本發(fā)明涉及巖土工程試驗(yàn)，尤其涉及一種滑移擴(kuò)展式變形土體與結(jié)構(gòu)相互作用試驗(yàn)方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、在礦物開采、隧道開挖以及地下工程建設(shè)等過程中，土體因采動(dòng)、開挖或地質(zhì)變化等因素發(fā)生變形，這些變形會(huì)對(duì)土中的管道、上部建筑結(jié)構(gòu)、輸電塔等基礎(chǔ)設(shè)施造成損害。因此，對(duì)變形土體與結(jié)構(gòu)相互作用的研究具有重要的工程意義和科學(xué)價(jià)值。

2、目前，研究變形土體與結(jié)構(gòu)相互作用的方法主要包括理論分析、數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究。其中，試驗(yàn)研究是最為直觀和真實(shí)的一種方法，能夠直接觀察和記錄土體與結(jié)構(gòu)在變形過程中的相互作用現(xiàn)象和規(guī)律。然而，現(xiàn)有的試驗(yàn)裝置和方法存在一些局限性。

3、現(xiàn)有的試驗(yàn)裝置大多針對(duì)特定的結(jié)構(gòu)和土體變形情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，尺寸較為固定，無法滿足不同尺寸和維度的試驗(yàn)需求，限制了對(duì)不同規(guī)模和類型的土體與結(jié)構(gòu)相互作用的研究。此外，現(xiàn)有的試驗(yàn)裝置功能較為單一，通常只能進(jìn)行一維或二維的土體與結(jié)構(gòu)相互作用試驗(yàn)，無法模擬更復(fù)雜的三維變形情況，使得對(duì)土體與結(jié)構(gòu)在多維度上的相互作用研究受到限制。同時(shí)，現(xiàn)有的試驗(yàn)裝置缺乏模塊化設(shè)計(jì)，難以進(jìn)行擴(kuò)展和調(diào)整，導(dǎo)致在不同試驗(yàn)條件下需要重新設(shè)計(jì)和制造試驗(yàn)裝置，增加了研究成本和時(shí)間。另外，部分試驗(yàn)裝置缺乏透明的側(cè)板或觀察窗口，無法實(shí)時(shí)觀察土體和結(jié)構(gòu)在變形過程中的內(nèi)部情況，給試驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和記錄帶來了不便。因此，設(shè)計(jì)一種模塊化、可擴(kuò)展的試驗(yàn)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)不同尺寸和維度的土體與結(jié)構(gòu)相互作用試驗(yàn)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種滑移擴(kuò)展式變形土體與結(jié)構(gòu)相互作用試驗(yàn)方法及裝置，通過模塊化設(shè)計(jì)與靈活擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)了多維度土體變形模擬，提高了試驗(yàn)裝置的通用性、重復(fù)使用率和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，同時(shí)增強(qiáng)了試驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可視化操作便利性，為變形土體與結(jié)構(gòu)相互作用的研究提供了一種高效、經(jīng)濟(jì)且適應(yīng)性強(qiáng)的試驗(yàn)方法和裝置。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種滑移擴(kuò)展式變形土體與結(jié)構(gòu)相互作用試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

3、一種滑移擴(kuò)展式變形土體與結(jié)構(gòu)相互作用試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

4、s1、水平方向模塊化拼接：將多個(gè)外滑塊與內(nèi)滑塊通過滑塊固定蓋板組裝成水平擴(kuò)展單元，形成箱體框架的底部結(jié)構(gòu)層；

5、s2、滑移擴(kuò)展調(diào)節(jié)：沿所述外滑塊的螺栓滑軌滑動(dòng)內(nèi)滑塊，通過調(diào)整所述滑塊固定蓋板的固定位置實(shí)現(xiàn)單方向長(zhǎng)度擴(kuò)展；

