申请/专利权人：吉林省金力试验技术有限公司;中铁西北科学研究院有限公司

申请日：2018-11-29

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN109580369B

主分类号：G01N3/12

分类号：G01N3/12

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2021.09.28#实质审查的生效;2019.04.05#公开

摘要：本发明公开了一种用于大型土方水平面变量加载系统，其特征在于，包括：竖向加载总成，其包括：上加载框架、上加载油缸和上压板；水平加载总成，其设置在所述竖向加载总成的下部，所述水平加载总成包括:互型加载板、侧向支撑架、第一侧向加载油缸、第一线性滑轨、第二线性滑轨、第一加载架、第二加载架、第二侧向加载油缸、第三侧向加载油缸、第三线性滑轨、第四线性滑轨、第三加载架、第四加载架和作动器。本发明提供一种用于大型土方水平面变量加载系统及其试验方法，可实现大型立方土六面体主要为水平面的围压试验，实现大位移量加载，实验过程中没有试验土的流失，实验过程中确保立方土的质量不发生改变，工作状态稳定。

主权项：1.一种用于大型土方水平面变量加载系统，其特征在于，包括：竖向加载总成，其包括：上加载框架、上加载油缸和上压板，所述上加载油缸的一端固定在所述上加载框架的下端中部，所述上加载油缸的另一端固定在所述上压板的顶部；水平加载总成，其设置在所述竖向加载总成的下部，所述水平加载总成包括:互型加载板、侧向支撑架、第一侧向加载油缸、第一线性滑轨、第二线性滑轨、第一加载架、第二加载架和作动器，所述互型加载板设置在所述侧向支撑架底板上，所述互型加载板包括:第一加载板、第二加载板、第三加载板和第四加载板，所述第一加载板的一面固定在第一线性滑轨的一端上，所述第一线性滑轨的另一端固定在所述第一加载架的一端上，所述第一加载架的另一端固定在所述第一侧向加载油缸的一端上，所述第一侧向加载油缸的另一端固定在所述侧向支撑架上，所述第二加载板、第三加载板与所述侧向支撑架的连接结构方式相同，所述第四加载板的一端与所述第一加载板相对于固定第一线性滑轨的另一面相配合，所述第四加载板的一面固定在第二线性滑轨的一端上，所述第二线性滑轨的另一端固定在所述第二加载架的一端上，所述第二加载架的另一端固定在由所述作动器支撑的侧向支撑架上，所述第三加载板的一端与所述第四加载板相对于固定第二线性滑轨的另一面相配合，所述第二加载板的一端与所述第三加载板的一面相配合，所述第一加载板与所述第二加载板一面相配合，所述上压板设置在所述互型加载板内；所述水平加载总成还包括：第二侧向加载油缸、第三侧向加载油缸、第三线性滑轨、第四线性滑轨、第三加载架和第四加载架，所述第三加载板相对于与第二加载板的一端相配合的另一面固定在第三线性滑轨的一端上，所述第三线性滑轨的另一端固定在所述第三加载架的一端上，所述第三加载架的另一端固定在所述第三侧向加载油缸的一端上，所述第三侧向加载油缸的另一端固定在所述侧向支撑架上，所述第二加载板相对于与第一加载板的一端相配合的另一面固定在第四线性滑轨的一端上，所述第四线性滑轨的另一端固定在所述第四加载架的一端上，所述第四线性滑轨的另一端固定在所述第三侧向加载油缸的一端上，所述第三侧向加载油缸的另一端固定在所述侧向支撑架上；所述水平加载总成还包括：第一摩擦板、第二摩擦板、第三摩擦板、第四摩擦板和底部摩擦板，所述第一摩擦板设置在所述第一加载板的一端上，所述第一摩擦板与所述第二加载板一面相配合，所述第二摩擦板设置在所述第二加载板的一端上，所述第二摩擦板与所述第三加载板的一面相配合，所述第三摩擦板设置在所述第三加载板的一端上，所述第三摩擦板与所述第四加载板相对于固定第二加载架的另一面相配合，所述第四摩擦板设置在所述第四加载板的一端上，所述第四摩擦板与所述第一加载板相对于固定第一加载架的另一面相配合，所述底部摩擦板设置在互型加载板与侧向支撑架底板之间，所述底部摩擦板分别设置在互型加载板上。

