[发明专利]岩土工程模型试验的加载装置及加载方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及岩土工程室内模型试验技术，尤其涉及一种用于岩土工程模型试验的加载装置及加载方法。

【背景技术】

岩土体及地下结构经常同时受到静力荷载和动力荷载作用，例如铁路路基承受轨道及其土体自重等静荷载和高速列车经轨道传递的动荷载的作用。长期的静荷载引起岩土体发生流变变形，而间歇作用的动荷载则导致岩土体产生动力累积变形，充分认识岩土体材料的流变特性与动力变形特性是保证工程安全与稳定性的重要前提。因此对动、静荷载耦合作用岩土体与地下结构物力学与变形特性的研究是非常有实践意义。室内模型试验是研究岩土体及地下结构物在动、静荷载作用下力学变形特性的重要方法之一，但在试验中如何模拟岩土体及地下结构物所承受的动、静荷载一直是技术难题。

目前，对岩土体施加动、静荷载的常用设备有振动台、大型动静三轴仪、大型循环剪切仪、美国MTS和邦威仪器生产的电液伺服试验系统等。由于岩土体的流变的时间较长、尤其软土的流变时间长达几年，因此为模拟土体所受的长期荷载，室内模型试验加载的时间往往较长，但采用上述设备一般仅能开展短期的静力与动力耦合加载，如进行长期动静耦合加载，加载成本非常高，造成在室内模拟岩土体长期变形与力学特性的困难。因此需要研发一种能实现间歇循环动力荷载与长期静力荷载耦合作用的岩土工程模型试验加载方法及其装置，又要实现低成本。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题，在于提供一种岩土工程模型试验的加载装置及加载方法，能低成本实现对岩土工程模型开展静力蠕变试验或静力蠕变试验和动力疲劳试验的耦合加载。

本发明的加载装置是这样实现的：一种岩土工程模型试验的加载装置，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。

进一步的，本发明的加载装置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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

本发明加载方法之一是这样实现的：一种岩土工程模型试验的加载方法，利用本发明上述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。

本发明加载方法之二是这样实现的：一种岩土工程模型试验的荷载加载方法，利用本发明具有动力加载机构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；