本實(shí)用新型涉及巖土工程領(lǐng)域的試驗(yàn)研究系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種巖土工程多功能試驗(yàn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

巖土工程多功能試驗(yàn)系統(tǒng)是應(yīng)用于巖土工程、地下工程、礦業(yè)工程等領(lǐng)域的試驗(yàn)研究裝置，為試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備系統(tǒng)。

巖土體是自然界的產(chǎn)物，其形成過程、物質(zhì)成分以及工程特性是極為復(fù)雜的，并且隨受力狀態(tài)、應(yīng)力歷史，加載速率和排水條件等的不同而變得更加復(fù)雜。所以，在進(jìn)行各類工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)和施工之前，必須對工程項(xiàng)目所在場地的巖土體進(jìn)行土工試驗(yàn)及原位測試，以充分了解和掌握巖土體的物理和力學(xué)性質(zhì)，從而為場地巖土工程條件的正確評價(jià)提供必要的依據(jù)。土工試驗(yàn)是巖土工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的前期工作，也是地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作中不可缺少的中心環(huán)節(jié)。所有的工程建設(shè)項(xiàng)目，包括建筑、地下工程、高速公路、鐵路、隧道等的建設(shè)，都與它們賴以存在的巖土體有著密切的關(guān)系，在很大程度上取決于巖土體能否提供足夠的承載力，取決于工程結(jié)構(gòu)不至于遭受超過允許的地基沉降和差異變形等，而地基承載力和地基變形計(jì)算中的參數(shù)又主要是由土工試驗(yàn)來確定的，因此，土工試驗(yàn)對于各類工程項(xiàng)目建設(shè)都是不可缺少的。

巖土工程多功能試驗(yàn)系統(tǒng)是研究大型巖土工程問題的重要手段，在國內(nèi)外已得到廣泛應(yīng)用，并在工程科研、設(shè)計(jì)及論證中發(fā)揮了重要作用。國際上如美國、英國、德國、意大利、日本、挪威等發(fā)達(dá)國家都先后開展了巖土工程多功能試驗(yàn)系統(tǒng)的試驗(yàn)研究工作，針對樁土共同作用、各種樁的受理機(jī)理、群樁效應(yīng)、大型礦井頂板圍巖穩(wěn)定、大壩壩體與壩基的巖體穩(wěn)定、大型洞室圍巖穩(wěn)定與支護(hù)等工程問題，進(jìn)行了卓有成效的研究工作，并研制了相應(yīng)的試驗(yàn)設(shè)備；國內(nèi)如中國建筑科學(xué)研究院地基研究所、武漢巖土力學(xué)研究所、總參工程兵科研所、清華大學(xué)、北京科技大學(xué)、河海大學(xué)、石家莊鐵道學(xué)院、北京建筑工程學(xué)院、同濟(jì)大學(xué)、山東大學(xué)等單位，都先后開展了這方面的研究工作，研制了規(guī)模不等多功能試驗(yàn)系統(tǒng)。

總結(jié)各種類型多功能試驗(yàn)系統(tǒng)的特點(diǎn)如下：

1)試驗(yàn)系統(tǒng)主要由模型槽、加載系統(tǒng)組成。

2)模型槽結(jié)構(gòu)

①大中型模型槽一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、實(shí)體鋼結(jié)構(gòu)；小型槽一般為簡易試坑、玻璃鋼鋼框架結(jié)構(gòu)。

②模型槽一般采用地上和地下埋置兩種形式。

③置于地上的大中模型槽，采用大型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或純鋼結(jié)構(gòu)，但是對結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度要求較高，且不利于土工試驗(yàn)操作。

④各種規(guī)模形式的模型槽空間尺寸不等，平面尺寸在1.0m～5.0m之間，有效高度在0.4m～4.4m之間。

⑤模型槽平面尺寸有矩形和方形兩種，圍合成二維空間(如：1.4m×3m)或者三維空間(如：1.6m×1.3m；4.0m×5.0m等)