全文数据：一种用于大型土方水平面变量加载系统及其试验方法技术领域本发明涉及岩土工程室内测试技术领域，特别是涉及一种用于大型土方水平面变量加载系统及其试验方法。背景技术随着大型土木和水利工程的建设，工程体受力影响范围逐渐涉及到深厚表土地段，且受力状态也越来越复杂，因而工程在修建过程中的稳定性，以及后期地下水变化引起地基沉降变形和渗流导致土体强度变化等因素都极易引发工程问题。以及夏季降雨导致山区发生滑坡和泥石流等自然灾害，摧毁城镇、村庄、阻断交通，造成人民财产损失和人员丧亡。这些都是设计和勘察中没有科学合理估算和获取土体的渗流特性和土体强度的变化规律，而含水率和应力状态则是影响土体变形和强度的重要因素。目前，现有土体强度测定试验有如下问题：首先，施加不均等的侧向压力，容易使土样产生畸变导致试验结果偏差较大；其次，试验土样尺寸都较小，边界效应的影响较大，不能真实反应土体强度和渗流特性；最后，前后左右个面压板加载时产生互相干涉，事先留有足够的移动余量，承载土会从缝隙中漏出，实验过程中有实验土的流失。发明内容本发明设计开发了一种用于大型土方水平面变量加载系统及其试验方法，克服了现有土体强度测定试验的侧向施加压力不均，实验过程中有试验土的流失，无法实现大位移量加载完成土方的围压试验，试验土样尺寸较小的缺陷，使其具有可实现侧向施加压力均匀，实验过程中没有试验土的流失，可实现大位移量加载完成土方的围压试验，可进行大型土方试验的特点。一种用于大型土方水平面变量加载系统，其特征在于，包括：竖向加载总成，其包括：上加载框架、上加载油缸和上压板，所述上加载油缸的一端固定在所述上加载框架的下端中部，所述上加载油缸的另一端固定在所述上压板的顶部；水平加载总成，其设置在所述竖向加载总成的下部，所述水平加载总成包括:互型加载板、侧向支撑架、第一侧向加载油缸、第一线性滑轨、第二线性滑轨、第一加载架、第二加载架和作动器，所述互型加载板设置在所述侧向支撑架底板上，所述互型加载板包括:第一加载板、第二加载板、第三加载板和第四加载板，所述第一加载板的一面固定在第一线性滑轨的一端上，所述第一线性滑轨的另一端固定在所述第一加载架的一端上，所述第一加载架的另一端固定在所述第一侧向加载油缸的一端上，所述第一侧向加载油缸的另一端固定在所述侧向支撑架上，所述第二加载板、第三加载板与所述侧向支撑架的连接结构方式相同，所述第四加载板的一端与所述第一加载板相对于固定第一线性滑轨的另一面相配合，所述第四加载板的一面固定在第二线性滑轨的一端上，所述第二线性滑轨的另一端固定在所述第二加载架的一端上，所述第二加载架的另一端固定在由所述作动器支撑的侧向支撑架上，所述第三加载板的一端与所述第四加载板相对于固定第二线性滑轨的另一面相配合，所述第二加载板的一端与所述第三加载板的一面相配合，所述第一加载板与所述第二加载板一面相配合，所述上压板设置在所述互型加载板内。优选的是，所述水平加载总成还包括：第二侧向加载油缸、第三侧向加载油缸、第三线性滑轨、第四线性滑轨、第三加载架和第四加载架，所述第三加载板相对于与第二加载板的一端相配合的另一面固定在第三线性滑轨的一端上，所述第三线性滑轨的另一端固定在所述第三加载架的一端上，所述第三加载架的另一端固定在所述第三侧向加载油缸的一端上，所述第三侧向加载油缸的另一端固定在所述侧向支撑架上，所述第二加载板相对于与第一加载板的一端相配合的另一面固定在第四线性滑轨的一端上，所述第四线性滑轨的另一端固定在所述第四加载架的一端上，所述第四线性滑轨的另一端固定在所述第三侧向加载油缸的一端上，所述第三侧向加载油缸的另一端固定在所述侧向支撑架上。