6、s3、垂直方向擴(kuò)展：通過角柱拼接固定板將多個(gè)角柱進(jìn)行垂直疊加，形成箱體框架的立體支撐結(jié)構(gòu)；

7、s4、側(cè)板安裝：將透明有機(jī)玻璃側(cè)板插入下層的所述滑塊固定蓋板與上層的所述外滑塊形成的滑軌間隙中；

8、s5、底板沉降控制：通過獨(dú)立控制各底板單元的頂升高度，形成階梯狀沉降曲面模擬土體變形。

9、進(jìn)一步地，步驟s2中滑移擴(kuò)展的長(zhǎng)度增量通過下式計(jì)算：

10、l＝0.5n+0.3m

11、其中l(wèi)為滑移擴(kuò)展的長(zhǎng)度增量，其單位采用米，n為外滑塊的標(biāo)準(zhǔn)模塊數(shù)量，m為滑移擴(kuò)展次數(shù)。

12、進(jìn)一步地，步驟s3中角柱的垂直疊加通過以下方式實(shí)現(xiàn)：

13、上層與下層的角柱采用錯(cuò)位連接方式，即上層的所述角柱相對(duì)于下層的所述角柱在水平方向上偏移一定距離，使得上層所述角柱和下層所述角柱之間形成至少0.15m的重疊連接區(qū)，并通過角柱拼接固定板將上下層角柱固定連接。

14、進(jìn)一步地，步驟s5中底板單元的頂升高度根據(jù)三維沉降曲線動(dòng)態(tài)調(diào)整，所述三維沉降曲線具體滿足：

15、

16、其中x為從盆地中心到預(yù)計(jì)地表下沉點(diǎn)的水平坐標(biāo)；y為從盆地中心到預(yù)計(jì)地表下沉點(diǎn)的豎向坐標(biāo)；(x,y)為底板單元中心坐標(biāo)，w(x,y)表示點(diǎn)(x,y)處的沉降量；a為下沉盆地半長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度；b為下沉盆地半短軸的長(zhǎng)度；w0為三維沉降曲線的最大下沉值。

17、進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供一種實(shí)施第一方面任一項(xiàng)所述方法的模塊化滑移擴(kuò)展式試驗(yàn)裝置，包括：

18、水平擴(kuò)展模組，包括可滑動(dòng)嵌套的外滑塊與內(nèi)滑塊，通過帶滑塊夾槽的滑塊固定蓋板連接；

19、垂直擴(kuò)展模組，包括設(shè)有加勁塊的角柱及角柱拼接固定板，所述角柱通過角柱固定連接器與水平擴(kuò)展模組連接；

20、可調(diào)式底板系統(tǒng)，包括多個(gè)獨(dú)立頂升的底板單元，各個(gè)所述底板單元的底面設(shè)有電缸連接接口，各個(gè)所述電缸連接接口對(duì)應(yīng)連接有電缸；

21、可視化側(cè)板組件，包括嵌于滑軌間隙中的透明有機(jī)玻璃側(cè)板。

22、進(jìn)一步地，所述外滑塊設(shè)有相互平行的螺栓滑軌和內(nèi)側(cè)板滑軌，其橫截面呈工字型結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)滑塊設(shè)有雙滑軌導(dǎo)向面，與所述外滑塊形成可調(diào)式燕尾槽配合結(jié)構(gòu)。

23、進(jìn)一步地，所述角柱固定連接器設(shè)有與角柱焊接的l型基板，其外側(cè)設(shè)有與外滑塊內(nèi)側(cè)輪廓匹配的導(dǎo)向凸緣，形成三向限位連接結(jié)構(gòu)。

24、進(jìn)一步地，所述底板單元的拼接面設(shè)有柔性過渡層，以使相鄰的底板單元間允許產(chǎn)生0mm至30mm的高度差。

25、進(jìn)一步地，所述滑塊固定蓋板的側(cè)板滑槽深度為側(cè)板厚度的1.2-1.5倍，槽內(nèi)設(shè)有橡膠密封條，且所述透明有機(jī)玻璃側(cè)板邊緣設(shè)有與所述側(cè)板滑槽配合的倒角結(jié)構(gòu)。

