專利名稱：一種基于位移示蹤技術(shù)的路堤變形監(jiān)測模型實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種基于位移示蹤技術(shù)的路堤變形監(jiān)測模型實驗裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及一種路堤變形監(jiān)測模型實驗技術(shù)，尤其涉及一種基于位移示蹤技術(shù)的路堤變形監(jiān)測模型實驗裝置。
背景技術(shù)：
[0002]路堤、邊坡或基坑等的沉降穩(wěn)定與否，一直是施工質(zhì)量優(yōu)劣與否的重要評定標(biāo)準(zhǔn)； 因為沉降的快慢直接決定著路堤、邊坡或基坑等的穩(wěn)定性以及投入使用后的安全。因此我國巖土界的相關(guān)研究人員對穩(wěn)定性和沉降快慢也做了大量的研究，得到了一些對工程實踐有指導(dǎo)意義數(shù)據(jù)，但是這些研究中還存在著一定的弊端，需要研究人員不斷地完善。[0003]目前國內(nèi)的路堤變形監(jiān)測模型試驗裝置，有如下特征[0004]一、加載方法[0005]一般有油壓千斤頂加載、杠桿加載和堆積加載，均有一定的弊端[0006]I、油壓千斤頂加載[0007]在加載過程中，壓力有一部分損耗，無法達(dá)到準(zhǔn)確的法向壓力。[0008]2、杠桿加載[0009]加載原理簡單，但施加的壓力大小要受到安全因素的限制，而且加壓過程要耗費大量的人力。[0010]3、堆積加載[0011]要求路堤模型的尺寸必須很大，對模型的場地要求比較嚴(yán)格，而且加載所需的人力物力較多。[0012]二、觀測方法[0013]主要是使用應(yīng)變觀測法，通過在相應(yīng)的材料上貼應(yīng)變片的方式，來監(jiān)測應(yīng)變位移情況，在監(jiān)測鋼結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)等中較常見；但是對于檢測土體就有一定的弊端。應(yīng)變片需與土體協(xié)調(diào)變形，但是目前沒有很好的辦法保證應(yīng)變片與土體協(xié)調(diào)變形，故而試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性就有待商榷。發(fā)明內(nèi)容[0014]本實用新型的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點和不足，提供一種基于位移示蹤技術(shù)的路堤變形監(jiān)測模型實驗裝置。[0015]所述的位移示蹤技術(shù)是通過讀數(shù)顯微鏡，觀察埋置在路堤模型中的參照物，觀察其位置變化，由讀數(shù)顯微鏡上的讀數(shù)得到參照物的位移，從而得到路堤模型的沉降和形變規(guī)律。[0016]本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的[0017]本實用新型的加載為液壓系統(tǒng)，主要通過擺線齒輪油泵對油施加壓力，推動油缸對路堤模型加壓；通過電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)實現(xiàn)對模型系統(tǒng)的施壓、保壓與補(bǔ)壓；路堤模型的變形通過位移觀察系統(tǒng)獲得。3[0018]具體說明[0019]一、基于位移示蹤技術(shù)的路堤變形監(jiān)測模型實驗裝置(簡稱裝置)[0020]本裝置包括液壓系統(tǒng)、模型系統(tǒng)、觀察系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和支架；[0021]平臺和支座上下連接構(gòu)成支架；[0022]木制模型箱設(shè)置在支架的平臺上，在木制模型箱內(nèi)設(shè)置有路堤模型，在路堤模型的頂部設(shè)置有加載板，在路堤模型中設(shè)置有參照物，構(gòu)成模型系統(tǒng)；[0023]水平滑道設(shè)置在支架的支座上，垂直滑道置于水平滑道上，位移讀數(shù)顯微鏡置于垂直滑道上，構(gòu)成觀察系統(tǒng)；[0024]在電氣柜內(nèi)，設(shè