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1、10申请公布号CN103255754A43申请公布日20130821CN103255754ACN103255754A21申请号201310150614322申请日20130426E02D1/0020060171申请人同济大学地址200092上海市杨浦区四平路1239号72发明人蒋明镜王新新苏佳兴74专利代理机构上海智信专利代理有限公司31002代理人吴林松54发明名称一种室内倾斜静力触探模型试验装置57摘要本发明涉及一种应用于土木工程室内静力触探模型试验的设备，包括贯入系统、滑动装置和试验模型箱，所述贯入系统包括机械部分和动力部分，所述机械部分包括角度调节支座，静力触探杆，静力触探架，链条和齿。
2、轮传动装置，依次连接；所述动力部分包括三相异步电机和变频调速器，二者相连；所述滑动装置包含槽钢、方钢以及连接于其上的滚珠轴承；试验模型箱底板为钢板，四周采用有机玻璃，底板与四周密封连接；同时，为了保证模型箱的稳固性，周边骨架采用角钢焊接。本发明可以实现在模型箱水平面内任意位置的贯入试验，一定速度范围内贯入速率可控并保持匀速；并且，相比只可进行垂直静力触探试验的常规设备，本发明还可实现一定倾斜角度范围内的倾斜静力触探试验。51INTCL权利要求书1页说明书4页附图2页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图2页10申请公布号CN103255754ACN1032。
3、55754A1/1页21一种应用于土木工程室内静力触探模型试验的设备，包括贯入系统、滑动装置和模型箱，其特征在于所述贯入系统中的动力装置包括连接有变频调速器的三相异步电机以实现贯入速度的调节；所述贯入系统中的角度调节支座改变静力触探试验贯入角度，使贯入设备在一定范围内的指定倾斜角度下进行静力触探模型试验；所述滑动装置与角度调节支座和模型箱体相连接，使静力触探杆、静力触探架、动力装置和角度调节支座这些上部贯入结构在模型箱水平面上的横向和纵向任意滑动，实现在模型箱水平面范围内任意位置进行试验。2如权利要求1所述的室内静力触探模型试验设备，其特征在于所述变频调速器与三相异步电机相连接，通过把电网电源。
4、变换成电压、频率可以调节的交流电提供给三相异步电机，通过改变交流电的频率来改变电机转速。3如权利要求1所述的室内静力触探模型试验设备，其特征在于采用两块钢板作为支座的主要承重部分，角度的调节装置采用两根相同规格的螺杆，螺杆一端以铰接的形式安置在下面的一块钢板上，上面的钢板两端各开一长条形的孔，以使螺杆穿过上面的钢板并且随着两钢板的角度变化调节位置，使螺杆与钢板平面始终垂直。4如权利要求3所述的室内静力触探模型试验设备，其特征在于所述螺杆在上面钢板的上下两端的螺帽用以在钢板之间达到目标角度后对其锁死，整体通过螺杆的抗压和抗拉强度以及螺帽的抗剪强度来抵抗上部结构的自重应力和贯入过程中探杆对结构的反。
5、力。5如权利要求1所述的室内静力触探模型试验设备，其特征在于设置有固定角度的三角形垫块放在螺杆边对板的角度进行校核，在量角的同时还对上部结构有支撑作用。6如权利要求3所述的室内静力触探模型试验设备，其特征在于所述支座上部钢板的中间设置一导向装置，导向装置是一空心的圆柱形铸铁，铸铁的内直径大于探杆直径，用以在贯入过程中对探杆进行导向，使探杆在指定的角度下进行贯入。7如权利要求1所述的室内静力触探模型试验设备，其特征在于所述滑动装置由滑动槽和滑动块组成，滑动槽采用槽钢，滑动块采用方钢，使静力触探的上部结构在模型箱的平面面积域内移动，以进行在距箱体不同距离，不同位置的试验点进行贯入试验。8如权利要求。