26、進(jìn)一步地，所述角柱拼接固定板設(shè)有兩組螺栓孔，分別為第一組螺栓孔和第二組螺栓孔，第一組螺栓孔用于連接下層的所述角柱，第二組螺栓孔用于連接上層的所述角柱，且所述第一組螺栓孔的中心與第二組螺栓孔的中心之間的距離差值為角柱邊長(zhǎng)的三分之一。

27、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

28、(1)本發(fā)明采用模塊化的滑塊模組和角柱模組，通過水平方向的模塊化拼接和垂直方向的擴(kuò)展，能夠快速組裝和拆卸試驗(yàn)裝置，滿足不同尺寸和維度的試驗(yàn)需求，具體通過通過外滑塊與內(nèi)滑塊的嵌套設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)平面擴(kuò)展，配合角柱拼接固定板實(shí)現(xiàn)豎向擴(kuò)展，以形成三維可擴(kuò)展模塊化架構(gòu)，這種模塊化設(shè)計(jì)不僅提高了裝置的通用性和重復(fù)使用率，還減少了因試驗(yàn)條件變化而需要重新設(shè)計(jì)和制造裝置的成本和時(shí)間。

29、(2)本發(fā)明通過設(shè)置足夠的連接區(qū)長(zhǎng)度和加強(qiáng)固定結(jié)構(gòu)，如角柱與滑塊之間的三向限位連接結(jié)構(gòu)，以及角柱拼接固定板的雙重螺栓連接方式，確保了試驗(yàn)裝置在不同擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)下的連接強(qiáng)度和剛度。這使得試驗(yàn)裝置在模擬復(fù)雜土體變形過程中能夠保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，避免因結(jié)構(gòu)變形或損壞而影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

30、(3)本發(fā)明通過滑移擴(kuò)展調(diào)節(jié)和垂直方向擴(kuò)展，試驗(yàn)裝置可以靈活調(diào)整尺寸和形狀，模擬不同規(guī)模和類型的土體變形情況，能夠?qū)崿F(xiàn)一維、二維以及三維的土體與結(jié)構(gòu)相互作用試驗(yàn)，通過獨(dú)立控制各底板單元的頂升高度，能夠根據(jù)三維沉降曲線動(dòng)態(tài)調(diào)整底板的沉降情況，精確模擬復(fù)雜的土體變形和沉降曲線。這種可調(diào)式底板系統(tǒng)增強(qiáng)了試驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可靠性，能夠更好地反映實(shí)際工程中土體變形對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，為研究土體與結(jié)構(gòu)在多維度上的相互作用提供了有力支持。

31、(4)本發(fā)明采用推移式透明有機(jī)玻璃側(cè)板，便于從側(cè)面實(shí)時(shí)觀察土體和結(jié)構(gòu)在變形過程中的內(nèi)部情況，方便試驗(yàn)現(xiàn)象的記錄和分析，同時(shí)，透明側(cè)板的設(shè)計(jì)也便于對(duì)試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行操作和調(diào)整，提高了試驗(yàn)的便利性和效率，滑軌嵌入式透明側(cè)板以保證結(jié)構(gòu)剛度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)270°觀測(cè)視角，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)可視觀測(cè)。

32、(5)底板單元的拼接面設(shè)有柔性過渡層，允許相鄰底板單元之間產(chǎn)生0mm至30mm的高度差，能夠更好地模擬實(shí)際土體中不同區(qū)域的沉降差異，提高了試驗(yàn)裝置對(duì)復(fù)雜工況的適應(yīng)性。

33、綜上所述，本發(fā)明通過模塊化設(shè)計(jì)、靈活的擴(kuò)展方式、精確的變形模擬和可視化的操作界面，克服了現(xiàn)有試驗(yàn)裝置的局限性，為變形土體與結(jié)構(gòu)相互作用的研究提供了一種高效、準(zhǔn)確且經(jīng)濟(jì)的試驗(yàn)方法和裝置。