⑥模型槽多為單一模型槽，空間尺寸固定。

⑦個(gè)別大型模型槽通過安裝固定隔板可分割為2個(gè)空間槽。

⑧山東大學(xué)張強(qiáng)勇等研制的盒式臺架裝置實(shí)現(xiàn)尺寸可調(diào)，臺架全部為鑄鋼盒式構(gòu)件組裝。但耗資較大，試驗(yàn)空間尺寸調(diào)整需要重新組裝臺架。

3)加載系統(tǒng)

①加載系統(tǒng)由反力框架和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。

②反力框架有平面反力框架和空間結(jié)構(gòu)反力框架兩種形式，平面反力框架由兩根立柱和一根橫梁組成，大型空間反力框架由四根立柱、主梁、次梁組成。

③反力框架一般采用實(shí)體工字鋼或鋼板焊接，多為固定反力框架，橫梁不能調(diào)整。

④有的大型反力框架立柱在一定高度范圍布置了螺栓孔，但可調(diào)范圍較小。

⑤為滿足不同加載空間要求，有的大型試驗(yàn)槽安裝了不同高度的兩個(gè)反力框架，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

⑥除自動(dòng)控制的大型試驗(yàn)機(jī)以外，荷載施加多以豎向加載為主，主要施加力的方式為油缸單點(diǎn)施力，不能實(shí)現(xiàn)雙點(diǎn)同時(shí)施力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中的巖土工程多功能試驗(yàn)系統(tǒng)的試驗(yàn)槽空間不具有可調(diào)性，豎向空間可調(diào)范圍較小，不能同時(shí)進(jìn)行多項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目的缺陷，本實(shí)用新型提供一種巖土工程多功能試驗(yàn)系統(tǒng)，能夠圍合成多個(gè)試驗(yàn)空間，豎向空間可調(diào)范圍較大、拓寬了巖土工程多功能試驗(yàn)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，且能夠同時(shí)進(jìn)行多項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為：

一種巖土工程多功能試驗(yàn)系統(tǒng)，包括試驗(yàn)槽、水平加載系統(tǒng)以及豎向加載系統(tǒng)；其中，

所述水平加載系統(tǒng)安裝于所述試驗(yàn)槽內(nèi)；

所述豎向加載系統(tǒng)安裝于所述試驗(yàn)槽上方。

優(yōu)選的，所述巖土工程多功能試驗(yàn)系統(tǒng)還包括至少一塊可安裝于所述試驗(yàn)槽內(nèi)的豎向分隔板。

優(yōu)選的，所述試驗(yàn)槽為矩形槽，其包括兩個(gè)長邊墻和兩個(gè)短邊墻；其中，所述兩個(gè)短邊墻分別為第一短邊墻和第二短邊墻；

所述試驗(yàn)槽的兩個(gè)長邊墻槽壁上靠近所述第一短邊墻的一端，對稱設(shè)有多根用于安裝豎向分隔板的豎向槽鋼。

優(yōu)選的，所述試驗(yàn)槽的兩個(gè)長邊墻槽壁頂部在靠近所述第二短邊墻的一端，對稱設(shè)有兩根鋼軌。

優(yōu)選的，所述第二短邊墻上設(shè)有暗柱。

優(yōu)選的，所述試驗(yàn)槽的槽頂部沿兩個(gè)長邊墻對稱設(shè)有兩個(gè)縱向T型滑槽。

優(yōu)選的，所述水平加載系統(tǒng)包括反力板、第一油缸及剛性推板；其中，

所述反力板固接于所述暗柱上；

所述第一油缸一端與所述反力板相連接，另一端與所述剛性推板相連接；所述剛性推板兩端與所述鋼軌相對應(yīng)的位置設(shè)有滾軸。

優(yōu)選的，所述豎向加載系統(tǒng)包括反力框架及設(shè)于所述反力框架下方的第二油缸；其中，

所述反力框架底部可置于所述縱向T型滑槽內(nèi)，使所述豎向加載系統(tǒng)可沿所述縱向T型滑槽移動(dòng)。

優(yōu)選的，所述反力框架包括橫梁和立柱，所述立柱通過螺栓連接于所述橫梁兩端。

優(yōu)選的，所述立柱內(nèi)側(cè)及所述橫梁兩端均設(shè)有多個(gè)螺栓孔。

本實(shí)用新型的有益效果為：

試驗(yàn)槽：

①試驗(yàn)槽可圍合成多個(gè)試驗(yàn)空間。根據(jù)試驗(yàn)要求設(shè)計(jì)不同的試驗(yàn)空間，可形成多組功能方案。

②根據(jù)不同的試驗(yàn)研究目標(biāo)，通過不同組合形成試驗(yàn)所需二維和三維試驗(yàn)空間。

③實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)槽的試驗(yàn)空間可調(diào)性，為各種規(guī)模形式的試驗(yàn)研究提供靈活的操作空間，擴(kuò)寬了巖土工程多功能試驗(yàn)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域。