)置有數(shù)顯壓力控制器和延時開關(guān)，構(gòu)成電氣系統(tǒng)；[0025]液壓系統(tǒng)和支架置于同一平面上，油箱置于液壓系統(tǒng)的最下面；油箱、擺線齒輪油泵、第一電磁換向閥和油缸的上入油口通過管線依次連通，油缸的活塞和模型系統(tǒng)的加載板連接，實現(xiàn)對路堤模型的加壓；[0026]油缸的下出油口、第一電磁換向閥、溢流閥和油箱通過管線依次連通，實現(xiàn)對路堤模型的減壓和保壓；[0027]在油缸上設(shè)置有壓力表，供觀測壓力用；[0028]在管線上設(shè)置有壓力繼電器，壓力繼電器、數(shù)顯壓力控制器、第一電磁鐵擺線齒輪油泵依次連接，實現(xiàn)加壓的控制；[0029]延時開關(guān)、第二電磁鐵和第一電磁換向閥依次連接，實現(xiàn)回油到油箱；[0030]延時開關(guān)、第三電磁鐵和第二電磁換向閥依次連接，實現(xiàn)回油到油箱。[0031]其工作原理是[0032]本裝置利用液壓系統(tǒng)對路堤模型進(jìn)行加載，通過數(shù)顯壓力控制器控制電磁鐵開啟擺線齒輪油泵，擺線齒輪油泵工作后，從油箱內(nèi)吸油，對油加壓變成壓力油，壓力油通過單向閥進(jìn)入油缸，推動油缸向下運動對路堤模型加載。當(dāng)壓力值達(dá)到設(shè)定值時，壓力繼電器工作，使電磁鐵斷開，加載停止進(jìn)入保壓階段，壓力值降低后，壓力繼電器發(fā)信號電磁鐵得電， 繼續(xù)加壓，從而達(dá)到“過壓斷電，失壓保壓”的功能。在加載過程中，由觀察系統(tǒng)的位移讀數(shù)顯微鏡觀察路堤模型的變形和位移，達(dá)到精確監(jiān)測的目的。[0033]二、基于位移示蹤技術(shù)的路堤變形監(jiān)測模型實驗方法(簡稱方法)[0034]本方法包括以下步驟[0035]①在木制模型箱中，制作好椎體形狀的路堤模型，記錄加壓前埋置在路堤模型中的參照物的初始坐標(biāo)；[0036]②在電氣系統(tǒng)上，從數(shù)顯式壓力控制器設(shè)置需要的壓力值，從延時開關(guān)設(shè)置需要施加的穩(wěn)定壓力持續(xù)的時間；[0037]③接通電源，開啟電氣工作，對路堤模型進(jìn)行加壓實驗；[0038]④通過顯微鏡進(jìn)行觀察，并每隔一定的時間記錄路堤模型變形情況，待到路堤模型變形穩(wěn)定后，再增加壓力，繼續(xù)觀察記錄，循環(huán)往復(fù)上述操作直到路堤模型破壞；[0039]⑤把前后記錄的坐標(biāo)進(jìn)行計算處理即可得到路堤模型的變形數(shù)據(jù)，然后繪制變形曲線圖，進(jìn)行模型穩(wěn)定性分析。[0040]其工作原理是[0041]本模型主要針對沉降和穩(wěn)定性研究設(shè)計的，在木制模型箱中按一定縮小比例填筑模型，分層填土，并且分層壓實，壓實度、坡比按照公路路基設(shè)計規(guī)范(JTG D302004)的相關(guān)規(guī)定確定。填料含水率根據(jù)試驗方案要求確定。在填筑過程中分層布設(shè)土壓力盒，通過土壓力盒監(jiān)測加載后各層土壓力。木制模型箱的觀測面是由有機(jī)玻璃做成，上面刻有以I毫米為單位的刻度，在路堤模型的頂部、底部及斷面分層布設(shè)觀測標(biāo)記，通過讀取觀測標(biāo)記的原坐標(biāo)和加壓移動后的坐標(biāo)，來分析模型在上部荷載作用下沉降量和側(cè)向位移對穩(wěn)定性的影響。分級加載，上部荷載較大時，模型的斷面可能產(chǎn)生裂隙，由于觀測面透明，從而可以分析裂隙的發(fā)展方向。本模型適用于改性土路堤和加筋土路堤模型等的研究，用土工合成材料加筋路堤時，也可以在加筋材料上帖有應(yīng)變片，來檢測加筋材料的應(yīng)變，進(jìn)而分析土工合成材料對路堤的加筋性能。[0042]本實用新型具有下列優(yōu)點和積極效果[0043]I、加壓操作過程簡易省時；[0044]2、能夠?qū)δＰ褪┘映掷m(xù)穩(wěn)定的壓力；[0045]3、易于觀察，試驗數(shù)據(jù)精度較高；[0046]4、液壓缸面積較大，加壓精度得到提高；[0047]5、可用于路堤模型試驗和其他室內(nèi)的模型試驗。


