本發(fā)明涉及一種試驗設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種梯形溝谷的主應(yīng)力偏轉(zhuǎn)試驗裝置及使用方法。

背景技術(shù)：

梯形溝谷中設(shè)置涵洞結(jié)構(gòu)物的主壓力分布，是近年來巖土工程領(lǐng)域較為熱門的研究之一，如巖土工程學(xué)報2008年發(fā)表的“溝埋式涵洞非線性土壓力試驗研究與數(shù)值模擬”，巖土力學(xué)2013年發(fā)表的“鋼筋混凝土箱涵豎向土壓力理論研究——梯形溝谷設(shè)涵”等文章，均對溝谷中涵洞的土壓力進行了重點研究。然而，上述研究僅僅限于理論與數(shù)值模擬，還缺乏試驗支持。究其原因，在于缺乏合適的試驗裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種梯形溝谷的主應(yīng)力偏轉(zhuǎn)試驗裝置及使用方法，該裝置用于測試不同傾斜角度條件下的溝谷中埋設(shè)涵洞的土拱效應(yīng)。。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：梯形溝谷的主應(yīng)力偏轉(zhuǎn)試驗裝置，包括試驗箱(4)和升降裝置(6)。

試驗箱(4)包括：左、右邊側(cè)壁板(8)、試驗箱(4)的底部設(shè)置結(jié)構(gòu)單元板(5-4)與非結(jié)構(gòu)單元板(5-3)；結(jié)構(gòu)單元板(5-4)能夠上下活動，用于模擬涵洞，非結(jié)構(gòu)單元板(5-3)固定設(shè)置，用于模擬填土基礎(chǔ)；所述左、右邊側(cè)壁板(8)均包括：側(cè)壁板前板(8-1)、側(cè)壁板后板(8-2)、鋼絲繩纏繞軸(8-6-2)、可調(diào)傾斜板(8-4)；可調(diào)傾斜板(8-4)底邊設(shè)置有轉(zhuǎn)軸(8-4-1)，轉(zhuǎn)軸(8-4-1)插入側(cè)壁板前板(8-1)和側(cè)壁板后板(8-2)底部。

可調(diào)傾斜板(8-4)通過牽引裝置與鋼絲繩纏繞軸(8-6-2)控制傾斜度。

所述牽引裝置結(jié)構(gòu)為：鋼絲繩(8-5)連接可調(diào)傾斜板(8-4)，在側(cè)壁板前板(8-1)高出試驗箱的前板的部位設(shè)置有遙桿(8-6-1)和鋼絲繩纏繞軸(8-6-2)，轉(zhuǎn)動遙桿(8-6-1)與鋼絲繩纏繞軸(8-6-2)固接；搖動搖桿(8-6-1)時，鋼絲繩(8-5)不斷在鋼絲繩纏繞軸(8-6-2)上被纏繞，可調(diào)傾斜板(8-4)在鋼絲繩(8-5)的帶動下向上/向下轉(zhuǎn)動，可調(diào)傾斜板(8-4)與水平面的夾角增大/減?。凰鲣摻z繩纏繞軸(8-6-2)上還設(shè)置有鎖緊裝置，其貫穿側(cè)壁板前板(8-1)和側(cè)壁板后板(8-2)且突出到側(cè)壁板前板(8-1)，側(cè)壁板前板(8-1)的外側(cè)的鋼絲繩纏繞軸(8-6-2)上套設(shè)一棘輪(8-6-3)，棘輪(8-6-3)與鋼絲繩纏繞軸(8-6-2)通過螺紋連接；棘輪(8-6-3)與止回軸(8-6-5)上的棘爪(8-6-4)相互配合，止回軸(8-6-5)上設(shè)置預(yù)緊彈簧，使得止回軸端部的棘爪(8-6-4)有預(yù)壓力。

進一步，在試驗箱的前、后板底部與邊框底板(4-1-2)之間形成凹槽，前、后板的外壁(4-1-1)，前、后板的內(nèi)壁(4-1-1’)，在前、后板底部凹槽相對應(yīng)的地方設(shè)置有長通孔(4-1-3)；在試驗箱設(shè)置左、右邊側(cè)壁板(8)，左、右邊側(cè)壁板(8)的下部插入到上述凹槽中，通過水平螺栓螺母組件(4-1-6)將左、右邊側(cè)壁板(8)與試驗箱的前、后板固接在一起；所述側(cè)壁板前板(8-1)底部插入到箱體前板底部的凹槽中，側(cè)壁板后板(8-2)插入到箱體后板底部的凹槽中，在側(cè)壁板前板(8-1)上還設(shè)置有弧度額度，其范圍從0°-90°，弧度刻度以在轉(zhuǎn)軸(8-4-1)為圓心，其用于觀察可調(diào)傾斜板(8-4)的角度；填土由前、后板的內(nèi)壁(4-1-1’)、在試驗箱底部設(shè)置左、右邊側(cè)壁板(8)的可調(diào)傾斜板(8-4)，結(jié)構(gòu)單元板、非結(jié)構(gòu)單元板來承擔(dān)。