优选的是，所述水平加载总成还包括：第一摩擦板、第二摩擦板、第三摩擦板、第四摩擦板和底部摩擦板，所述第一摩擦板设置在所述第一加载板的一端上，所述第一摩擦板与所述第二加载板一面相配合，所述第二摩擦板设置在所述第二加载板的一端上，所述第二摩擦板与所述第三加载板的一面相配合，所述第三摩擦板设置在所述第三加载板的一端上，所述第三摩擦板与所述第四加载板相对于固定第二加载架的另一面相配合，所述第四摩擦板设置在所述第四加载板的一端上，所述第四摩擦板与所述第一加载板相对于固定第一加载架的另一面相配合，所述底部摩擦板设置在互型加载板与侧向支撑架底板之间，所述底部摩擦板分别设置在互型加载板上。优选的是，所述第一摩擦板、第二摩擦板、第三摩擦板和第四摩擦板均采用聚四氟乙烯材质。优选的是，所述作动器包括四根作动器，所述第一侧向加载油缸包括四根第一侧向加载油缸，所述第一线性滑轨包括两根第一线性滑轨，所述第二线性滑轨包括两根第二线性滑轨。优选的是，所述第二侧向加载油缸包括四根第二侧向加载油缸，所述第三线性滑轨包括两根第三线性滑轨，所述第四线性滑轨包括两根第四线性滑轨。一种用于大型土方水平面变量加载的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：调整分别第一侧向加载油缸、第二侧向加载油缸、第三侧向加载油缸、作动器，从而分别调整第一加载板、第二加载板、第四加载板和第三加载板的位置，使第一摩擦板与所述第二加载板一面相接触，使第二摩擦板与所述第三加载板的一面相接触，使第三摩擦板与所述第四加载板相对于固定第二加载架的另一面相接触，使第四摩擦板与所述第一加载板相对于固定第一加载架的另一面相接触，从而互型加载板形成正方体状态；步骤二：在互型加载板形成正方体内装载适量实验土，装载至高出互型加载板上沿的上方50mm高度；步骤三：保持四周互型加载板的位置，调整上加载油缸，从而调整上压板的位置，使上压板分别于与实验土和互型加载板刚接触的位置后，实现位移保持固定；步骤四：同时对第一侧向加载油缸、第二侧向加载油缸、第三侧向加载油缸、作动器进行等位控制调整，实现对实验土对心加载，从而互型加载板中的各个相邻加载板实现“互”字型移动，通过设置在大型土方水平面变量加载系统上的压力传感器和位移传感器得到土方围压试验数据；步骤五：调整上加载油缸，从而调整上压板的位置，调整分别第一侧向加载油缸、第二侧向加载油缸、第三侧向加载油缸、作动器，从而分别调整第一加载板、第二加载板、第四加载板和第三加载板的位置，移走试验土，本次大型土方水平面变量加载的试验结束，可进行下一个工作循环。附图说明图1为本发明一种用于大型土方水平面变量加载系统等轴侧视图。图2为本发明一种用于大型土方水平面变量加载系统水平加载总成的俯视图。图3为本发明一种用于大型土方水平面变量加载系统第一局部放大图。图4为本发明一种用于大型土方水平面变量加载系统第二局部放大图。图5为本发明一种用于大型土方水平面变量加载系统第三局部放大图。图6为本发明一种用于大型土方水平面变量加载系统第四局部放大图。图7为本发明一种用于大型土方水平面变量加载系统第五局部放大图。图8为本发明一种用于大型土方水平面变量加载系统第六局部放大图。图9为本发明一种用于大型土方水平面变量加载系统第七局部放大图。图10为本发明一种用于大型土方水平面变量加载系统第八局部放大图。具体实施方式下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。