
[0029]1‑
4)调节所述液压升降立柱和水平伺服作动器，使水平伺服作动器作用于透明土模型槽指定位置。
[0030]1‑
5)所述竖直伺服作动器和水平伺服作动器根据试验要求施加相应荷载，并根据需要启动或关闭扭转装置。
[0031]1‑
6)加载完成后，记录试验所得结果，移走所述透明土模型槽，移出土料。
[0032]所述用于模拟开挖的使用方法包括以下步骤：
[0033]2‑
1)安装好所述试验装置，并调试。
[0034]2‑
2)在所述透明土模型槽中制作试验所需的透明土模型，通过模型槽轨道运送至试验底座的指定位置。
[0035]2‑
3)启动所述数控开挖机械手，开挖配件伸入透明土模型槽对透明土模型进行开挖，挖出的土体放入弃土车并运出试验底座，反复开挖，直至开挖作业完成。
[0036]2‑
4)记录试验所得结果，移走所述透明土模型槽，移出土料。
[0037]本专利技术的有益效果在于：
[0038]1.本专利技术将静、动力加载装置和开挖装置组合在一个装置中，可同时模拟静、动力加和开挖工况，提高了试验装置的功能性和利用率；
[0039]2.本专利技术采用自动化轨道，减少了试验模型和开挖弃土的搬运工作量；
[0040]3.本专利技术可根据模拟开挖模式更换不同开挖配件，增加了开挖模拟的工况；
[0041]4.本专利技术部件拆卸性好、易于搬运和安装、操作简单，极大地提高了试验效率。
附图说明
[0042]图1为本专利技术试验装置总体结构示意图；
[0043]图2为本专利技术试验装置顶部结构示意图；
[0044]图3为透明土模型槽结构示意图；
[0045]图4为竖向加载装置结构示意图；
[0046本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟静、动力加载及开挖的多功能透明土模型试验装置，其特征在于：包括所述试验底座(1)、立柱(2)、矩形框(3)、透明土模型槽(5)、模型槽轨道(6)、静动力加载系统和开挖系统；所述试验底座(1)为水平设置的矩形底座，四个立柱(2)分别固定在试验底座(1)上表面的四个角上，水平的矩形框(3)连接在四个立柱(2)的上端；所述矩形框(3)相互平行的两根支杆之间滑动连接有横行纵梁(4)；所述模型槽轨道(6)的一端固定在试验底座(1)的上表面并延伸到试验底座(1)的中央处，另一端伸出试验底座(1)；所述模型槽台(7)通过其底部的若干滑轮滑动连接在模型槽轨道(6)上，模型槽台(7)上安装有透明土模型槽(5)，透明土模型槽(5)为上端开口的矩形箱体，模型槽台(7)和透明土模型槽(5)均采用透明材料制成；所述静动力加载系统包括竖直加载装置和水平加载装置，竖直加载装置包括引拔(801)、机械臂(802)和竖直伺服作动器(803)，引拔(801)滑动连接在横行纵梁(4)上，竖直的机械臂(802)装配到引拔(801)上；所述机械臂(802)的下端连接有扭转装置(804)，扭转装置(804)与竖直伺服作动器(803)连接；所述水平加载装置包括液压升降立柱(901)、云台(902)和水平伺服作动器(903)，若干液压升降立柱(901)的下端固定在试验底座(1)上，水平的云台(902)固定在若干液压升降立柱(901)的上端；所述云台(902)上开设有供水平伺服作动器(903)安装的滑动槽(9021)，水平伺服作动器(903)的下端滑动安装在滑动槽(9021)内；所述开挖系统包括数控开挖机械手(1001)、弃土车(1002)和弃土车轨道，数控开挖机械手(1001)安装在试验底座(1)上，数控开挖机械手(1001)的自由端装配有开挖配件(1004)；所述试验底座(1)上表面开设有供弃土车轨道安装的凹槽，该凹槽贯通试验底座(1)的侧壁，弃土车轨道安装到该凹槽内，弃土车(1002)通过其底部的若干滑轮滑动连接在弃土车轨道上；模拟静、动力加载时，将装有透明土的所述透明土模型槽(5)滑动至试验底座(1)预定位置，采用竖直伺服作动器(803)对透明土进行竖向加载，采用水平伺服作动器(903)对透明土进行水平加载，在加载过程中，根据设定要求切换竖直伺服作动器(803)和水平伺服作动器(903)的荷载形式以及施压位置，根据试验要求启闭扭转装置(804)；模拟开挖时，所述数控开挖机械手(1001)通过开挖配件(1004)对透明土模型槽(5)内的透明土进行挖掘，并将挖取的透明土放入弃土车(1002)，弃土车(1002)将透明土运出。2.根据权利要求1所述的一种模拟静、动力加载及开挖的多功能透明土模型试验装置，其特征在于：所述模型槽台(7)和透明土模型槽(5)均采用透明的有机玻璃制成。3.根据权利要求1或2所述的一种模拟静、动力加载及开挖的多功能透明土模型试验装置，其特征在于：所述矩形框(3)相互平行的两根支杆上均设置有滑轨Ⅰ，横行纵梁(4)的两端均设置有与滑轨Ⅰ相匹配的滑槽Ⅰ，横行纵梁(4)两端的滑槽Ⅰ分别装配到矩形框(3)两根...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘汉龙，周航，童龙勇，丁选明，仉文岗，肖杨，
申请(专利权)人：重庆大学溧阳智慧城市研究院，
类型：发明
国别省市：