進一步，每完成一次棘輪-棘爪鎖定動作，可調(diào)傾斜板的角度變化在0.5°以內(nèi)。

進一步，鎖緊裝置與牽引裝置工作過程為：當(dāng)卷起鋼絲繩，搖動搖桿(8-6-1)，棘輪(8-6-3)與棘爪(8-6-4)此時沒有鎖定作用，搖桿與鋼絲繩纏繞軸采用剛接，在鋼絲繩纏繞軸轉(zhuǎn)動時，鋼絲繩在不斷被纏繞在鋼絲繩纏繞軸上，可調(diào)傾斜板(8-4)與水平夾角時不斷增加，停止搖到搖桿后，鋼絲繩在可調(diào)傾斜板8-4的作用下，使得棘輪(8-6-3)與棘爪(8-6-4)產(chǎn)生自鎖；當(dāng)釋放鋼絲繩時，搖動搖桿(8-6-1)反轉(zhuǎn)，此時棘輪(8-6-3)與棘爪(8-6-4)此時由于自鎖作用，棘輪(8-6-3)相對棘爪(8-6-4)不動，鋼絲繩纏繞軸相對棘輪(8-6-3)有轉(zhuǎn)動，從而帶動鋼絲繩纏繞軸不斷釋放鋼絲繩，可調(diào)傾斜板(8-4)與水平夾角時不斷減小。

所述升降裝置(6)包括升降動力裝置(6-1)、頂管平臺板(6-2)、頂管(6-3)、頂管移動支架(6-5)；所述頂管平臺板(6-2)由升降動力裝置(6-1)升起或降落，頂管平臺板(6-2)上方為頂管移動支架(6-5)，頂管移動支架(6-5)的與沉降單元板(5-4)相對應(yīng)，頂管(6-3)設(shè)置在頂管移動支架(6-5)上；所述頂管平臺板(6-2)上方設(shè)置滑動槽(6-7)，頂管移動支架(6-5)自下而成分為：滑動構(gòu)件(6-5-2)、滑動移動板(6-5-1)，頂管安裝件(6-5-3)；頂管(6-3)安裝在滑動移動支架頂管安裝件(6-5-3)上；滑動構(gòu)件(6-5-2)能夠在頂管平臺板(6-2)上方的滑動槽(6-7)中運動；所述結(jié)構(gòu)單元板(5-4)正下方對應(yīng)頂管(6-3)；相鄰的推拉頂管移動支架(6-5)之間設(shè)置有連接裝置，該裝置包括：第一固定端板(6-8-1)、連接構(gòu)件(6-6)、第二固定端板(6-8-2)，第一固定端板(6-8-1)和第二固定端板(6-8-2)分別設(shè)置在相鄰的推拉移動支架(6-5)上，連接構(gòu)件(6-6)設(shè)置在第一固定端板(6-8-1)和第二固定端板(6-8-2)之間；連接構(gòu)件與第一固定端板(6-8-1)和第二固定端板(6-8-2)固定在一起。

進一步，在第二固定端板(6-8-2)上設(shè)置有長通孔(6-8-3)，連接構(gòu)件(6-6)包括連接構(gòu)件本體(6-6-1)、通孔(6-6-3)，螺栓(6-6-4)穿過連接構(gòu)件本體的通孔(6-6-3)和第二固定端板(6-8-2)的長通孔(6-8-3)，再配合螺母將連接構(gòu)件本體與第二固定端板固定在一起。

進一步，連接構(gòu)件本體(6-6-1)插入到第一固定端板(6-8-1)的插孔中，在第一固定端板(6-8-1)的內(nèi)側(cè)一邊的連接構(gòu)件本體(6-6-1)上一體成型有擋塊(6-6-4)，然后用螺母(6-6-2)固定在連接構(gòu)件本體(6-6-1)突出第一固定端板的部分。

進一步，連接構(gòu)件本體(6-6-1)的通孔(6-6-3)在連接構(gòu)件本體(6-6-1)為間隔均勻分布，連接構(gòu)件本體(6-6-1)的通孔(6-6-3)的間距小于長通孔(6-8-3)的距離。

進一步，連接構(gòu)件本體(6-6-1)上設(shè)置有刻度。

進一步，在頂管平臺板(6-2)上設(shè)置水平推拉裝置(6-4)，水平推拉裝置(6-4)用于推拉頂管移動支架(6-5)在滑動槽(6-7)中運動，所述水平推拉裝置(6-4)包括：水平推拉動力裝置(6-4-1)、推拉軸、推拉端板(6-4-2)、以及螺栓(6-4-3)，水平推拉動力裝置(6-4-1)外端固接有推拉軸，推拉軸外端固接有推拉端板(6-4-2)，在推拉端板(6-4-2)貫穿有螺紋孔。

滑動移動板(6-5-1)的側(cè)面設(shè)置螺紋孔，螺栓(6-4-3)穿過推拉端板(6-4-2)的螺紋孔與滑動移動板(6-5-1)的側(cè)面螺紋孔連接在一起，在推拉端板一側(cè)設(shè)置有螺帽，以便將推拉端板(6-4-2)和滑動移動板(6-5-1)固定在一起。