如图1所示，本发明提供了一种用于大型土方水平面变量加载系统，包括：竖向加载总成1，其包括：上加载框架11、上加载油缸12和上压板13，上加载油缸12的一端通过螺栓固定在上加载框架11的下面中部，上加载油缸12的另一端通过螺栓固定在上压板13的顶部，竖向加载总成1通过上加载框架11来实现整体固定，上压板13通过上加载油缸12给的液压加载力实现上下移动，从而达到稳定的加载效果。水平加载总成2如图2所示，其安装在竖向加载总成1的下部，水平加载总成2包括:互型加载板22、侧向支撑架21、侧向加载油缸23、线性滑轨24、加载架25和作动器26，互型加载板22包括:第一加载板221、第二加载板222、第三加载板223和第四加载板224；侧向加载油缸23包括：第一侧向加载油缸231、第二侧向加载油缸232、第三侧向加载油缸233；为减少摩擦力对实验的影响，加载架与互型加载板的位移采用线性滑轨，线性滑轨24：第一线性滑轨241、第二线性滑轨242、第三线性滑轨243和第四线性滑轨244；加载架25包括：第一加载架251、第二加载架252、第三加载架253和第四加载架254。互型加载板22安装在侧向支撑架21底板上，第一加载板221的一面通过螺栓固定在第一线性滑轨241的一端上，第一线性滑轨241的另一端通过螺栓固定在第一加载架251的一端上，第一加载架251的另一端通过螺栓固定在所述第一侧向加载油缸231的一端上，第一侧向加载油缸231的另一端通过螺栓固定在侧向支撑架21上。第四加载板224的一面通过螺栓固定在第二线性滑轨242的一端上，第二线性滑轨242的另一端通过螺栓固定在第二加载架252的一端上，第二加载架252的另一端通过螺栓固定在由作动器26支撑的侧向支撑架21上。第三加载板223相对于与第二加载板222的一端相配合的另一面通过螺栓固定在第三线性滑轨243的一端上，第三线性滑轨243的另一端通过螺栓固定在第三加载架223的一端上，第三加载架223的另一端通过螺栓固定在第三侧向加载油缸233的一端上，第三侧向加载油缸233的另一端通过螺栓固定在侧向支撑架21上，第二加载板222相对于与第一加载板221的一端相配合的另一面通过螺栓固定在第四线性滑轨244的一端上，第四线性滑轨244的另一端通过螺栓固定在第四加载架254的一端上，第四加载架254的另一端通过螺栓固定在第三侧向加载油缸223的一端上，第三侧向加载油缸223的另一端通过螺栓固定在侧向支撑架21上。互型加载板两加载板之间降低摩擦系数，互型加载板间接触部位镶嵌摩擦板27，摩擦板27包括：第一摩擦板271、第二摩擦板272、第三摩擦板273、第四摩擦板274和底部摩擦板，第一摩擦板271通过粘接固定在第一加载板221的一端上，第一摩擦板271与第二加载板222一面相配合，第二摩擦板272通过粘接固定在第二加载板222的一端上，第二摩擦板272与第三加载板223的一面相配合，第三摩擦板273通过粘接固定在第三加载板223的一端上，第三摩擦板273与第四加载板224相对于固定第二加载架252的另一面相配合，第四摩擦板274通过粘接固定在第四加载板224的一端上，第四摩擦板274与所述第一加载板221相对于螺栓固定第一加载架251的另一面相配合，所述底部摩擦板275设置在互型加载板22与侧向支撑架21底板之间，所述底部摩擦板275分别设置在互型加载板22上。摩擦板27采用聚四氟乙烯材质。为了受力平衡，第一线性滑轨241包括两根第一线性滑轨241均匀安装在第一加载板221上下两边沿处，第二线性滑轨242包括两根第二线性滑轨242均匀安装在第四加载板224上下两边沿处，第三线性滑轨243包括两根第三线性滑轨243均匀安装在第三加载板223上下两边沿处，第四线性滑轨244包括两根第二线性滑轨244均匀安装在第二加载板222上下两边沿处。