④豎向空間可調(diào)范圍大。

豎向加載系統(tǒng)：

①豎向加載系統(tǒng)可沿試驗(yàn)槽長邊墻頂部設(shè)計(jì)的縱向T型滑槽移動(dòng)，也可實(shí)現(xiàn)在任意位置的固定。

②豎向加載系統(tǒng)上部橫梁可沿立柱豎向調(diào)節(jié)至任意位置，即可實(shí)現(xiàn)豎向試驗(yàn)空間的調(diào)整。

③豎向加載系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)力的單點(diǎn)施加和雙點(diǎn)同時(shí)施加。

水平加載系統(tǒng)：

①第一油缸可沿反力板和剛性推板上下移動(dòng)，可根據(jù)不同試驗(yàn)要求，在任意位置提供水平推力或回撤第一油缸。

②能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)水平加載和卸載。

附圖說明

圖1至圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的巖土工程多功能試驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的剛性推板的結(jié)構(gòu)簡圖(滾軸未示出)；

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例的巖土工程多功能試驗(yàn)系統(tǒng)的縱向剖視的結(jié)構(gòu)簡圖(橫梁固接于立柱最上方)；

圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例的巖土工程多功能試驗(yàn)系統(tǒng)的縱向剖視的結(jié)構(gòu)簡圖(橫梁固接于立柱最下方)；

圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例的豎向分隔板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7至圖12為本實(shí)用新型實(shí)施例的多種試驗(yàn)組合方案的試驗(yàn)槽、豎向分隔板及剛性推板的俯視圖的結(jié)構(gòu)簡圖(鋼軌未示出)。

圖中，

1-試驗(yàn)槽；11-縱向T型滑槽；12-第一短邊墻；13-第二短邊墻；131-暗柱；14-豎向槽鋼；15-鋼軌；16-長邊墻；2-水平加載系統(tǒng)；21-反力板；211-第一豎向T型滑槽；22-第一油缸；23-剛性推板；231-第二豎向T型滑槽；232-吊鉤；233-滾軸；3-豎向加載系統(tǒng)；31-橫梁；32-立柱；321-螺栓孔；33-第二油缸；4-豎向分隔板；41-擋板；411-格構(gòu)式鋼骨架；412-第一圍護(hù)板；4121-透水孔；413-第二圍護(hù)板。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)解釋說明。

如圖1至圖3所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種巖土工程多功能試驗(yàn)系統(tǒng)，包括試驗(yàn)槽1、豎向加載系統(tǒng)3、水平加載系統(tǒng)2、多塊豎向分隔板4及自動(dòng)加載控制系統(tǒng)；其中，所述豎向加載系統(tǒng)3安裝于所述試驗(yàn)槽1上方；所述水平加載系統(tǒng)2及所述豎向分隔板4均安裝于所述試驗(yàn)槽1內(nèi)。所述自動(dòng)加載控制系統(tǒng)通過電線與所述水平加載系統(tǒng)2和所述豎向加載系統(tǒng)3相連接。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種巖土工程多功能試驗(yàn)系統(tǒng)，所述試驗(yàn)槽1為置于地面以下的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)槽。所述試驗(yàn)槽1為矩形槽，其包括兩個(gè)長邊墻16和兩個(gè)短邊墻；其中，所述兩個(gè)短邊墻分別為第一短邊墻12和第二短邊墻13。所述試驗(yàn)槽1的兩個(gè)長邊墻16槽壁上靠近所述第一短邊墻12的一端，對稱預(yù)埋有多根用于安裝豎向分隔板4的豎向槽鋼14，所述豎向槽鋼14形成了用于安裝所述豎向分隔板4的卡槽。所述試驗(yàn)槽1的槽頂部沿兩個(gè)長邊墻16對稱預(yù)埋有兩個(gè)縱向T型滑槽11。