所述水平推拉裝置(6-4)設(shè)置在頂管移動支架(6-5)的兩側(cè)。

在機架上設(shè)置有紅外線發(fā)射器和紅外線傳感器，紅外線發(fā)射器和紅外線傳感器的方向與滑動槽的方向垂直，紅外線發(fā)射器和紅外線傳感器處于同一高度，其高度處于滑動移動板(6-5-1)與頂管(6-3)所在的水平面內(nèi)；當(dāng)紅外線傳感器收到紅外器發(fā)射器的信號時，水平推拉裝置(6-4)推動推拉頂管移動支架(6-5)移動；當(dāng)頂管(6-3)擋住紅外器發(fā)射器信號時，水平推拉裝置(6-4)停止運動。

進一步，所述滑動槽(6-7)的數(shù)量為兩條以上，其形狀為狀；滑動構(gòu)件(6-5-2)形狀為狀，滑動移動支架(6-5-3)插入滑動槽(6-7)時需要采用側(cè)向插入的方式來放置；所述滑動構(gòu)件(6-5-2)、滑動移動板(6-5-1)、頂管安裝件(6-5-3)一體成型；所述頂管(6-3)與頂管安裝件(6-5-3)采用螺紋連接。

進一步，試驗箱(4)固定在機架的承重平臺(3)上，所述機架包括上橫梁(1-1)、下橫梁(1-4)、平臺橫梁(1-2)、立柱(2)、縱梁(1-3)、平臺橫梁(1-4)和縱梁(1-3)上設(shè)置承重平臺(3)，所示試驗箱(4)固定在承重平臺(3)上；上橫梁(1-1)，下橫梁(1-4)的位置處分別設(shè)置縱梁(1-3)以形成機架框架。

試驗箱(4)包括箱體主架(4-1)和四周的有機玻璃(4-2)，主架(4-1)包括上層橫梁和下層橫梁以及四根立柱，在下層橫梁、四根立柱上設(shè)置玻璃插槽，有機玻璃(4-2)通過插槽按照在箱體主架(4-1)上，上層橫梁下表面設(shè)置有插槽，進一步固定有機玻璃(4-2)；有機玻璃背板上繪制有刻度網(wǎng)格。

進一步，所述試驗箱(4)的四周設(shè)置有擋板，與結(jié)構(gòu)單元板相接觸的非結(jié)構(gòu)單元板的側(cè)邊也設(shè)置有擋板(7)。

在試驗箱(4)上方還設(shè)有加載系統(tǒng)和箱體內(nèi)部填料位移監(jiān)測系統(tǒng)；加載系統(tǒng)包括與上橫梁(1-1)相連接的千斤頂，以及與千斤頂下部相互連接的測力裝置，測力裝置采用測力環(huán)，測力環(huán)下部與試驗箱(4)上方的加載板連接；或者加載系統(tǒng)為激振器；箱體內(nèi)部填料位移監(jiān)測系統(tǒng)包括：在試驗箱短邊方向前側(cè)設(shè)置有數(shù)碼照相機，和/或在試驗箱體長邊方向相對應(yīng)的兩側(cè)設(shè)置的數(shù)碼照相機或CT掃描機。

所述的每個升降裝置(6)，以及水平推拉裝置(6-4)，以及紅外線發(fā)射器與紅外線傳感器均與PLC連接，通過PLC來控制升降裝置中的升降動力裝置(6-1)的運動，以及水平推拉動力裝置(6-4-1)。

梯形溝谷的主應(yīng)力偏轉(zhuǎn)試驗裝置的使用方法，試驗步驟包括如下步驟：

(1)安裝可調(diào)傾斜板的傾斜度：在試驗箱預(yù)設(shè)位置處安裝左、右邊側(cè)壁板(8)，使用遙桿(8-6-1)使得左、右邊側(cè)壁板(8)中的可調(diào)傾斜板(8-4)的角度到達預(yù)設(shè)角度；

(2)安裝頂管：將頂管移動支架(6-5)從頂管平臺板(6-2)的側(cè)面插入到滑動槽(6-7)中，然后在頂管平臺板(6-2)上固定安裝水平推拉動力裝置(6-4-1)，然后啟動水平推拉動力裝置(6-4-1)，使得水平推拉動力裝置(6-4-1)固定的推拉端板(6-4-2)接觸到頂管移動支架(6-5)中的滑動移動板(6-5-1)，推拉端板(6-4-2)上的螺栓孔與滑動移動板(6-5-1)的螺栓孔對齊，將螺栓插入到螺栓孔中，安裝螺母將推拉端板(6-4-2)與滑動移動板(6-5-1)固定在一起；在滑動移動板(6-5-1)上方設(shè)置的頂管安裝件(6-5-3)上，將頂管(6-3)安裝到頂管安裝件(6-5-3)上；

(3)調(diào)節(jié)相鄰的頂管移動支架(6-5)之間的距離：將連接構(gòu)件本體(6-6-1)固定在第一固定端板(6-8-1)，然后通過連接構(gòu)件本體(6-6-1)上的刻度，將相鄰的頂管移動支架(6-5)之間距離到達預(yù)設(shè)距離，然后通過螺栓(6-6-4)將第二固定端板(6-8-2)與連接構(gòu)件本體(6-6-1)連接固定在一起；