[0048]圖I是本裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。[0049]圖中[0050]10—液壓系統(tǒng)，[0051]11 一第一電磁換向閥，12 一擺線齒輪油栗，13—油箱，16 一溢流閥，[0052]14、15、18 一第一、第_■、第二電磁鐵，17 一直通式單向閥[0053]19一第二電磁換向閥，110—壓力繼電器，111一壓力表，[0054]112—上入油口，113—油缸，114一下出油口，115—活塞，G—管線；[0055]20—模型系統(tǒng)，[0056]21 一路堤模型，22—木制模型箱，23—加載板,24—參照物；[0057]30—觀察系統(tǒng)，[0058]31一位移讀數(shù)顯微鏡，32—滑道,33—支撐架；[0059]40—電氣系統(tǒng)，[0060]41—電氣柜，42—數(shù)顯壓力控制器，43—延時開關(guān)，D—導(dǎo)線；[0061]5O—支架[0062]51—平臺，52—支座。
具體實施方式
[0063]
以下結(jié)合附圖和實施例詳細(xì)說明[0064]一、裝置的結(jié)構(gòu)[0065]I、總體[0066]如圖1，本裝置包括液壓系統(tǒng)10、模型系統(tǒng)20、觀察系統(tǒng)30、電氣系統(tǒng)40和支架 50 ；[0067]液壓系統(tǒng)10包括第一電磁換向閥11、擺線齒輪油泵12、油箱13、溢流閥16、第一、 第二、第三電磁鐵14、15、18、直通式單向閥17、第二電磁換向閥19、壓力繼電器110、壓力表 111、上入油口 112、油缸113、下出油口 114和活塞115 ；[0068]模型系統(tǒng)20包括路堤模型21、木制模型箱22、加載板23和參照物24 ；[0069]觀察系統(tǒng)30包括位移讀數(shù)顯微鏡31、滑道32和支撐架33 ；[0070]電氣系統(tǒng)40包括電機(jī)氣柜41、數(shù)顯壓力控制器42和延時開關(guān)43 ；[0071]支架50包括平臺51和支座52 ;[0072]其位置、連接關(guān)系是[0073]平臺51和支座52上下連接構(gòu)成支架50 ；[0074]木制模型箱22設(shè)置在支架50的平臺51上，在木制模型箱22內(nèi)設(shè)置有路堤模型 21，在路堤模型21的頂部設(shè)置有加載板23，在路堤模型21中設(shè)置有參照物24，構(gòu)成模型系統(tǒng)20 ；[0075]水平滑道32設(shè)置在支架50的支座52上，垂直滑道33置于水平滑道32上，位移讀數(shù)顯微鏡31置于垂直滑道33上，構(gòu)成觀察系統(tǒng)30 ；[0076]在電氣柜41內(nèi)，設(shè)置有數(shù)顯壓力控制器42和延時開關(guān)43,構(gòu)成電氣系統(tǒng)40 ;[0077]液壓系統(tǒng)10和支架50置于同一平面上，油箱13置于液壓系統(tǒng)10的最下面；油箱 13、擺線齒輪油泵12、第一電磁換向閥11和油缸113的上入油口 112通過管線G依次連通， 油缸113的活塞115和模型系統(tǒng)20的加載板23連接，實現(xiàn)對模型21的加壓；[0078]油缸113的下出油口 114、第一電磁換向閥11、溢流閥16和油箱13通過管線G依次連通，實現(xiàn)對模型21的減壓和保壓；[0079]在油缸113上設(shè)置有壓力表111，供觀測壓力用；[0080]在管線G上設(shè)置有壓力繼電器110，壓力繼電器110、數(shù)顯壓力控制器42、第一電磁鐵14和擺線齒輪油泵12依次連接，實現(xiàn)加壓的控制；[0081]延時開關(guān)43、第二電磁鐵15和第一電磁換向閥11依次連接，實現(xiàn)回油到油箱13 ；[0082]延時開關(guān)43、第三電磁鐵18和第二電磁換向閥19依次連接，實現(xiàn)回油到油箱13。[0083]2、各部件[0084]I)液壓系統(tǒng)10[0085]第一電磁換向閥11 :型號是34BM-B10H-T，最大壓強(qiáng)值34MPa，流量40L/min，電壓 220V，由上海東方液壓件廠生產(chǎn)。