6、7所述的室内静力触探模型试验设备，其特征在于所述方钢滑块下方置有滚珠轴承与滑槽连接，滚珠轴承如车轮一样使滑块在滑槽上通过滚珠轴承的滚动来实现相对运动。9如权利要求1所述的室内静力触探模型试验设备，其特征在于在模型箱外部延伸一段钢框架，框架上安置一横梁，横梁上也安置一如权利要求5所述的滑动装置，从滑块上伸出两条钢管与静力触探架相连，钢管两端铰接连接，在支座角度倾斜较大时进行支撑。权利要求书CN103255754A1/4页3一种室内倾斜静力触探模型试验装置技术领域0001本发明属于土木工程技术领域，涉及应用于土木工程室内静力触探模型试验设备，尤其是对于在原位测试困难的情况下可有效地获得地层的强度和。
7、其他方面的信息的试验设备。背景技术0002静力触探试验（STATICCONEPENETRATIONTEST简称CPT）是利用准静力以恒定的贯入速率将一定规格和形状的圆锥探头通过一系列探头压入土中，同时测记贯入过程中探头所受到的阻力，根据测得的贯入阻力大小来间接判定土的物理力学性质的现场试验方法。0003静力触探试验被广泛地应用于现场试验测试，具有快速、精确、经济和节省人力等特点，可以连续获得地层的强度和其他方面的信息，不受土样扰动的影响。这对于地基土在竖向变化比较复杂，而其他常规勘探实验手段不能通过测试查明土层变化的情况，静力触探试验具有独特的优越性。除了常规垂直静力触探试验外，由于特殊的岩土。
8、工程地质条件（如土层倾斜沉积存在倾斜节理面、倾斜片状沉积及倾斜岩脉）的限制、岩土工程设计施工（斜桩、锚杆支护、土钉支护以及隧道盾构开挖等）的要求，需要获得沿倾斜方向土体的工程力学性质；或者由于现场测试场地条件的限制无法进行常规垂直静力触探试验，这都要求进行倾斜静力触探试验。虽然原位静力触探有诸多优点，但是在原位测试存在试验重复性差、试验条件可控性差、投资大和试验历时长的缺点；而室内静力触探模型箱试验具有可重复性、试样均匀性好和边界条件及试样应力历史可控三个方面的重要优点，可以定量化研究静力触探模型箱试验中的影响因素，是对现场试验的一种有效的修正手段和发展。0004现有技术中与本发明最接近的是上。
9、海市城市建设设计研究院发明的静力触探设备（如图1所示）（文献出处上海市城市建设设计研究院静力触探设备中国专利申请号,201020532368X），其将深层静力触探试验所需要的设置护管的钻机和静力触探机合二为一，但其只能进行垂直向的静力触探试验。目前未见能适用于以下情形的静力触探试验装置在原位测试困难的情况下，在室内进行贯入方向和贯入速度可控的静力触探模型试验，有效地获得地层的强度和其他方面的信息。发明内容0005本发明的目的是提供一种室内静力触探模型试验设备，在原位测试困难的情况下，在室内进行模型试验，有效地获得地层的强度和其它方面的信息。0006为达到上述目的，本发明的解决方案是动力装置包括。
10、三相异步电机和变频调速器，可以实现在一定范围内贯入速度的调节；调节支座可以任意改变角度，使贯入设备在一定范围内的指定倾斜角度下进行静力触探模型试验；滑动装置与支座和下部模型箱体相连接，可以使探杆、静力触探架、动力装置和支座这些上部贯入结构在模型箱水平面上的横向和纵向任意滑动，实现在模型箱水平面范围内任意位置进行试验。说明书CN103255754A2/4页40007变频调速器与三相异步电机相连接，通过把电网电源变换成电压、频率可以调节的交流电提供给三相异步电机，通过改变交流电的频率来达到改变电机转速的目的。0008采用两块钢板作为支座的主要承重部分，角度的调节装置采用两根相同规格的螺杆，螺杆一端。