(4)調(diào)節(jié)頂管的位置：在機架上的兩邊設(shè)置有紅外線發(fā)射器和紅外線傳感器，紅外線發(fā)射器和紅外線傳感器的方向與滑動槽的方向垂直，紅外線發(fā)射器和紅外線傳感器處于同一高度，其高度處于滑動移動板(6-5-1)與頂管(6-3)所在的水平面內(nèi)；

當(dāng)紅外線傳感器收到紅外器發(fā)射器的信號時，水平推拉裝置(6-4)推動推拉頂管移動支架(6-5)移動；當(dāng)頂管(6-3)擋住紅外器發(fā)射器信號時，水平推拉裝置(6-4)停止運動；

啟動紅外線發(fā)射器和紅外線傳感器，水平推拉裝置(6-4)在PLC的控制下，推動頂管移動支架(6-5)到預(yù)設(shè)位置，使得頂管(6-3)正好在結(jié)構(gòu)單元板(5-4)的下方；

(5)將非結(jié)構(gòu)單元板(5-3)安裝在試驗箱上，將結(jié)構(gòu)單元板(5-4)底部設(shè)置的插孔插入到頂管(6-3)上；通過PLC控制升降裝置(6)，升起頂管(6-3)使得結(jié)構(gòu)單元板(5-4)的上表面高度到達預(yù)設(shè)高度；

(6)制備土樣，試驗箱內(nèi)填筑土體：制備三種顏色：黃、綠、紅的土體，采用水洗色漿將土樣染色，將其放置在烘箱25h后取出，揉碎冷卻至常溫；然后按照黃、綠、紅循環(huán)分層在箱體內(nèi)設(shè)置土體，直至土體填筑到達預(yù)設(shè)高度；

(7)試驗過程：控制升降動力裝置(6-1)，使得頂管平臺板(6-2)和頂管(6-3)逐步下降，最終帶動結(jié)構(gòu)單元板(5-4)逐步下降。

進一步，試驗步驟還包括：步驟(5)中，在完成結(jié)構(gòu)單元板(5-4)安裝后，在填土之前，在結(jié)構(gòu)單元板(5-4)上表面布置土壓力盒；在步驟(7)中，試驗開始后，加載系統(tǒng)對填料進行荷載的加載；在步驟(7)中，數(shù)碼相機在頂管(6-3)每下移0.1mm時拍攝一張土體填料相片，同時土壓力盒也采集一次數(shù)據(jù)。試驗步驟(7)中，試驗箱土體上表面高度降低到預(yù)設(shè)高度后，升降裝置和加載系統(tǒng)停止工作，繼續(xù)填土，待填土完成后，重新控制升降裝置和加載系統(tǒng)運作，繼續(xù)試驗。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：1)本發(fā)明左、右邊側(cè)壁板8，使用遙桿8-6-1使得左、右邊側(cè)壁板8中的可調(diào)傾斜板8-4的角度到達預(yù)設(shè)角度，使得本發(fā)明的設(shè)備可以測試不同角度的溝谷條件下的土拱效應(yīng)大??；2)頂管設(shè)置在頂管移動支架上，通過水平推拉動力裝置可以在滑動槽中滑動，以便調(diào)節(jié)其位置；3)通過連接構(gòu)件的設(shè)計，將傳力與測量兩個功能匯聚到一個構(gòu)件上，簡化了頂管移動支架的設(shè)計；4)采用紅外線發(fā)射器-傳感器來對設(shè)計頂管移動支架移動的位置，可能也是土拱效應(yīng)試驗儀器中首次應(yīng)用，通過PLC來控制水平推拉動力裝置，提高設(shè)備的自動化水平；5)本試驗裝置仍然考慮結(jié)構(gòu)單元板的大變形要求，擋板高度+非結(jié)構(gòu)單元板板厚度+結(jié)構(gòu)單元板高于非結(jié)構(gòu)單元板上表面的厚度>結(jié)構(gòu)單元板下移高度，當(dāng)結(jié)構(gòu)單元板起始位置低于非結(jié)構(gòu)單元板上表面時，結(jié)構(gòu)單元板高于非結(jié)構(gòu)單元板上表面的厚度取負值，上述設(shè)計提高了沉降單元板下移活動的范圍增加。

附圖說明

圖1為實施例一工程實例對比圖。

圖2為試驗裝置側(cè)視圖。

圖3為實施例一試驗箱承重平臺構(gòu)造俯視圖。

圖4為實施例一試驗箱結(jié)構(gòu)圖。

圖5為實施例一結(jié)構(gòu)單元板和非結(jié)構(gòu)單元板安裝俯視圖。

圖6為實施例一頂管與結(jié)構(gòu)單元板關(guān)系圖。

圖7為實施例一頂管移動支架俯視圖。

圖8為實施例一A-A截面圖。

圖9為水平推拉裝置俯視圖。

圖10為相鄰?fù)评敼芤苿又Ъ苓B接裝置設(shè)計示意圖。

圖11為相鄰?fù)评敼芤苿又Ъ苓B接裝置設(shè)計詳圖。

圖12為第二固定端板側(cè)視圖。

圖13為實施例二的工程實例圖。

圖14為實施例二的邊側(cè)壁板結(jié)構(gòu)示意圖。

圖15為實施例二的牽引裝置與鎖緊裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖16為實施例二的棘輪與棘爪結(jié)構(gòu)示意圖。