[0086]擺線齒輪油泵12 :型號PVD1-6-R，是一種容積式內(nèi)齒合齒輪油泵，該泵結(jié)構(gòu)簡單， 噪音低，輸油平穩(wěn)，高轉(zhuǎn)速，自吸性能好，其最大油壓是21MPa，輸油量5. 6cm3/Rev,由上海東方液壓件廠生產(chǎn)。[0087]油箱13 :長60cm、寬60cm、高40Cm的鐵制油箱。[0088]第一、第二、第三電磁鐵14、15、18 :型號MFBI-5.5，電壓220V，吸力5.5N，行程 4mm,由無錫大力電氣廠生產(chǎn)。[0089]溢流閥16 =YF-BlOH4-S,最大壓強(qiáng)值34MPa，流量40L/min，電壓220V，由上海東方液壓件廠生產(chǎn)。[0090]直通式單向閥17 :型號DIF-LlOH1，最大壓強(qiáng)值34MPa，流量40L/min，電壓220V，由上海東方液壓件廠生產(chǎn)。[0091]電磁換向閥19 :型號是24B1-B6H-T，最大壓強(qiáng)值34MPa，流量40L/min，電壓220V， 由上海東方液壓件廠生產(chǎn)。[0092]壓力繼電器110 JCS-02H，最大壓力45MPa，由上海邱源機(jī)械有限公司生產(chǎn)。[0093]壓力表111 :量程0_16MPa，由上海自動化儀表股份有限公司(自動化儀表四廠)生產(chǎn)。[0094]上入油口 112，下入油口 114 :位于油缸上，輸入輸出液壓油。[0095]油缸113 :外徑130mm的密封鋼制容器。[0096]管道115 :是外徑是19mm的鋼管。[0097]液壓系統(tǒng)10的工作原理[0098]首先是制備好椎體形狀的路堤模型21，裝入木制模型箱22中，記錄加壓前埋置在路堤模型21中的參照物24的初始坐標(biāo)，然后接通380V電源；從數(shù)顯式壓力控制器42設(shè)置需要的壓力值，從延時開關(guān)43設(shè)置需要施加的穩(wěn)定壓力持續(xù)的時間；[0099]設(shè)置完畢后，由數(shù)顯式壓力控制器42發(fā)信號給第一電磁鐵14,第一電磁鐵14得電啟動擺線齒輪油泵12輸出高壓油，高壓油通過第一電磁換向閥11經(jīng)過管線G、單向閥17、 上入油口 112到達(dá)油缸113，高壓油推動活塞115向下運動施加壓力到加載板23和路堤模型21上。[0100]當(dāng)壓力值超過預(yù)設(shè)的壓力值時，高壓油從溢流閥16回流到油箱13中從而得到預(yù)定的壓力值；當(dāng)壓力值達(dá)到預(yù)定的壓力值后，壓力繼電器110得到信號通過導(dǎo)線D傳給數(shù)顯式壓力控制器42，數(shù)顯式壓力控制器42發(fā)信給第一電磁鐵14，第一電磁鐵14斷開，擺線齒輪油泵12停止工作而保持所需的壓力。[0101]當(dāng)由于模型21的變形等原因?qū)е聣毫ψ冃r，壓力繼電器110得到信號，通過導(dǎo)線G傳給數(shù)顯式壓力控制器42，數(shù)顯式壓力控制器42發(fā)信給第一電磁鐵14，第一電磁鐵14 得電，擺線齒輪油泵12工作繼續(xù)施加壓力，達(dá)到掉壓補(bǔ)壓的目的。[0102]當(dāng)加壓達(dá)到預(yù)設(shè)穩(wěn)壓時間后，延時開關(guān)43給第二電磁鐵15、第三電磁鐵18發(fā)信號，高壓油通過第一電磁換向閥11、第二電磁換向閥19回油到油箱13。[0103]觀察原理由讀數(shù)顯微鏡31觀察埋置在模型21中的參照物24，觀察其位置變化， 由讀數(shù)顯微鏡31上的讀數(shù)得到參照物24的位移，從而得到路堤模型21的沉降和側(cè)向位移形變規(guī)律。[0104]2)模型系統(tǒng)20[0105]路堤模型21 :呈椎體形狀；[0106]木制模型箱22 :是長2000mm、寬800mm、高760mm的木制箱子，邊、角用角鐵固定， 觀察面是IOmm厚的鋼化玻璃；[0107]加載板23 :是長800mm、寬300臟、厚40mm的鋼板；[0108]參照物24 :是從大頭針上裁下來的大頭針尖，埋入路堤模型中，顏色可與路堤模型區(qū)別便于觀察。[0109]3)觀察系統(tǒng)30[0110]位移讀數(shù)顯微鏡31 :帶有讀數(shù)的顯微鏡；[0111]滑道32 :由角鋼制成，帶有滑道，供顯微鏡31水平移動；[0112]支撐架33 :由鋼材制成固定在模型支架上。