[发明专利]一种模拟边坡坡顶强夯的室内模型试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种模拟边坡坡顶强夯的室内模型试验装置及方法。该装置由夯击装置和土体特性测量装置两部分组成。夯击装置包括夯击支架立杆、夯击支架横梁、上导杆、下导杆、电磁铁、夯锤砝码、电机、控制箱等结构；土体特性测量装置包括模型箱、弯曲元传感器、激光位移传感器、三轴加速度传感器等结构。本发明可通过调整夯击装置的结构，自由调整强夯的落距与锤重，且通过电机和电磁铁完成夯锤的多次自动提拉和下落，原理简单，操作方便，可以同时测量强夯在边坡中产生的加速度和土体刚度，揭示边坡坡顶强夯机理。

技术领域

本发明属于岩土工程模拟试验领域，具体涉及一种模拟边坡强夯的室内模型试验装置及方法。

背景技术

特高压变电站等级高、占地面积大，随着建设的不断推进，站址的选择日益变得困难。在响应国家节约土地的政策下，站址经常选取在一些地质情况较差的山区，需要在边坡坡顶进行地基处理，而强夯因为其施工机理简单、加固有效深度大、绿色环保等优点，被广泛运用于地基处理中。然而不同于一般的土体强夯，在边坡坡顶进行强夯，可能对边坡的稳定性产生一定影响，强夯对于边坡中地基土的夯实效果和影响范围值得进一步研究，室内模型试验是研究强夯对于边坡中地基土的夯实效果和影响范围的有效方法。

目前，国内外对于强夯的模型试验装置有一定研究，但是存在如下问题：(1)难以简易和自由调整强夯的落距和锤重，无法满足多组试验工况；(2)无法实现夯锤的自动提升或实现原理复杂，成本较高；(3)不能对强夯时的土体加速度特性和强夯后土体的刚度特性进行测试，无法全面揭示强夯机理；(4)通常只对平整场地进行强夯模拟，较少针对边坡的强夯特性进行模拟。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种模拟边坡坡顶强夯的室内模型试验装置及方法，本发明可通过调整夯击装置的结构，自由调整强夯的落距与锤重，且通过电机和电磁铁完成夯锤的多次自动提拉和下落，原理方便，操作简单，同时可以测量强夯产生的边坡加速度和土体刚度变化规律，揭示边坡坡顶强夯机理。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种模拟边坡坡顶强夯的室内模型试验装置，其特征在于，该装置包括夯击装置和土体特性测量装置，夯击装置完成对边坡土体的夯击作用模拟，土体特性测量装置完成边坡土体特性的测试与采集；

所述的夯击装置包括夯击支架立杆、夯击支架横梁、上导杆、下导杆、电磁铁、夯锤砝码、电机、控制箱和紧定螺栓，所述的夯击支架立杆固定在地面上，所述的夯击支架横梁与夯击支架立杆滑动连接，并通过紧定螺栓固定位置，所述的上导杆固定在夯击支架横梁下方，所述的下导杆插入上导杆内部滑动连接，所述的电机和控制箱固定在夯击支架横梁上方，所述的电磁铁和夯锤砝码内开圆孔，穿过上导杆和下导杆自由滑动，电磁铁上部通过细绳与电机的转轴连接；

所述的土体特性测量装置包括模型箱、弯曲元传感器、填充密封胶皮、填补块、激光位移传感器和三轴加速度传感器，所述的模型箱上开设预留孔，所述的填充密封胶皮覆盖于预留孔内侧，所述的弯曲元传感器通过挤压填充密封胶皮产生的摩擦力固定在部分预留孔内，所述的填补块通过挤压填充密封胶皮产生的摩擦力固定在剩余部分预留孔内，所述的三轴加速度传感器埋入边坡土体，所述激光位移传感器激光指向夯击落点，实现对夯击落点沉降的测量。

进一步地，所述的电机通过旋转控制电磁铁高度，通电的电磁铁在靠近夯锤砝码时将夯锤砝码吸起，断电后电磁铁对夯锤砝码的吸力消失，夯锤砝码沿上导杆和下导杆自由落下，所述的控制箱通过控制电机的旋转和电磁铁的通断电实现夯锤砝码的提升和坠落夯击过程。

进一步地，所述的下导杆沿高度方向开有多个圆孔，上导杆下部开有一个圆孔，通过下导杆上不同圆孔与上导杆下部圆孔对齐，并采用长度与上导杆外径相同的插销对两个圆孔进行固定，实现导杆总长度变化，使得导杆不侵入边坡土体，不影响边坡土体的性质。

进一步地，所述的夯击支架横梁上开有方孔，夯击支架立杆穿过方孔，任意调整夯击支架横梁在夯击支架立杆上的固定高度，实现对夯锤砝码落距的控制。