均布荷載增壓裝置、三維邊坡破壞模型試驗裝置和方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及用機械應力測試固體材料的強度特性技術(shù)領域，特別是涉及一種均布荷載機構(gòu)、三維邊坡模型試驗荷載裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]力是基本物理量之一，因為影響力的作用效果的所有方面都可以歸結(jié)成為大小、方向、作用點，因此，力的大小、方向、作用點是力的三要素。在科學研究中，為了方便，經(jīng)常對研究對象抽象、具體和形象化。力是物體對物體的作用，具有推、拉、提、壓、吸引、排斥等作用方式。研究時，我們可以把作用在物體上的力，看作是集中在一點，這就是力的作用點。大小和方向相同的兩個力，作用在一個物體上的不同位置時，會產(chǎn)生不同的效果。例如，扭螺釘時，在扳手上離螺釘越遠的位置施力越省力，越近則越費力；推門時，在門柄處推門很容易，在門的最里側(cè)推門則很難推開。但是，在一些模擬試驗中，為了最大程度地接近現(xiàn)實場景，經(jīng)常需要對一個物體在較大的面積上施加均勻的作用力，在這種情況下，如果無法對該物體在較大的面積上施加均勻的作用力，則該模擬試驗的試驗結(jié)果會與現(xiàn)實場景偏差很大，導致試驗結(jié)果無法為相關(guān)的工程設計提供理論依據(jù)。
[0003]例如，邊坡的穩(wěn)定性分析一直是巖土力學與工程的重要研究課題，而我國又是邊(滑)坡災害頻發(fā)的國家，史書上早有“地移掩村”和“山崩堵江”的記載。邊(滑)坡的主要危害是造成人員傷亡和摧毀城鄉(xiāng)建筑、交通道路、工廠礦山、水利水電工程、農(nóng)田土地等，邊(滑)坡災害給社會經(jīng)濟和人民生活帶來嚴重的威脅。因此，分析邊(滑)破成因、探討邊(滑)破機理對我國國民經(jīng)濟建設和可持續(xù)發(fā)展的重要性是不言而喻的。
[0004]邊坡物理模型試驗是分析邊(滑)破成因、探討邊(滑)破機理的重要手段之一。在邊坡三維模型試驗平臺方面，很多專家進行了相關(guān)研究，例如:
[0005]申請公布號為CN103884831A的中國發(fā)明專利公開了一種路基邊坡與地下工程多功能三維模型試驗平臺。參見附圖1、圖中、01-地下槽體、02-反力墻、03-反力支撐架、04-透明側(cè)壁、05-連桿、06-門、07-豎向加載縱梁、08-可拆卸中隔板、09-作動器、010-加載板、011-錨索接鉤。
[0006]申請公布號為CN104677739A的中國發(fā)明專利公開了一種二元結(jié)構(gòu)土質(zhì)邊坡破壞的三維模型試驗平臺裝置。參見附圖2，201-基座、202第一螺桿、203-后擋板、204-第二螺桿、205-螺母、206-支撐桿、207-正方形網(wǎng)格、208-左有機玻璃板、209-前擋板、210-上連接板、211-右有機玻璃板。
[0007]但是，在以上研究的三維模型試驗平臺中，加載裝置均是采用剛性加載板，施加的荷載也不是均布的，其無法模擬均布柔性荷載，因此，試驗結(jié)果與現(xiàn)實情況偏差很大。導致試驗結(jié)果無法為相關(guān)的工程設計提供理論依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]有鑒于此，本發(fā)明提供一種均布荷載增壓裝置、包含該均布荷載增壓裝置的三維邊坡破壞模型試驗裝置、基于該三維邊坡破壞模型試驗裝置而實現(xiàn)的三維邊坡破壞模型試驗方法，從而更加適于實用。
[0009]為了達到上述第一個目的，本發(fā)明提供的均布荷載增壓裝置的技術(shù)方案如下:
[0010]本發(fā)明提供的均布荷載增壓裝置包括平板、施力單元、增壓機構(gòu)，所述施力單元用于施加作用點在所述平板上的作用力，所述平板直接接觸所述作用力的承載物，所述增壓機構(gòu)用于增加所述承載物能夠?qū)ν馐┘拥牧Φ拇笮　?br>[0011]本發(fā)明提供的均布荷載增壓裝置的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。
[0012]作為優(yōu)選，所述均布荷載增壓裝置還包括容器，所述容器具有側(cè)壁，所述平板具有厚度，所述容器的內(nèi)截面形狀與所述平板的橫截面形狀相同，所述平板與所述容器的內(nèi)壁構(gòu)成滑動副。
[0013]作為優(yōu)選，所述作用力的承載物為柔性承載物，所述平板的底面與所述側(cè)壁之間具有容置空間，所述柔性承載物充斥于所述容置空間內(nèi)，所述增壓機構(gòu)用于增加所述柔性承載物的量，使得所述柔性承載物能夠?qū)ν馐┘拥牧Φ拇笮≡黾印?br>[0014]作為優(yōu)選，所述柔性承載物包括外包裝和內(nèi)容物，所述外包裝由柔性材質(zhì)制成，所述內(nèi)容物充斥于所述外包裝內(nèi)；
