一种抗拔加载模型试验箱

1.本发明涉及土木工程技术领域，具体为一种抗拔加载模型试验箱。


背景技术：

2.建筑工程是城市建设的重要组成部分，而基坑工程作为建筑工程的一部分，时至今日，其对于各种类型的工程桩的应用已经特别广泛，尤其是在基坑支护与地基处理方面。为探究不同类型桩的力学性能，相关的试验是必不可少的，考虑到现场试验往往耗费巨大，且不可控因素较多，于是室内模型桩试验成为了可供选择的有效方法之一，在室内模型桩试验中，对桩顶施加荷载的方法很多，一般都通过加载设备和试验装置产生。
3.申请号为cn201610300450.1的中国专利，公开了一种压、拔综合室内实验桩模型实验装置，但是采用这种施压方式无法省力，需要施重砝码的重力与模型桩所需拉力相等才能实现模型桩的拔起，在实际运用时，模型桩所需拉力一般非常大，则需要匹配足够重量的砝码才能完成试验，耗费物资和时间，增加了试验的不必要负担；此外，实际工程中基桩位置变化多样，而该装置只能够对固定位置的模型桩进行加载，使得模拟的局限性较大。
4.申请号为cn201510288948.6的中国专利，提出了一种杠杆加载系统及组装方法，但是该加载系统杠杆的动力臂和阻力臂长度固定，在砝码质量有限时无法通过调节力臂长度来增大砝码所能提供的拉力。