11、以铰接的形式安置在下面的一块钢板上，上面的钢板两端各开一长条形的孔，以使螺杆穿过上面的钢板并且随着两钢板的角度变化调节位置，使螺杆与钢板平面始终垂直，如此设计可以使螺杆对上部结构的支撑更加稳固。螺杆在上面钢板的上下两端的螺帽用以在钢板之间达到目标角度后对其锁死，整体通过螺杆的抗压和抗拉强度以及螺帽的抗剪强度来抵抗上部结构的自重应力和贯入过程中探杆对结构的反力。对于角度的精确控制，设置了一些有固定角度的三角形铁块，可以放在螺杆边对板的角度进行校核，在量角的同时还可以对上部结构有支撑作用。0009支座上部钢板的中心位置开一圆形孔洞，直径略大于贯入探杆的外径，在孔洞上焊接一导向装置，导向装置是一空心。
12、的圆柱形铸铁，铸铁的内直径稍大于探杆直径，在探杆安装时，从导向装置内部穿过，与上部和链条连接的铁块相连，用以在贯入过程中对探杆进行导向，使探杆在指定的角度下进行贯入。0010滑动装置由滑动槽和滑动块组成，滑动槽采用槽钢，滑动块采用方钢，使静力触探的上部结构在模型箱的平面面积域内移动，以进行在距箱体边缘不同距离，不同位置的试验点进行贯入试验。0011所述方钢滑块下方置有滚珠轴承与滑槽连接，滚珠轴承如车轮一样，可以使滑块在滑槽上通过滚珠轴承的滚动来实现相对运动。0012在方钢两平行面上各开一圆形孔洞，以安置一根可以贯穿滚珠轴承的圆柱轴，（例如采用市场采购的205号滚珠轴承。）方钢滑块与槽钢滑槽接触。
13、面上开孔，使滚珠轴承与槽钢接触，滑槽、滑块之间靠轴承的滚动来实现相对运动。0013在模型箱外部延伸一段钢框架，框架上安置一横梁，横梁上也安置一滑动装置，从滑块上伸出两根对称设置的支撑钢管，与静力触探架相连，钢管两端铰接连接，在支座角度倾斜较大时进行支撑。0014由于采用了上述方案，本发明有以下优点0015（1）静力触探试验可以实现一定角度范围内的任意方向倾斜贯入试验；0016（2）滑动装置由横向滑动机构和纵向滑动机构组成，可以实现在模型箱水平面内任意位置的贯入试验；0017（3）静力触探仪支撑装置，可以防止在倾斜试验贯入中静力触探仪发生倾覆；0018（4）静力触探试验实现一定范围内任意速度的贯。
14、入。附图说明0019图1为一种现有静力触探设备的示意图。0020图2本发明实施例的结构示意图。0021图3为图1所示实施例中夹持装置15示意图。0022图4为图1所示实施例中角度调节支座11结构侧视图。0023图5为图3所示实施例中支座底板35的俯视图。说明书CN103255754A3/4页5具体实施方式0024以下结合附图所示实施例对本发明作进一步说明。0025一种静力触探室内试验设备包括贯入系统、滑动装置和模型箱1。0026模型箱1落地放置在整套设备的最底层，四周由钢化玻璃22制成，四周使用角钢16槽钢23进行围护。在模型箱1的上部焊接滑动装置。0027贯入系统包括机械部分和动力部分。机械。
15、部分包括静力触探架，角度调节支座11，探头2，静力触探杆3，齿轮4和齿轮组5；动力部分包括三相异步电机6和变频调速器7。0028滑动装置由方钢8、槽钢9和滚珠轴承10组成，由长度方向和宽度方向两个方向组成，水平方向的槽钢9翼缘背离地面方向焊接于模型箱顶部周围围护的角钢16上，开口安置好滚珠轴承10的方钢8水平放入槽钢9的腹腔内，其中，方钢8在平行的两面侧壁上分别开一圆形孔洞，尺寸刚好可以放下一可穿过205滚珠轴承的圆形轴，圆形轴上安置两个滚珠轴承10作为滑动轮，方钢8与槽钢9相接处的面上开足够大的孔洞使滚珠轴承10与槽钢9腹板接触，可以实现上部贯入系统在箱体的水平平面内任意位置进行滑动，在行走。
16、至指定位置后，通过夹持装置15进行锁紧，使滑动装置固定在指定位置。夹持装置15的放大图如图3所示，由U型钢条32，螺杆33和垫圈34组成，使用时将滑轨槽钢9和滑块方钢8卡入U型钢条32内，旋转螺杆33使其通过垫圈34将槽钢9和方钢8夹持紧固，实现滑动装置的锁死。0029静力触探架主要是由四根空心钢管12和上部预留探杆通过的钢板13组成，并与底部的角度调节支座11相连接。空心钢管12与上部的钢板13和底部的角度调节支座11连接形式均为焊接。整个静力触探架是贯入机械部分的重要组成部分，其将各部分连接成整体。齿轮组5包括上部的三个齿轮和下部的两个齿轮，并且由两根轴相连接，分别与上部钢板13和底部的角。
