本實用新型涉及一種用于離心模型試驗中的土體開挖裝置，屬土工離心模型試驗技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在基坑、路塹、管道等工程施工中，土方開挖所引起的變形、滑坡、結(jié)構(gòu)破壞等問題一直是困擾工程界的難題。離心模型試驗作為一種能夠再現(xiàn)現(xiàn)場實際工況的研究方法，得到了人們的普遍認(rèn)可。

在離心模型試驗中，關(guān)于土體開挖的實現(xiàn)方法主要有兩類：第一類，先達(dá)到規(guī)定加速度穩(wěn)定后停機(jī)開挖，開挖完成后再開機(jī)達(dá)到規(guī)定加速度，該方法不符合實際情況，準(zhǔn)確程度無法得到保證；第二類，采用機(jī)械手臂將開挖側(cè)預(yù)留的土塊吊起模擬土體開挖過程，該方法可能導(dǎo)致土體上下層不能同時開挖，且造價昂貴。這些導(dǎo)致離心模型試驗對研究土體開挖時的應(yīng)力狀態(tài)存在很大的局限性，試驗過程可控性較差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種操作簡單、精度高、適用性強(qiáng)、便于控制的用于離心模型試驗中的土體開挖裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采取的技術(shù)方案是：一種用于離心模型試驗中的土體開挖裝置，其關(guān)鍵技術(shù)在于：其包括離心試驗?zāi)Ｐ拖?、置于離心試驗?zāi)Ｐ拖鋬?nèi)部的固定擋箱、定位于固定擋箱內(nèi)部的電動液壓千斤頂、用于安裝電動液壓千斤頂?shù)囊簤罕霉潭?、與電動液壓千斤頂?shù)幕钊麠U連接的活動擋板以及填于離心試驗?zāi)Ｐ拖鋬?nèi)的土樣；

所述固定擋箱包括連接在一起的前固定擋板、后固定擋板、下固定擋板和左右支撐板；

所述活動擋板包括前活動擋板、下活動擋板和設(shè)于前活動擋板上的用于與電動液壓千斤頂?shù)幕钊麠U的固定螺孔，所述下活動擋板底面與前固定擋板頂面接觸；

所述液壓泵固定架包括與固定擋箱分別連接的豎向固定架、水平固定架以及設(shè)置的法蘭盤。

優(yōu)選的，所述后固定擋板的高度高于前固定擋板。

優(yōu)選的，所述后固定擋板位于活動擋板下方。

優(yōu)選的，所述液壓泵固定架與固定擋箱上預(yù)留的螺孔連接，所述液壓泵通過豎向固定架、水平固定架和法蘭盤固定。

優(yōu)選的，所述電動液壓千斤頂為自鎖式電控液壓千斤頂。

以上所述的用于離心模型試驗中的土體開挖裝置的處理方法，其步驟為：首先將電動液壓千斤頂通過液壓泵固定架穩(wěn)固于固定擋箱內(nèi)，連接活塞桿至活動擋板上預(yù)留的固定螺孔；然后，將組裝好的裝置整體置于離心試驗?zāi)Ｐ拖涞囊粋?cè)，并在固定擋箱的前固定擋板和活動擋板的臨土側(cè)做好防水措施；填筑土樣至設(shè)計高度，開啟電動液壓千斤頂并加壓以模擬開挖側(cè)土體的土壓力；最后，開啟離心機(jī)至設(shè)計加速度后，開啟本裝置以實現(xiàn)土體開挖。

優(yōu)選的，制備下層土樣時，前活動擋板與前固定擋板齊平；待土樣填筑至前固定擋板高度時，開啟電動液壓千斤頂移動活塞桿，使活動擋板移動至設(shè)計位置。

優(yōu)選的，土體開挖前的液壓泵的支撐力必須與開挖側(cè)的土壓力大小相同。

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：

本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，適用性強(qiáng)，便于控制，適用于不同類型，不同加速度下的土體開挖，模擬了現(xiàn)場土體實際開挖情況。

1、由于采用電動液壓千斤頂實現(xiàn)活動擋板的移動，電動液壓千斤頂可以產(chǎn)生較大的拉力，因此可以有效提高試驗精度，降低對試驗?zāi)Ｐ统叽绲南拗瞥潭取?/p>

2、由于整套設(shè)備通過螺栓和螺桿連接，便于拆卸和搬運，裝置各部分采用15 mm厚鋼板焊接而成，有剛度大，穩(wěn)定性和耐久性好的特點，可多次重復(fù)使用。

3、由于采用該裝置可在離心模型試驗機(jī)轉(zhuǎn)動過程中實現(xiàn)土體的開挖，避免了停機(jī)開挖對試驗本身帶來的誤差，提高了試驗精度。

附圖說明

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1為離心試驗?zāi)Ｐ拖洌?2-1為前固定擋板，2-2為后固定擋板，2-3為下固定底板； 3-1為液壓缸，3-2為液壓泵，3-3為液壓油進(jìn)路，3-4為液壓油回路，3-5為活塞桿； 4-1為前活動擋板，4-2為下活動擋板，4-3為固定螺孔； 5-1為豎向固定架，5-2為水平固定架，5-3法蘭盤；6為土樣。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明：

參見附圖1，本實用新型包括離心試驗?zāi)Ｐ拖?、置于離心試驗?zāi)Ｐ拖鋬?nèi)部的固定擋箱、定位于固定擋箱內(nèi)部的電動液壓千斤頂、活動擋板和用于安裝電動液壓千斤頂?shù)囊簤罕霉潭芤约疤钣陔x心試驗?zāi)Ｐ拖鋬?nèi)的土樣6。