圖17為實施例二的左、右邊側(cè)壁板安裝示意圖。

附圖標記：上橫梁1-1，平臺橫梁1-2，縱梁1-3，下橫梁1-4；立柱2；承重平臺3；試驗箱4，箱體主架4-1，前、后板的外壁4-1-1，前、后板的內(nèi)壁4-1-1’，長通孔4-1-3，水平螺栓螺母組件4-1-6，有機玻璃4-2；非結(jié)構(gòu)單元板5-3，結(jié)構(gòu)單元板5-4；升降裝置6，升降動力裝置6-1，頂管平臺板6-2，頂管6-3，水平推拉裝置6-4，水平推拉動力裝置6-4-1，推拉端板6-4-2，螺栓6-4-3，頂管移動支架6-5，滑動移動板6-5-1，滑動構(gòu)件6-5-2，頂管安裝件6-5-3，連接構(gòu)件6-6，構(gòu)件本體6-6-1，螺母6-6-2，構(gòu)件本體的通孔6-6-3，滑動槽6-7第一固定端板6-8-1，第二固定端板6-8-2，第二固定端板6-8-2上的長通孔6-8-3；擋板7；左、右邊側(cè)壁板8，側(cè)壁板前板8-1，側(cè)壁板后板8-2，可調(diào)傾斜板8-4，轉(zhuǎn)軸8-4-1，鋼絲繩8-5，遙桿8-6-1，鋼絲繩纏繞軸8-6-2，棘輪8-6-3，棘爪8-6-4，止回軸8-6-5。

具體實施方式

結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行進一步詳細的說明。

如附圖1所示，平面應(yīng)變條件下的管涵模擬、溝谷的傾角為90°，2個管涵直徑1m，回填土體寬4m，回填高度2m，橫斷面為：0.5m寬的土+1m管涵+1m土+1m管涵+0.5m土；試驗中：填土上側(cè)還需要考慮交通荷載。試驗中按照1:1的比例模擬。

如圖2-3所示：土拱效應(yīng)模擬試驗裝置包括：機架、試驗箱4、升降裝置6；其中，機架包括兩根上橫梁1-1、兩根下橫梁1-4、兩根平臺橫梁1-2、四根立柱2、6根縱梁1-3、平臺橫梁1-4和縱梁1-3上設(shè)置承重平臺3，試驗箱4固定在承重平臺3上；上橫梁1-1，下橫梁1-4的位置處分別設(shè)置2根縱梁1-3以形成機架框架。

如圖4所示，試驗箱4為包括箱體主架4-1和四周的有機玻璃4-2，主架4-1包括上層橫梁和下層橫梁以及四根立柱，在下層橫梁、四根立柱上設(shè)置玻璃插槽，有機玻璃4-2通過插槽按照在箱體主架4-1上，上層橫梁下表面設(shè)置有插槽，進一步固定有機玻璃4-2；有機玻璃背板上繪制有刻度網(wǎng)格；根據(jù)刻度網(wǎng)格進行填料分層。

如圖5所示，在試驗箱4底部設(shè)置結(jié)構(gòu)單元板5-4和非結(jié)構(gòu)單元板5-3，結(jié)構(gòu)單元板5-4能夠上下活動，用于模擬涵洞，非結(jié)構(gòu)單元板5-3固定設(shè)置，用于模擬填土基礎(chǔ)；

本次試驗中，單元板寬度的設(shè)置為：0.5m非結(jié)構(gòu)單元板5-3+1m結(jié)構(gòu)單元板5-4+1m非結(jié)構(gòu)單元板5-3+1m結(jié)構(gòu)單元板5-4+0.5m非結(jié)構(gòu)單元板5-3；結(jié)構(gòu)單元板和非結(jié)構(gòu)單元板的長度均為1m且均為整體板，非結(jié)構(gòu)單元板通過螺絲或其他方式直接固定在箱體側(cè)壁上。

如圖6所示，升降裝置6包括：升降動力裝置6-1、頂管平臺板6-2、頂管6-3、頂管移動支架6-5；升降動力裝置采用液壓油缸，也可以采用絲桿等其他動力裝置；頂管平臺板6-2由升降動力裝置帶動升起或降落；頂管平臺板6-2上方為頂管移動支架6-5，頂管6-3設(shè)置在頂管移動支架6-5上；所述頂管平臺板6-2上方設(shè)置滑動槽6-7。

如圖7-8所示，頂管移動支架6-5自下而成分為：滑動構(gòu)件6-5-2、滑動移動板6-5-1、頂管安裝件6-5-3；頂管6-3安裝在滑動移動支架頂管安裝件6-5-3上；滑動構(gòu)件6-5-2能夠在頂管平臺板6-2上方的滑動槽6-7中運動。頂管6-3和頂管安裝件6-5-3采用螺紋連接或者焊接或者卡接或者插接等連接方式。