第一侧向加载油缸231包括四根第一侧向加载油缸231分别均匀安装在第一加载板221四角处，作动器26包括四根作动器26均匀安装在侧向支撑架21四角处，第二侧向加载油缸232包括四根第二侧向加载油缸232分别均匀安装在第三加载板221四角处，第三侧向加载油缸233包括四根第三侧向加载油缸233分别均匀安装在第二加载板222四角处。一种用于大型土方水平面变量加载的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：调整分别第一侧向加载油缸231、第二侧向加载油缸232、第三侧向加载油缸232和作动器26，从而分别调整第一加载板221、第二加载板222、第四加载板224和第三加载板223的位置，使第一摩擦板271与所述第二加载板222一面相接触，使第二摩擦板272与所述第三加载板223的一面相接触，使第三摩擦板273与所述第四加载板224相对于螺栓固定第二加载架252的另一面相接触，使第四摩擦板274与所述第一加载板221相对于螺栓固定第一加载架251的另一面相接触，从而互型加载板22形成正方体状态；步骤二：在互型加载板22形成正方体内装载适量实验土3，装载至高出互型加载板上沿的上方50mm高度；步骤三：保持四周互型加载板22的位置，调整上加载油缸12，从而调整上压板13的位置向下移动，使上压板13分别于与实验土3和互型加载板22刚接触的位置后，上压板13的位移保持固定；步骤四：同时对第一侧向加载油缸231、第二侧向加载油缸232、第三侧向加载油缸233进行等位控制调整，实现对实验土3对心加载，从而互型加载板22中的各个相邻加载板实现“互”字型移动，大型土方水平面变量加载系统中的控制器通过给安装在大型土方水平面变量加载系统上的压力传感器和位移传感器发送控制指令，检测相应数据，从而得到土方围压试验数据。步骤五：调整上加载油缸12，从而调整上压板13的位置向上移动，调整分别第一侧向加载油缸、第二侧向加载油缸、第三侧向加载油缸和作动器26，从而分别调整第一加载板、第二加载板、第四加载板和第三加载板的位置相对实验土3向后移动，然后移走试验土，本次大型土方水平面变量加载的试验结束，可进行下一个工作循环。尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

权利要求：1.一种用于大型土方水平面变量加载系统，其特征在于，包括：竖向加载总成，其包括：上加载框架、上加载油缸和上压板，所述上加载油缸的一端固定在所述上加载框架的下端中部，所述上加载油缸的另一端固定在所述上压板的顶部；水平加载总成，其设置在所述竖向加载总成的下部，所述水平加载总成包括:互型加载板、侧向支撑架、第一侧向加载油缸、第一线性滑轨、第二线性滑轨、第一加载架、第二加载架和作动器，所述互型加载板设置在所述侧向支撑架底板上，所述互型加载板包括:第一加载板、第二加载板、第三加载板和第四加载板，所述第一加载板的一面固定在第一线性滑轨的一端上，所述第一线性滑轨的另一端固定在所述第一加载架的一端上，所述第一加载架的另一端固定在所述第一侧向加载油缸的一端上，所述第一侧向加载油缸的另一端固定在所述侧向支撑架上，所述第二加载板、第三加载板与所述侧向支撑架的连接结构方式相同，所述第四加载板的一端与所述第一加载板相对于固定第一线性滑轨的另一面相配合，所述第四加载板的一面固定在第二线性滑轨的一端上，所述第二线性滑轨的另一端固定在所述第二加载架的一端上，所述第二加载架的另一端固定在由所述作动器支撑的侧向支撑架上，所述第三加载板的一端与所述第四加载板相对于固定第二线性滑轨的另一面相配合，所述第二加载板的一端与所述第三加载板的一面相配合，所述第一加载板与所述第二加载板一面相配合，所述上压板设置在所述互型加载板内。2.