[发明专利]岩土工程模型试验的加载装置及加载方法

权利要求书

1.一种岩土工程模型试验的加载装置，其特征在于：包括静力加载机构，所述静力加载机构包括一地锚、两反力架立柱、两力传感器、一反力架横梁、两加载螺栓、一反力板、至少两加载弹簧以及一承压板；所述地锚固定在地面上；两所述反力架立柱采用立柱地脚螺栓固定在地锚上；所述两力传感器分别连接在一反力架立柱的中段；所述反力架横梁跨接在两所述反力架立柱之间并采用加载螺栓自上而下锁附；所述反力板设置在所述反力架横梁的下方并通过所述加载弹簧固定连接所述承压板；所述地锚、两反力架立柱、承压板之间围成一试验模型容置空间。

2.根据权利要求1所述的岩土工程模型试验的加载装置，其特征在于：还包括动力加载机构，所述动力加载机构包括端头板、端头板固定螺栓杆以及作动器，所述端头板与反力板采用所述端头板固定螺栓杆连接，所述作动器连接于所述端头板的上方；且所述反力板与所述承压板采用反力板固定螺栓杆连接。

3.根据权利要求1或2所述的岩土工程模型试验的加载装置，其特征在于：

所述静力加载机构还包括定位螺杆，所述定位螺杆穿过所述反力架横梁、所述反力板与所述承压板采用螺纹连接。

4.根据权利要求1或2所述的岩土工程模型试验的加载装置，其特征在于：

所述反力架横梁的底面还通过第一安全螺栓锁附在所述反力架立柱上。

5.根据权利要求1或2所述的岩土工程模型试验的加载装置，其特征在于：所述加载弹簧的两端分别与所述反力板和所述承压板焊接固定；所述加载弹簧上端的中心位置设置有第二安全螺栓，第二安全螺栓下部采用螺纹连接在所述承压板上，所述加载弹簧下端的中心位置设有橡胶圈，橡胶圈采用强力胶水粘贴在所述承压板上。

6.根据权利要求2所述的岩土工程模型试验的加载装置，其特征在于：

所述反力架立柱为实心钢柱，且表面设螺纹；

所述反力架横梁为焊接钢结构箱梁；

所述承压板、反力板、端头板均为经过精加工的高强度方形钢板；

所述反力板与反力架横梁间设有防滑胶垫；

所述反力板固定螺栓杆下部采用螺纹连接在承压板上，反力板固定螺栓杆为双螺母结构的螺栓，且设置有弹性垫片；

所述加载螺栓、第一安全螺栓与反力架横梁间设有弹性垫片。

7.一种岩土工程模型试验的加载方法，其特征在于：利用权利要求1至6任一项所述的岩土工程模型试验的加载装置并采用下述步骤进行静荷载施加试验：

步骤S11、预估试验模型加载的极限荷载，初步确定每级荷载和加载级数；

步骤S12、缓慢对称往下拧加载螺栓，荷载依次从反力架横梁、反力板、加载弹簧传递至承压板；

在加载过程中，通过力传感器实时监测荷载大小，同时采用电子位移计记录试验模型的变形；当荷载变化率达3％时，缓慢对称往下拧加载螺栓，以保持试验模型承受静荷载的相对稳定；当相邻24小时轴向应变差值与总应变之比小于5％，继续往下拧加载螺栓施加下一级荷载。

8.一种岩土工程模型试验的加载方法，其特征在于：利用权利要求2至6任一项所述的岩土工程模型试验的加载装置进行动静耦合加载试验，包括：

步骤S1、预估试验模型加载的极限荷载，初步确定每级荷载和加载级数；

步骤S2、缓慢对称往下拧加载螺栓，荷载依次从反力架横梁、反力板、加载弹簧传递至承压板；在加载过程中，通过力传感器实时监测荷载大小，同时采用电子位移计记录试验模型的变形；当荷载变化率达3％时，缓慢对称往下拧加载螺栓，以保持试验模型承受静荷载的相对稳定；当相邻24小时轴向应变差值与总应变之比小于5％，继续往下拧加载螺栓施加下一级荷载，或按下述步骤S3至S5施加动荷载，且在施加动荷载后，通过步骤S6至S8进行动、静荷载的转换；

步骤S3、控制作动器施加荷载至当前一级静荷载数值，反力架横梁退出工作；

步骤S4、采用反力板固定螺栓杆固定反力板和承压板，保证加载弹簧在动荷载施加过程中不产生受力变形；

步骤S5、控制作动器输出预设波形的动荷载和加载次数，施加动力循环荷载；

步骤S6、在动力循环荷载施加完毕后，松开反力板固定螺栓杆，控制作动器输出静力荷载，该荷载数值略小于试验模型下一工况需要承受的荷载；

步骤S7、往下缓慢松开第一安全螺栓，使得反力架横梁与反力板刚好接触，采用力传感器监测接触情况；

步骤S8、缓慢卸除作动器输出的荷载，松开并移除端头板固定螺栓杆，反力架横梁开始工作，对称缓慢向下微调加载螺栓，直至荷载达到规定数值。