如圖8可知：在頂管平臺板6-2上設(shè)置水平推拉裝置6-4，水平推拉裝置6-4用于推拉頂管移動支架6-5在滑動槽6-7中運動；

如圖9可知：所述水平推拉裝置6-4包括：水平推拉動力裝置6-4-1、推拉軸、推拉端板6-4-2、以及螺栓6-4-3，水平推拉動力裝置6-4-1外端固接有推拉軸，推拉軸外端固接有推拉端板6-4-2，在推拉端板6-4-2貫穿有螺紋孔，滑動移動板6-5-1的側(cè)面設(shè)置螺紋孔，螺栓6-4-3穿過推拉端板6-4-2的螺紋孔與滑動移動板6-5-1的側(cè)面螺紋孔連接在一起，在推拉端板一側(cè)設(shè)置有螺帽，以便將推拉端板6-4-2和滑動移動板6-5-1固定在一起。

所述水平推拉裝置6-4設(shè)置在頂管移動支架6-5的一側(cè)。

在機架上設(shè)置有紅外線發(fā)射器和紅外線傳感器，紅外線發(fā)射器和紅外線傳感器的方向與滑動槽的方向垂直，紅外線發(fā)射器和紅外線傳感器處于同一高度，其高度處于滑動移動板6-5-1與頂管6-3所在的水平面內(nèi)；當(dāng)紅外線傳感器收到紅外器發(fā)射器的信號時，水平推拉裝置6-4推動推拉頂管移動支架6-5移動；當(dāng)頂管6-3擋住紅外器發(fā)射器信號時，水平推拉裝置6-4停止運動。

所述滑動槽6-7的數(shù)量為兩條，其形狀為狀；滑動構(gòu)件6-5-2形狀為狀，滑動移動支架6-5-3插入滑動槽6-7時需要采用側(cè)向插入的方式來放置；所述滑動構(gòu)件6-5-2、滑動移動板6-5-1、頂管安裝件6-5-3一體成型。

如圖6所示，所述試驗箱4的四周設(shè)置有擋板，與結(jié)構(gòu)單元板相接觸的非結(jié)構(gòu)單元板的側(cè)邊也設(shè)置有擋板7。

如圖10-12所示，每一個沉降單元板下面對應(yīng)有一個推拉頂管移動支架6-5，本次試驗中設(shè)置了兩個推拉頂管移動支架6-5，兩個推拉移動支架6-5之間設(shè)置有連接裝置，相鄰的兩個推拉移動支架6-5通過連接裝置來調(diào)節(jié)兩者之間的間距，該裝置包括：第一固定端板6-8-1、連接構(gòu)件6-6、第二固定端板6-8-2，第一固定端板6-8-1和第二固定端板6-8-2分別設(shè)置在相鄰的推拉移動支架6-5上；連接構(gòu)件包括連接構(gòu)件本體6-6-1、螺母6-6-2、通孔6-6-3；連接構(gòu)件本體6-6-1設(shè)置在第一固定端板6-8-1和第二固定端板6-8-2之間，連接構(gòu)件本體6-6-1插入到第一固定端板6-8-1的插孔中，在第一固定端板6-8-1的內(nèi)側(cè)一邊的連接構(gòu)件6-6-1上一體成型有擋塊6-6-4，然后用螺母6-6-2固定在連接構(gòu)件本體6-6-1突出第一固定端板的部分，在連接構(gòu)件本體6-6-1間隔均勻分布設(shè)置有通孔6-6-3，在第二固定端板6-8-2上設(shè)置有長通孔6-8-3，并且，連接構(gòu)件本體6-6-1的通孔6-6-3的間距小于長通孔6-8-3的距離，以保證連接構(gòu)件的通孔6-6-3至少有1個在長通孔6-8-3之間。

連接構(gòu)件本體6-6-1上設(shè)置有刻度，第一固定端板6-8-1與第二固定端板6-8-2之前的距離到達預(yù)設(shè)距離時，通過螺栓6-6-4穿過連接構(gòu)件的通孔6-6-3和第二固定端板6-8-2的長通孔6-8-3，通過螺母將連接構(gòu)件和第二固定端板固定在一起。本設(shè)計將“傳力”和“刻度量測”兩個功能合二為一。

第二固定端板6-8-2分布在連接構(gòu)件本體6-6-1的兩側(cè)。

在試驗箱4上方還設(shè)有加載系統(tǒng)和箱體內(nèi)部填料位移監(jiān)測系統(tǒng)；加載系統(tǒng)包括與上橫梁1-1相連接的千斤頂，以及與千斤頂下部相互連接的測力裝置，測力裝置采用測力環(huán)，測力環(huán)下部與試驗箱4上方的加載板連接；或者加載系統(tǒng)為激振器；箱體內(nèi)部填料位移監(jiān)測系統(tǒng)包括：在試驗箱短邊方向前側(cè)設(shè)置有數(shù)碼照相機，和/或在試驗箱體長邊方向相對應(yīng)的兩側(cè)設(shè)置的數(shù)碼照相機或CT掃描機。

所述的每個升降裝置6，以及水平推拉裝置6-4，以及紅外線發(fā)射器與紅外線傳感器均與PLC連接，通過PLC來控制升降裝置中的升降動力裝置6-1的運動，以及水平推拉動力裝置6-4-1。