[0015]所述內(nèi)容物為氣體，所述增壓機構(gòu)為氣瓶，所述氣瓶通過輸氣管路與處于所述外包裝內(nèi)的氣體連通，所述輸氣管路上設有第一閥門，通過所述輸氣管路向所述外包裝內(nèi)充入氣體時，所述外包裝內(nèi)容置的氣體的量增加，使得所述柔性承載物能夠?qū)ν馐┘拥牧Φ拇笮≡黾樱?br>[0016]或者，
[0017]所述內(nèi)容物為液體，所述增壓機構(gòu)為液壓栗，所述液壓栗通過輸液管路與處于所述外包裝內(nèi)的液體連通，所述輸液管路上設有第二閥門，通過所述液壓栗向所述外包裝內(nèi)充入液體時，所述外包裝內(nèi)容置的液體的量增加，使得所述柔性承載物能夠?qū)ν馐┘拥牧Φ拇笮≡黾印?br>[0018]作為優(yōu)選，所述均布荷載增壓裝置還包括壓力探測裝置，所述壓力探測裝置用于探測所述內(nèi)容物的壓力。
[0019]作為優(yōu)選，所訴均布荷載增壓裝置還包括壓力設定裝置，
[0020]所述壓力設定裝置用于設定所述柔性承載物能夠?qū)ν馐┘拥牧Φ拇笮。?br>[0021]當所述壓力探測裝置檢測到所述內(nèi)容物的壓力小于所述柔性承載物對外施加壓力的設定值時，開啟所述第一閥門或者第二閥門，使所述氣瓶內(nèi)的氣體或者液體充入所述外包裝內(nèi)，直至所述壓力探測裝置檢測到的所述內(nèi)容物的壓力達到所述柔性承載物對外施加壓力的設定值時，關(guān)閉所述第一閥門或者第二閥門。
[0022]作為優(yōu)選，所述第一閥門為第一電子閥門，所述第二閥門為第二電子閥門；
[0023]當所述壓力探測裝置檢測到所述內(nèi)容物的壓力大小與所述柔性承載物對外施加壓力的設定值時，所述壓力探測裝置通知所述第一電子閥門或者第二電子閥門，使得所述第一電子閥門或者第二電子閥門得電而自動開啟，直至所述壓力探測裝置檢測到所述內(nèi)容物的壓力達到所述柔性承載物對外施加壓力的設定值時，所述壓力探測裝置通知所述第一電子閥門或者第二電子閥門，使得所述第一電子閥門或者第二電子閥門失電而自動關(guān)閉。
[0024]作為優(yōu)選，所述均布荷載增壓裝置還包括連接管，所述壓力探測裝置為壓力表，所述連接管固定連接于所述外包裝，所述外包裝通過所述連接管與外界連通，所述壓力表可拆卸地連接于所述連接管。
[0025]作為優(yōu)選，所述壓力表與所述連接管之間構(gòu)成螺紋副，或者，所述壓力表通過一卡扣結(jié)構(gòu)連接于所述連接管。
[0026]作為優(yōu)選，所述平板上設有通孔，所述連接管穿過所述通孔。
[0027]作為優(yōu)選，所述均布荷載增壓裝置還包括第一遠程接口，所述第一遠程接口設置在所述壓力表上，所述壓力表通過所述第一遠程接口將探測到的壓力數(shù)據(jù)發(fā)送至終端設備。
[0028]作為優(yōu)選，所述壓力探測機構(gòu)為壓力傳感器、無線通信接口，所述壓力傳感器包容在所述外包裝內(nèi)，所述無線通信接口設置在所述壓力傳感器上，所述壓力傳感器通過所述無線通信接口將探測到的壓力數(shù)據(jù)發(fā)送至終端設備。
[0029]作為優(yōu)選，所述終端設備選自PC、手機、單片機中的若干種。
[0030]作為優(yōu)選，所述終端設備上設有壓力數(shù)據(jù)接收器。
[0031]作為優(yōu)選，所述壓力數(shù)據(jù)接收器為硬件裝置或者虛擬模塊。
[0032]作為優(yōu)選，所述虛擬模塊為第一 APP。
[0033]作為優(yōu)選，所述均布荷載增壓裝置還包括位移傳感器，所述位移傳感器用于探測所述平板的位移。
[0034]作為優(yōu)選，所述均布荷載增壓裝置還包括第二遠程接口，所述位移傳感器通過所述第二遠程接口將所述位移數(shù)據(jù)發(fā)送至所述終端設備。
[0035]作為優(yōu)選，所述終端設備上設有位移數(shù)據(jù)接收器。
[0036]作為優(yōu)選，所述位移數(shù)據(jù)接收器為硬件裝置或者虛擬模塊。
[0037]作為優(yōu)選，所述虛擬模塊為第二 APP，所述第二 APP還用于計算所述外包裝的變形量，所述變形量的運算公式為AVzSKAd，其中，AV-外包裝變形量、S-平板的橫截面的面積、△(!_平板的位移。
[0038]作為優(yōu)選，所述外包裝由橡膠或者塑料制成。
[0039]為了達到上述第二個目的，本發(fā)明提供的三維邊坡破壞模型試驗裝置的技術(shù)方案如下:
[0040]本發(fā)明提供的三維邊坡破壞模型試驗裝置包括本發(fā)明提供的均布荷載增壓裝置、邊坡地表變形監(jiān)測裝置，
[0041]所述承載物直接接觸三維邊坡的加載部位；
[0042]所述邊坡地表變形監(jiān)測裝置用于實時監(jiān)測所述加載部位的地表變形情況。
[0043]本發(fā)明提供的三維邊坡破壞模型試驗裝置的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。
[0044]作為優(yōu)選，所述邊坡地表變形監(jiān)測裝置為掃描儀。
[0045]作為優(yōu)選，所述掃描儀為三維激光掃描儀。
[0046]為了達到上述第三個目的，本發(fā)明提供的三維邊坡破壞模型試驗方法的技術(shù)方案如下:
[0047]本發(fā)明提供