17、度调节支座11相连接，齿轮组5与齿轮4相啮合，齿轮4与三相异步电机6通过齿轮31相连接，以实现传动。齿轮4、齿轮组5通过链条29、30，带动销钉连接于铁块21的静力触探杆3和探头2。动力部分主要为三相异步电机6和变频调速器7。变频调速器7与三相异步电机6由电缆17相连接，三相异步电机6通过支架18安置在静力触探架的空心钢管12上，并且通过链条29、齿轮4、齿轮组5来带动与探杆3和探头2的贯入，探杆3与探头2为配套设备，探头2在探杆3下部通过螺纹连接。带动探杆3和探头2的贯入是用两块传动钢板18与链条4通过四条销钉19来连接，两块传动钢板18上打孔，链条30从两块传动钢板18之间通过，销钉19穿。
18、过传动钢板上的孔和链条上的孔，从而使两块传动钢板18固定在链条30上，使得两块传动钢板18随链条30的移动而改变位置，两块传动钢板18间焊接一连接钢块21，连接钢块21上焊接一与静力触探杆3咬合的螺钉20。0030当接通电源后，通过变频调速器7改变输入电流的频率来使三项异步电机6的转速在一定范围内进行变化，这样可以通过齿轮4、齿轮组5、两块传动钢板18、四颗销钉19、螺钉20和连接钢块21，使静力触探杆3和探头2按照某一范围内的均匀速度贯入。0031如图4所示为角度调节支座结构图，角度调节支座11主要由两块钢板35、36组成，上部钢板35和下部钢板36均焊接一个一定长度的空心圆柱形铸铁37，将。
19、直径比空心圆柱形铸铁37内径稍小的销钉38穿过上下钢板35、36上的空心圆柱形铸铁37将其连接，中间焊接两块钢的垫块39来保证两块钢板间的相对平行。上部钢板35中间开一圆形孔洞40使探杆通过，两侧各开孔洞41使两侧的螺杆42通过，螺杆42用来控制上部钢板1的角度，说明书CN103255754A4/4页6使连接在上部钢板1上的上部结构可以倾斜任意角度。螺杆42一端与下部钢板36通过螺栓43相连接，可以使螺杆42任意角度转动。在使上部钢板35转动到要求的角度后，通过上下两个螺帽44、45来固定上部钢板35，从而可以实现上部的贯入系统按照一定倾斜角度进行贯入。垫块39可以焊接于上部钢板35上，或者焊。
20、接在下部钢板也可以。贯入过程中，为了保持探头2能够按照指定的角度贯入至模型箱中的土中，在支座的上部钢板35上，圆形孔洞40上部焊接一内部直径稍大于静力触探杆3直径的空心圆柱铸铁28。安装探头2，静力触探杆3时，先将静力触探杆3穿过空心圆柱铸铁28，再从下部钢板36下面靠螺纹将探头2和静力触探杆3连接好，这样，在贯入探头2的过程中可以保持一定的倾斜角度，达到实验要求。另外在模型箱长度方向上，轨道24向外延伸一段距离，在外伸的轨道上焊接一与箱体内部相同的滑轨和滑块27跟随内部的滑动装置平行行走，在指定的位置进行锁死。如前所述，该处的锁死功能也通过夹持装置15来实现。在角度调节支座11按一定角度倾斜。
21、时，为了保证结构的稳定性，在静力触探架的空心钢管12上和外伸的轨道上的滑块上各焊接一小钢块25，小钢块25之间通过螺栓26连接一支撑钢管14。0032本发明设计了静力触探仪角度调节支座，在原有沿垂直方向贯入的基础上实现了沿倾斜方向一定角度范围内的贯入试验；滑动装置由横向滑动结构和纵向滑动机构组成，可以实现在模型箱水平面内任意位置的贯入试验；静力触探贯入试验通过变频调速器改变输入三相异步电机的交流电频率实现了一定速度范围内贯入速度可控匀速。0033上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。说明书CN103255754A1/2页7图1图2说明书附图CN103255754A2/2页8图3图4图5说明书附图CN103255754A。