此外，為了模擬管涵上部有均勻荷載的情況，試驗箱4上方還設(shè)有加載系統(tǒng)，加載系統(tǒng)包括與上橫梁1-1相連接的千斤頂，以及與千斤頂下部相互連接的測力裝置，測力裝置采用測力環(huán)，測力環(huán)下部與試驗箱4上方的加載板連接；為了模擬管涵上部的交通荷載，加載系統(tǒng)可更換為激振器。

在試驗箱短邊方向前側(cè)設(shè)置有數(shù)碼照相機，以便測量試驗過程中土體的位移場。

本實施例中：如圖6所示，結(jié)構(gòu)單元板5-4為一空心盒體，下表面設(shè)置有與頂管6-4截面相對應(yīng)的插孔，頂管可直接接觸結(jié)構(gòu)單元板5-4的上表面，更好的控制沉降單元板的沉降過程，插孔的作用在于限位結(jié)構(gòu)單元板與頂管，以及在升降過程中固定沉降單元板不發(fā)生水平位移。

試驗過程：(1)首先安裝可調(diào)傾斜板的傾斜度：在試驗箱預(yù)設(shè)位置處安裝左、右邊側(cè)壁板，使用遙桿使得左、右邊側(cè)壁板中的可調(diào)傾斜板的角度到達預(yù)設(shè)角度90°，然后安裝頂管：將頂管移動支架6-5從頂管平臺板6-2的側(cè)面插入到滑動槽6-7中，然后在頂管平臺板6-2上固定安裝水平推拉動力裝置6-4-1，然后啟動水平推拉動力裝置6-4-1，使得水平推拉動力裝置6-4-1固定的推拉端板6-4-2接觸到頂管移動支架6-5中的滑動移動板6-5-1，推拉端板6-4-2上的螺栓孔與滑動移動板6-5-1的螺栓孔對齊，將螺栓插入到螺栓孔中，安裝螺母將推拉端板6-4-2與滑動移動板6-5-1固定在一起；在滑動移動板6-5-1上方設(shè)置的頂管安裝件6-5-3上，將頂管6-3安裝到頂管安裝件6-5-3上；(2)調(diào)節(jié)相鄰的頂管移動支架6-5之間的距離：將連接構(gòu)件本體6-6-1固定在第一固定端板6-8-1，然后通過連接構(gòu)件本體6-6-1上的刻度，將相鄰的頂管移動支架6-5之間距離到達預(yù)設(shè)距離，然后通過螺栓6-6-4將第二固定端板6-8-2與連接構(gòu)件本體6-6-1連接固定在一起；(3)調(diào)節(jié)頂管的位置：在機架上的兩邊設(shè)置有紅外線發(fā)射器和紅外線傳感器，紅外線發(fā)射器和紅外線傳感器的方向與滑動槽的方向垂直，紅外線發(fā)射器和紅外線傳感器處于同一高度，其高度處于滑動移動板6-5-1與頂管6-3所在的水平面內(nèi)；當(dāng)紅外線傳感器收到紅外器發(fā)射器的信號時，水平推拉裝置6-4推動推拉頂管移動支架6-5移動；當(dāng)頂管6-3擋住紅外器發(fā)射器信號時，水平推拉裝置6-4停止運動；啟動紅外線發(fā)射器和紅外線傳感器，水平推拉裝置6-4在PLC的控制下，推動頂管移動支架6-5到預(yù)設(shè)位置，使得頂管6-3正好在結(jié)構(gòu)單元板5-4的下方；(4)將非結(jié)構(gòu)單元板5-3安裝在試驗箱上，將結(jié)構(gòu)單元板5-4底部設(shè)置的插孔插入到頂管6-3上；通過PLC控制升降裝置6，升起頂管6-3使得結(jié)構(gòu)單元板5-4的上表面高度到達預(yù)設(shè)高度；在完成結(jié)構(gòu)單元板5-4安裝后，在填土之前，在結(jié)構(gòu)單元板5-4上表面布置土壓力盒；(5)制備土樣，試驗箱內(nèi)填筑土體：制備三種顏色：黃、綠、紅的土體，采用水洗色漿將土樣染色，將其放置在烘箱25h后取出，揉碎冷卻至常溫；然后按照黃、綠、紅循環(huán)分層在箱體內(nèi)設(shè)置土體，直至土體填筑到達預(yù)設(shè)高度；(6)試驗過程：控制升降動力裝置6-1，使得頂管平臺板6-2和頂管6-3逐步下降，最終帶動結(jié)構(gòu)單元板5-4逐步下降；試驗開始后，加載系統(tǒng)對填料進行荷載的加載；數(shù)碼相機在頂管6-3每下移0.1mm時拍攝一張土體填料相片，同時土壓力盒也采集一次數(shù)據(jù)；試驗箱土體上表面高度降低到預(yù)設(shè)高度后，升降裝置和加載系統(tǒng)停止工作，繼續(xù)填土，待填土完成后，重新控制升降裝置和加載系統(tǒng)運作，繼續(xù)試驗。(7)繪制結(jié)構(gòu)單元板豎向位移-土壓力變化曲線。