根据权利要求1所述的一种用于大型土方水平面变量加载系统，其特征在于，所述水平加载总成还包括：第二侧向加载油缸、第三侧向加载油缸、第三线性滑轨、第四线性滑轨、第三加载架和第四加载架，所述第三加载板相对于与第二加载板的一端相配合的另一面固定在第三线性滑轨的一端上，所述第三线性滑轨的另一端固定在所述第三加载架的一端上，所述第三加载架的另一端固定在所述第三侧向加载油缸的一端上，所述第三侧向加载油缸的另一端固定在所述侧向支撑架上，所述第二加载板相对于与第一加载板的一端相配合的另一面固定在第四线性滑轨的一端上，所述第四线性滑轨的另一端固定在所述第四加载架的一端上，所述第四线性滑轨的另一端固定在所述第三侧向加载油缸的一端上，所述第三侧向加载油缸的另一端固定在所述侧向支撑架上。3.根据权利要求3所述的一种用于大型土方水平面变量加载系统，其特征在于，所述水平加载总成还包括：第一摩擦板、第二摩擦板、第三摩擦板、第四摩擦板和底部摩擦板，所述第一摩擦板设置在所述第一加载板的一端上，所述第一摩擦板与所述第二加载板一面相配合，所述第二摩擦板设置在所述第二加载板的一端上，所述第二摩擦板与所述第三加载板的一面相配合，所述第三摩擦板设置在所述第三加载板的一端上，所述第三摩擦板与所述第四加载板相对于固定第二加载架的另一面相配合，所述第四摩擦板设置在所述第四加载板的一端上，所述第四摩擦板与所述第一加载板相对于固定第一加载架的另一面相配合，所述底部摩擦板设置在互型加载板与侧向支撑架底板之间，所述底部摩擦板分别设置在互型加载板上。4.根据权利要求3所述的一种用于大型土方水平面变量加载系统，其特征在于，所述第一摩擦板、第二摩擦板、第三摩擦板和第四摩擦板均采用聚四氟乙烯材质。5.根据权利要求1所述的一种用于大型土方水平面变量加载系统，其特征在于，所述作动器包括四根作动器，所述第一侧向加载油缸包括四根第一侧向加载油缸，所述第一线性滑轨包括两根第一线性滑轨，所述第二线性滑轨包括两根第二线性滑轨。6.根据权利要求2所述的一种用于大型土方水平面变量加载系统，其特征在于，所述第二侧向加载油缸包括四根第二侧向加载油缸，所述第三线性滑轨包括两根第三线性滑轨，所述第四线性滑轨包括两根第四线性滑轨。7.一种用于大型土方水平面变量加载的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：调整分别第一侧向加载油缸、第二侧向加载油缸、第三侧向加载油缸、作动器，从而分别调整第一加载板、第二加载板、第四加载板和第三加载板的位置，使第一摩擦板与所述第二加载板一面相接触，使第二摩擦板与所述第三加载板的一面相接触，使第三摩擦板与所述第四加载板相对于固定第二加载架的另一面相接触，使第四摩擦板与所述第一加载板相对于固定第一加载架的另一面相接触，从而互型加载板形成正方体状态；步骤二：在互型加载板形成正方体内装载适量实验土，装载至高出互型加载板上沿的上方50mm高度；步骤三：保持四周互型加载板的位置，调整上加载油缸，从而调整上压板的位置，使上压板分别于与实验土和互型加载板刚接触的位置后，实现位移保持固定；步骤四：同时对第一侧向加载油缸、第二侧向加载油缸、第三侧向加载油缸、作动器进行等位控制调整，实现对实验土对心加载，从而互型加载板中的各个相邻加载板实现“互”字型移动，通过设置在大型土方水平面变量加载系统上的压力传感器和位移传感器得到土方围压试验数据；步骤五：调整上加载油缸，从而调整上压板的位置，调整分别第一侧向加载油缸、第二侧向加载油缸、第三侧向加载油缸、作动器，从而分别调整第一加载板、第二加载板、第四加载板和第三加载板的位置，移走试验土，本次大型土方水平面变量加载的试验结束，可进行下一个工作循环。

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