所述試驗(yàn)槽1的兩個(gè)長邊墻16槽壁頂部在靠近所述第二短邊墻13的一端，對稱預(yù)埋有兩根鋼軌15。所述第二短邊墻13槽壁上設(shè)有暗柱131，作為所述水平加載系統(tǒng)2的反力墻。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種巖土工程多功能試驗(yàn)系統(tǒng)，所述水平加載系統(tǒng)2包括固接于所述反力墻上的反力板21、第一油缸22及剛性推板23；

所述反力板21上開設(shè)有第一豎向T型滑槽211，所述剛性推板23上與所述第一豎向T型滑槽211相對應(yīng)的位置開設(shè)有第二豎向T型滑槽231。所述第一油缸22一端置于所述第一豎向T型滑槽211內(nèi)，另一端置于所述第二豎向T型滑槽231內(nèi)，使所述第一油缸22可沿所述第一豎向T型滑槽211和第二豎向T型滑槽231上下移動(dòng)。在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，可根據(jù)不同試驗(yàn)要求，在任意位置提供水平推力或回撤所述第一油缸22。力的作用點(diǎn)位置根據(jù)試驗(yàn)槽1內(nèi)土體高度計(jì)算，可得最佳施力點(diǎn)位置。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種巖土工程多功能試驗(yàn)系統(tǒng)，所述剛性推板23頂部設(shè)有吊鉤232。所述剛性推板23兩端與所述鋼軌15相對應(yīng)的位置設(shè)有滾軸233，使所述剛性推板23可以沿著所述試驗(yàn)槽1的鋼軌15移動(dòng)。所述剛性推板23上設(shè)有固定卡件，可在任意位置固定所述剛性推板23。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種巖土工程多功能試驗(yàn)系統(tǒng)，所述水平加載系統(tǒng)2能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)水平加載和卸載：水平加載用于模擬擠土效應(yīng)試驗(yàn)，水平卸載用于模擬滑坡效應(yīng)試驗(yàn)。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種巖土工程多功能試驗(yàn)系統(tǒng)，所述豎向加載系統(tǒng)3包括反力框架及設(shè)于所述反力框架下方的第二油缸33；其中，所述反力框架底部可置于所述縱向T型滑槽11內(nèi)，使所述豎向加載系統(tǒng)3可沿所述縱向T型滑槽11移動(dòng)，并可實(shí)現(xiàn)在任意位置的固定。所述反力框架包括橫梁31和立柱32，所述立柱32通過螺栓連接于所述橫梁31兩端。所述立柱32內(nèi)側(cè)及所述橫梁31兩端均設(shè)有多個(gè)螺栓孔321。所述立柱32設(shè)計(jì)隔一定間距布置螺栓孔321，通過將橫梁31安裝于不同的螺栓孔321，使所述橫梁31可沿所述立柱32豎向調(diào)節(jié)至任意位置，即可實(shí)現(xiàn)豎向空間的調(diào)整。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種巖土工程多功能試驗(yàn)系統(tǒng)，所述豎向加載系統(tǒng)3和所述水平加載系統(tǒng)2均可分別實(shí)現(xiàn)力的單點(diǎn)施加和雙點(diǎn)同時(shí)施加，此技術(shù)通過所述自動(dòng)加載控制系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種巖土工程多功能試驗(yàn)系統(tǒng)，所述試驗(yàn)槽1試驗(yàn)空間可調(diào)性表現(xiàn)在能夠同時(shí)調(diào)整豎向試驗(yàn)空間和水平試驗(yàn)空間。通過將所述豎向分隔板4布置在不同位置，即可圍合成不同的水平試驗(yàn)空間；通過調(diào)整反力框架的橫梁31的位置，即可形成不同的豎向試驗(yàn)空間。

如圖4至圖5所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種巖土工程多功能試驗(yàn)系統(tǒng)，所述試驗(yàn)槽1的豎向空間可調(diào)范圍大：