實施例二：兩側(cè)的溝谷傾斜角度均為70°。

如圖14所示，在試驗箱的前、后板底部與邊框底板4-1-2之間形成凹槽，前、后板的外壁4-1-1，前、后板的內(nèi)壁4-1-1’，在前、后板底部凹槽相對應(yīng)的地方設(shè)置有長通孔4-1-3；在試驗箱設(shè)置左、右邊側(cè)壁板8，左、右邊側(cè)壁板8的下部插入到上述凹槽中，通過水平螺栓螺母組件4-1-6將左、右邊側(cè)壁板8與試驗箱的前、后板固接在一起；所述左、右邊側(cè)壁板8分別由側(cè)壁板前板8-1和側(cè)壁板后板8-2以及鋼絲繩纏繞軸8-6-2連接成一體，側(cè)壁板前板8-1底部插入到箱體前板底部的凹槽中，側(cè)壁板后板8-2插入到箱體后板底部的凹槽中，還包括有可調(diào)傾斜板8-4，可調(diào)傾斜板8-4底邊設(shè)置有轉(zhuǎn)軸8-4-1，轉(zhuǎn)軸8-4-1插入側(cè)壁板前板8-1和側(cè)壁板后板8-2底部；可調(diào)傾斜板8-4通過牽引裝置與鋼絲繩纏繞軸(8-6-2)連接。

所述牽引裝置采用鋼絲繩8-5連接可調(diào)傾斜板8-4，在側(cè)壁板前板8-1高出試驗箱的前板的部位設(shè)置有轉(zhuǎn)動遙桿8-6-1和鋼絲繩纏繞軸8-6-2，轉(zhuǎn)動遙桿8-6-1與鋼絲繩纏繞軸8-6-2固接；搖動搖桿8-6-1時，鋼絲繩8-5不斷在鋼絲繩纏繞軸8-6-2上被纏繞，可調(diào)傾斜板8-4在鋼絲繩8-5的帶動下向上/向下轉(zhuǎn)動，可調(diào)傾斜板8-4與水平面的夾角增大/減小。

在側(cè)壁板前板8-1上還設(shè)置有弧度額度，其范圍從0°-90°，弧度刻度以在轉(zhuǎn)軸8-4-1為圓心，其用于觀察可調(diào)傾斜板8-4的角度；所述鋼絲繩纏繞軸8-6-2上還設(shè)置有鎖緊裝置，其貫穿側(cè)壁板前板8-1和側(cè)壁板后板8-2且突出到側(cè)壁板前板8-1，側(cè)壁板前板8-1的外側(cè)的鋼絲繩纏繞軸8-6-2上套設(shè)一棘輪8-6-3，棘輪8-6-3與鋼絲繩纏繞軸8-6-2通過螺紋連接；棘輪8-6-3與止回軸8-6-5上的棘爪8-6-4相互配合，止回軸8-6-5上設(shè)置預(yù)緊彈簧，使得止回軸端部的棘爪8-6-4有預(yù)壓力。

工作時：在卷起鋼絲繩，搖動搖桿8-6-1，棘輪8-6-3與棘爪8-6-4此時沒有鎖定作用，搖桿與鋼絲繩纏繞軸采用剛接，在鋼絲繩纏繞軸轉(zhuǎn)動時，鋼絲繩在不斷被纏繞在鋼絲繩纏繞軸上，可調(diào)傾斜板8-4與水平夾角時不斷增加，停止搖到搖桿后，鋼絲繩在可調(diào)傾斜板8-4的作用下，使得棘輪8-6-3與棘爪8-6-4產(chǎn)生自鎖；當(dāng)釋放鋼絲繩時，搖動搖桿8-6-1反轉(zhuǎn)，此時棘輪8-6-3與棘爪8-6-4此時由于自鎖作用，棘輪8-6-3相對棘爪8-6-4不動，鋼絲繩纏繞軸相對棘輪8-6-3有轉(zhuǎn)動，從而帶動鋼絲繩纏繞軸不斷釋放鋼絲繩，可調(diào)傾斜板8-4與水平夾角時不斷減小。

實施例二中的鋼絲繩纏繞軸8-6-2與棘輪8-6-3，在不轉(zhuǎn)動搖桿8-6-1時，由于兩者的螺紋連接較為緊密，鋼絲繩產(chǎn)生的力總是無法使得兩者產(chǎn)生相對運動，使得兩者為一體，通過棘輪-棘爪的鎖緊裝置來固定鋼絲繩纏繞軸8-6-2。當(dāng)需要釋放鋼絲繩，棘輪-棘爪固定，搖動搖桿使得搖桿-棘輪間產(chǎn)生相對位移。

此外，調(diào)整角度時是一個較為細致的事情，需要同時運到增大-減小角度；

另外，為了保證測量時的精確性，每完成一次棘輪-棘爪鎖定動作，可調(diào)傾斜板的角度變化在0.5°以內(nèi)。

儀器在使用時，首先安裝左、右邊側(cè)壁板8，使用遙桿8-6-1使得左、右邊側(cè)壁板8中的可調(diào)傾斜板8-4的角度到達預(yù)設(shè)角度。填土由前、后板的內(nèi)壁4-1-1’、在試驗箱底部設(shè)置左、右邊側(cè)壁板8的可調(diào)傾斜板8-4，結(jié)構(gòu)單元板、非結(jié)構(gòu)單元板來承擔(dān)。