所述固定擋箱包括前固定擋板2-1、后固定擋板2-2、下固定擋板2-3和設(shè)置的左右支撐板，各部分采用焊接的方式組裝成固定擋箱；

所述活動擋板包括前活動擋板4-1、下活動擋板4-2和設(shè)置于前活動擋板4-1上的固定螺孔4-3，所述固定螺孔4-3用于連接電動液壓千斤頂?shù)幕钊麠U3-5，所述下活動擋板4-2底面與前固定擋板2-1頂面滑動接觸。

所述液壓泵固定架包括與固定擋箱2分別連接的豎向固定架5-1、水平固定架5-2和設(shè)置于液壓泵上的法蘭盤5-3。

所述后固定擋板2-2的高度高于前固定擋板2-1，便于液壓泵3-2與前活動擋板4-1上的固定螺孔4-3連接。

所述后固定擋板2-2位于活動擋板下方，承托活動擋板并為其水平移動提供支撐。

所述液壓泵固定架均與固定擋箱上預(yù)留的螺孔連接，通過豎向固定架5-1、水平固定架5-2和法蘭盤5-3固定液壓泵3-2，確保試驗過程中液壓泵3-2不發(fā)生移動，并為其提供土體開挖時的反力。

所述電動液壓千斤頂為自鎖式電控液壓千斤頂，可通過調(diào)節(jié)液壓油進(jìn)路3-3和液壓油回路3-4的液壓油量控制活塞桿的行程和鎖定。

本實用新型以上所述的用于離心模型試驗中的土體開挖裝置的處理方法，其步驟為：首先將電動液壓千斤頂通過液壓泵固定架穩(wěn)固于固定擋箱內(nèi)，連接活塞桿3-5至活動擋板上預(yù)留的固定螺孔4-3；然后，將組裝好的裝置整體置于離心試驗?zāi)Ｐ拖?的一側(cè)，并在固定擋箱的前固定擋板2-1和活動擋板的臨土側(cè)做好防水措施；填筑土樣6至設(shè)計高度，開啟電動液壓千斤頂并加壓以模擬開挖側(cè)土體的土壓力；最后，開啟離心機(jī)至設(shè)計加速度后，開啟本裝置以實現(xiàn)土體開挖。

制備下層土樣6時，前活動擋板4-1與前固定擋板2-1齊平；待土樣6填筑至前固定擋板2-1高度時，開啟電動液壓千斤頂移動活塞桿3-5，使活動擋板移動至設(shè)計位置。土體開挖前的液壓泵3-2的支撐力必須與開挖側(cè)的土壓力大小相同。

下面通過具體實施例來說明本實用新型在不同條件下的土體開挖過程。

實施例1

淤泥質(zhì)軟土開挖引起的樁基變形特性測試實施過程為：

首先，將電動液壓千斤頂通過液壓泵固定架穩(wěn)固于固定擋箱內(nèi)，連接活塞桿3-5至活動擋板上預(yù)留的固定螺孔4-3；然后，將組裝好的裝置整體置于離心試驗?zāi)Ｐ拖?的一側(cè)，并在前固定擋板2-1與離心模型試驗箱1之間的接縫處做好防水措施，另一側(cè)放置模型樁和傳感器并開始填筑淤泥質(zhì)軟土；當(dāng)填筑至與前固定擋板2-1齊平時，開啟電動液壓千斤頂移動活塞桿3-5，使活動擋板移動至設(shè)計開挖位置；繼續(xù)填筑淤泥質(zhì)軟土至最終設(shè)計高度，并保證土體開挖前的液壓泵3-2的支撐力必須與開挖側(cè)的土壓力大小相同；最后，開啟離心試驗機(jī)達(dá)到規(guī)定加速度后，啟動電動液壓千斤頂，控制液壓油進(jìn)路3-3和液壓油回路3-4的油量拉動活動擋板按規(guī)定速度移動到指定位置，實現(xiàn)土體開挖，期間監(jiān)測樁體、土樣6內(nèi)的變形、壓力和孔隙水壓力變化過程。

實施例2

基坑開挖引起的土體側(cè)向變形特征測試實施過程為：

首先，將電動液壓千斤頂通過液壓泵固定架穩(wěn)固于固定擋箱內(nèi)，連接活塞桿3-5至活動擋板上預(yù)留的固定螺孔4-3；然后，將組裝好的裝置整體置于離心試驗?zāi)Ｐ拖?的一側(cè)，并在前固定擋板2-1與離心模型試驗箱1之間的接縫處做好防水措施，另一側(cè)填筑土樣6；當(dāng)填筑至與前固定擋板2-1齊平時，開啟電動液壓千斤頂移動活塞桿3-5，使活動擋板移動至設(shè)計開挖位置；繼續(xù)填筑土樣至最終設(shè)計高度，并保證土體開挖前的液壓泵3-2的支撐力必須與開挖側(cè)的土壓力大小相同；最后，開啟離心試驗機(jī)達(dá)到規(guī)定加速度后，啟動電動液壓千斤頂，控制液壓油進(jìn)路3-3和液壓油回路3-4的油量拉動活動擋板按規(guī)定速度移動到指定位置，實現(xiàn)土體開挖，期間監(jiān)測土體的變形、壓力和孔隙水壓力變化過程。