豎向試驗(yàn)空間＝試驗(yàn)槽1高度尺寸+反力框架高度-第二油缸33高度。

所述試驗(yàn)槽1豎向試驗(yàn)空間范圍為1.35m-2.6m。為實(shí)現(xiàn)各種規(guī)模形式的巖土工程試驗(yàn)研究提供靈活的操作空間。較小試驗(yàn)空間用于普通巖土試驗(yàn)研究，中等高度空間用于地下工程和復(fù)合地基試驗(yàn)研究，較大高度試驗(yàn)空間用于地下工程施工、煤層開采對地表建筑的影響以及地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)共同作用等領(lǐng)域的研究。

如圖6所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種巖土工程多功能試驗(yàn)系統(tǒng)，所述每塊豎向分隔板4包括四塊擋板41；其中，

所述擋板41包括格構(gòu)式鋼骨架411和第一圍護(hù)板412，所述第一圍護(hù)板412固接于所述格構(gòu)式鋼骨架411一側(cè)。所述第一圍護(hù)板412下部開設(shè)有多個(gè)透水孔4121；所述第一圍護(hù)板412外與所述透水孔4121相對應(yīng)的位置安裝有第二圍護(hù)板413，且所述第一圍護(hù)板412與所述第二圍護(hù)板413通過螺栓連接。所述第一圍護(hù)板412和所述第二圍護(hù)板413均為有機(jī)玻璃板。當(dāng)進(jìn)行不需要排水的試驗(yàn)時(shí)，將所述第二圍護(hù)板413安裝于所述第一圍護(hù)板412外即可；當(dāng)土體固結(jié)需要排水時(shí)，將所述第二圍護(hù)板413拆卸下來，使水從所述透水孔4121排出即可。安裝與拆卸封閉的第二圍護(hù)板413非常簡便。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種巖土工程多功能試驗(yàn)系統(tǒng)，所述自動(dòng)加載控制系統(tǒng)為四通道自動(dòng)加載控制系統(tǒng)，所述四通道自動(dòng)加載控制系統(tǒng)通過電線與所述第一油缸22和第二油缸33相連接。在本實(shí)施例中，所述第一油缸22和第二油缸33均為兩個(gè)，所以優(yōu)選所述自動(dòng)加載控制系統(tǒng)為四通道自動(dòng)加載控制系統(tǒng)，用于豎向和水平向加載控制，其可獨(dú)立控制輸出四路相同或不同壓力分別控制兩個(gè)第一油缸22和兩個(gè)第二油缸33，且剛性推板23剛度足夠大，能夠保證水平力的均勻施加。

如圖7至圖12所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種巖土工程多功能試驗(yàn)系統(tǒng)，所述試驗(yàn)槽1可圍合成多個(gè)試驗(yàn)空間，根據(jù)試驗(yàn)要求設(shè)計(jì)不同的試驗(yàn)空間，可形成6組功能方案。

由于在一個(gè)試驗(yàn)槽1中形成多個(gè)試驗(yàn)空間，實(shí)現(xiàn)了巖土工程多功能試驗(yàn)系統(tǒng)的高效利用，可同時(shí)進(jìn)行2-3項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目，大大節(jié)約巖土工程試驗(yàn)項(xiàng)目周期。

根據(jù)不同的試驗(yàn)研究目標(biāo)，通過不同組合形成試驗(yàn)所需二維和三維試驗(yàn)空間。二維試驗(yàn)空間指試驗(yàn)空間平面尺寸：長/寬≥2，三維試驗(yàn)空間指試驗(yàn)空間平面尺寸：長/寬<2。如7至圖12所示的6組功能方案中，槽a、槽h形成二維試驗(yàn)空間，槽b-g形成三維試驗(yàn)空間(圖7至圖12中，a、b、c、d、e、f、g、h分別代表槽a、槽b、槽c、槽d、槽e、槽f、槽g、槽h)。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種巖土工程多功能試驗(yàn)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)所述試驗(yàn)槽1的試驗(yàn)空間可調(diào)性，為各種規(guī)模形式的試驗(yàn)研究提供靈活的操作空間，擴(kuò)寬試驗(yàn)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域。

以上僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型實(shí)質(zhì)內(nèi)容上所作的任何修改、等同替換和簡單改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。