[0113]4)電氣系統(tǒng)40[0114]電機(jī)柜41 :電路系統(tǒng)控制柜，由武漢市毅能鍛壓機(jī)械有限責(zé)任公司生產(chǎn)。[0115]數(shù)顯壓力控制器42 :型號YL6050，輸出4 20mA，工作電源AC220V±10% 2W，測量范圍O 40Mpa，外型尺寸97. 5X50X88 (mm),由武漢市精工電子研究所生產(chǎn)。[0116]延時控制開關(guān)43 :型號JSS48A，電源50Hz，220V，延時范圍0s_99. 99s、[0117]Omin-99. 99min、0h_99. 99h，由浙江正泰電氣股份有限公司生產(chǎn)。[0118]導(dǎo)線44 :是四芯護(hù)套電纜線。[0119]5)支架 50[0120]平臺51 :鋼制平臺，由武漢毅能鍛壓機(jī)械有限責(zé)任公司生產(chǎn)；[0121]支座52 :鋼制支撐架，由武漢毅能鍛壓機(jī)械有限責(zé)任公司生產(chǎn)。
權(quán)利要求1. 一種基于位移示蹤技術(shù)的路堤變形監(jiān)測模型實驗裝置，其特征在于 本裝置包括液壓系統(tǒng)(10)、模型系統(tǒng)(20)、觀察系統(tǒng)(30)、電氣系統(tǒng)(40)和支架(50); 平臺(51)和支座(52)上下連接構(gòu)成支架(50)；木制模型箱(22)設(shè)置在支架(50)的平臺(51)上，在木制模型箱(22)內(nèi)設(shè)置有路堤模型(21)，在路堤模型(21)的頂部設(shè)置有加載板(23)，在路堤模型(21)中設(shè)置有參照物(24)，構(gòu)成模型系統(tǒng)(20)； 水平滑道(32)設(shè)置在支架(50)的支座(52)上，垂直滑道(33)置于水平滑道(32)上，位移讀數(shù)顯微鏡(31)置于垂直滑道(33)上，構(gòu)成觀察系統(tǒng)(30)； 在電氣柜(41)內(nèi)，設(shè)置有數(shù)顯壓カ控制器(42)和延時開關(guān)(43)，構(gòu)成電氣系統(tǒng)(40)；液壓系統(tǒng)(10)和支架(50)置于同一平面上，油箱(13)置于液壓系統(tǒng)(10)的最下面；油箱(13)、擺線齒輪油泵(12)、第一電磁換向閥(11)和油缸(113)的上入油ロ(112)通過管線(G)依次連通，油缸(113)的活塞(115)和模型系統(tǒng)(20)的加載板(23)連接； 油缸(113)的下出油ロ(114)、第一電磁換向閥(11)、溢流閥(16)和油箱(13)通過管線(G)依次連通；在油缸(113)上設(shè)置有壓カ表(111)； 在管線(G)上設(shè)置有壓カ繼電器(110)，壓カ繼電器(110)、數(shù)顯壓カ控制器(42)、第一電磁鐵(14)和擺線齒輪油泵(12)依次連接；延時開關(guān)(43 )、第二電磁鐵(15 )和第一電磁換向閥(11)依次連接；延時開關(guān)(43 )、第三電磁鐵(18 )和第二電磁換向閥(19 )依次連接。
專利摘要本實用新型公開了一種基于位移示蹤技術(shù)的路堤變形監(jiān)測模型實驗裝置，涉及一種路堤變形監(jiān)測模型實驗技術(shù)。本實用新型通過讀數(shù)顯微鏡，觀察埋置在路堤模型中的參照物，觀察其位置變化，由讀數(shù)顯微鏡上的讀數(shù)得到參照物的位移，從而得到模型的沉降和形變規(guī)律。本裝置包括液壓系統(tǒng)(10)、模型系統(tǒng)(20)、觀察系統(tǒng)(30)、電氣系統(tǒng)(40)和支架(50)。本實用新型加壓操作過程簡易省時；能夠?qū)δＰ褪┘映掷m(xù)穩(wěn)定的壓力；易于觀察，試驗數(shù)據(jù)精度較高；液壓缸面積較大，加壓精度得到提高；可用于路堤模型試驗和其他室內(nèi)的模型試驗。
文檔編號G01N3/36GK202814817SQ20122045975
公開日2013年3月20日 申請日期2012年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月10日
發(fā)明者肖衡林, 劉德富, 肖本林, 郭小川, 李麗華, 馬強(qiáng), 何俊, 萬娟, 陶高梁 申請人:湖北工業(yè)大學(xué)