技术实现要素：

5.（一）解决的技术问题针对现有技术的不足，本发明提供了一种抗拔加载模型试验箱，具备能够对位于试验箱内不同位置的模型桩进行定位连接、能够在砝码重量不足时调节杠杆动力臂长度以调节拉力等优点，解决了现有技术只能够对固定位置的模型桩进行试验、动力臂和阻力臂长度固定无法调节拉力的问题。
6.（二）技术方案为解决上述现有技术只能够对固定位置的模型桩进行试验、动力臂和阻力臂长度固定无法调节拉力的技术问题，本发明提供如下技术方案：一种抗拔加载模型试验箱，包括试验箱主体、定位切换组件，所述试验箱主体上端滑动装配有杠杆组件，所述杠杆组件两端分别滑动装配有用于堆载砝码的第一滑动组件和用于连接模型桩的第二滑动组件；所述第一滑动组件包括内滑块和独立滑动件，所述内滑块和所述第二滑动组件始终同步相向或反向滑动；通过所述定位切换组件将独立滑动件与内滑块组装在一起时，所述杠杆组件的动力臂、阻力臂保持等长以便于进行拉力的计算；通过所述定位切换组件将独立滑动件与内滑块分离并固定在杠杆组件端部时，所述杠杆组件的动力臂调节至最长以减小所需动力。
7.优选地，所述试验箱主体上端设置有承载组件，所述承载组件包括第一滑座、单向螺纹丝杆、第一操作柄，所述杠杆组件包括连接滑块、杠杆，所述单向螺纹丝杆转动装配在所述第一滑座内部，所述第一操作柄固定安装在所述单向螺纹丝杆一端，所述连接滑块滑动装配在所述第一滑座内部并与所述单向螺纹丝杆螺纹配合，所述杠杆下侧中部转动装配在所述连接滑块上。
8.优选地，所述独立滑动件包括第一滑块、托盘，所述第一滑块滑动套设在所述内滑块外侧，所述第一滑块下侧固定连接有第一钢绞线，所述第一钢绞线末端设置有托盘，所述托盘用于放置所述砝码；所述第二滑动组件包括第二滑块、拉力传感器和挂钩，所述第二滑块下侧固定连接有第二钢绞线，所述拉力传感器和所述挂钩均连接在所述第二钢绞线上。
9.优选地，所述杠杆组件还包括双向螺纹丝杆、第二操作柄，所述双向螺纹丝杆转动装配在所述杠杆内部，所述第二操作柄固定安装在所述双向螺纹丝杆一端；所述第一滑块和所述第二滑块均与所述杠杆内壁滑动配合，所述内滑块和所述第二滑块分别通过螺纹装配在所述双向螺纹丝杆两侧的双向螺纹处。
10.优选地，所述内滑块上侧开设有装配槽，所述第一滑块上侧开设有装配孔，所述杠杆的动力端上侧开设有滑行孔，所述滑行孔远离所述杠杆阻力端的一端开设有端部定位孔；所述定位切换组件包括定位块，所述定位块与所述滑行孔滑动配合，所述定位块套设在所述装配槽、所述装配孔、所述滑行孔之间时实现所述内滑块和所述第一滑块的组装，所述定位块套设在所述装配孔、所述端部定位孔之间时所述第一滑块与所述内滑块分离并固定在所述杠杆动力端端部。
11.优选地，所述独立滑动件还包括侧板和顶板，所述侧板设置固定安装在所述第一滑块上表面两侧，所述顶板设置在两个所述侧板之间，所述侧板与所述滑行孔滑动配合；所述定位切换组件还包括转杆、握把、施压板、弹性连接件，所述转杆固定连接在所述定位块上侧，所述握把固定装配在所述转杆顶端并位于所述顶板上侧，所述施压板和所述顶板之间通过所述弹性连接件连接，所述转杆活动贯穿所述施压板和所述顶板。
12.优选地，所述装配孔包括中心重合的第一通孔和第二通孔，所述滑行孔宽度和所述定位块宽度相等，所述装配槽、第一通孔均和所述定位块轮廓一致，所述第二通孔、端部定位孔均和所述定位块绕其竖向中心轴旋转90
°
后的轮廓一致。
13.优选地，所述试验箱主体包括箱架和模型箱，所述箱架包括底座、钢架、加劲梁，所述钢架焊接在所述底座上表面两侧，其中一个所述钢架上焊接有所述加劲梁；所述模型箱包括有机玻璃板、可拆卸钢板、固定钢板，所述有机玻璃板和所述固定钢板分别固定装配在所述钢架之间，所述可拆卸钢板分别可拆卸装配在所述加劲梁上，所述有机玻璃板、可拆卸钢板、固定钢板内侧分别均匀设置有土压传感器。
14.优选地，所述箱架还包括延伸座和加固杆，所述延伸座设置在所述底座设置有可拆卸钢板的一侧，所述钢架顶端和所述延伸座之间焊接有加固杆。
15.（三）有益效果与现有技术相比，本发明提供了一种抗拔加载模型试验箱，具备以下有益效果：1、该抗拔加载模型试验箱，通过杠杆原理以砝码的重力拉动埋设在基土中的模型
桩，进行抗拔加载试验，第二滑动组件能够滑动至不同位置对模型桩进行定位连接，定位切换组件将独立滑动件与内滑块组装在一起时，杠杆组件的动力臂、阻力臂保持等长以便于进行拉力的计算，在砝码重量不足时通过定位切换组件将独立滑动件与内滑块分离，杠杆组件的动力臂能够调节至最长状态，最大限度地减小拉动模型桩所需动力，节省砝码用量。
16.2、该抗拔加载模型试验箱，通过土压传感器能够在进行抗拔加载试验时检测模型箱内各个位置基土所受到的挤压力度，通过有机玻璃板能够观察模型桩上拔时对周围基土的破坏过程，便于工作人员全面记录试验数据。
17.3、该抗拔加载模型试验箱，通过设置可拆卸钢板便于工作人员分层对试验用土进行装填与取样，极大方便了对试验用土的分层压实以及后期对土体的取样。
附图说明
18.图1为本发明的立体结构示意图；图2为本发明的部分组件爆炸示意图；图3为本发明的杠杆组件爆炸示意图；图4为本发明的弹性连接件处于自然拉伸状态时部分组件局部剖面示意图；图5为本发明的第一滑动组件爆炸示意图；图6为本发明的弹性连接件处于完全收缩状态时部分组件局部剖面示意图；图7为本发明的内滑块和第一滑块处于组合状态时部分组件局部剖面示意图；图8为本发明的内滑块和第一滑块处于分离状态时部分组件局部剖面示意图；图9为本发明的试验箱主体结构示意图。
19.图中：1、试验箱主体；11、箱架；111、底座；112、钢架；113、加劲梁；114、延伸座；115、加固杆；12、模型箱；121、有机玻璃板；122、可拆卸钢板；123、固定钢板；2、承载组件；21、第一滑座；22、单向螺纹丝杆；23、第一操作柄；3、杠杆组件；31、连接滑块；32、杠杆；321、滑行孔；322、端部定位孔；33、双向螺纹丝杆；34、第二操作柄；4、第一滑动组件；41、内滑块；411、装配槽；42、第一滑块；421、装配孔；4211、第一通孔；4212、第二通孔；43、托盘；44、侧板；45、顶板；5、第二滑动组件；51、第二滑块；52、拉力传感器；53、挂钩；6、模型桩；7、砝码；8、定位切换组件；81、定位块；82、转杆；83、握把；84、施压板；85、弹性连接件。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.请参阅图1、图4，一种抗拔加载模型试验箱，包括试验箱主体1、定位切换组件8，试验箱主体1上端滑动装配有杠杆组件3，杠杆组件3两端分别滑动装配有用于堆载砝码7的第一滑动组件4和用于连接模型桩6的第二滑动组件5，从而第二滑动组件5的位置可以横向调节也可以纵向调节，能够对位于试验箱主体1内基土中不同位置处埋设的模型桩6进行定位并连接，根据杠杆原理，以砝码7的重力拉动埋设在试验箱主体1内基土中的模型桩6，进行抗拔加载试验；
第一滑动组件4包括内滑块41和独立滑动件，内滑块41和第二滑动组件5始终同步相向或反向滑动；通过定位切换组件8将独立滑动件与内滑块41组装在一起时，第二滑动组件5滑动至与模型桩6相对应的位置上方时整个第一滑动组件4随之同步相向或反向滑动，使得杠杆组件3的动力臂、阻力臂保持等长以便于进行拉力的计算；通过定位切换组件8将独立滑动件与内滑块41分离并固定在杠杆组件3端部时，独立滑动件不随第二滑动组件5同步滑动，此时杠杆组件3的动力臂调节至最长，能够最大限度地减小拉动模型桩6所需动力，节省砝码7用量。
22.进一步地，请参阅图1-3，试验箱主体1上端设置有承载组件2，承载组件2包括第一滑座21、单向螺纹丝杆22、第一操作柄23，杠杆组件3包括连接滑块31、杠杆32，单向螺纹丝杆22转动装配在第一滑座21内部，第一操作柄23固定安装在单向螺纹丝杆22一端，连接滑块31滑动装配在第一滑座21内部并与单向螺纹丝杆22螺纹配合，从而通过手动摇动第一操作柄23能够带动单向螺纹丝杆22旋转，使得螺接在单向螺纹丝杆22上的连接滑块31沿着第一滑座21内壁滑动，进而带动整个杠杆组件3沿着第一滑座21的方向滑动，杠杆32下侧中部固定连接有转动轴，连接滑块31上侧固定连接有安装轴座，转动轴转动装配在安装轴座上。
23.进一步地，请参阅图2、图5，独立滑动件包括第一滑块42、托盘43，第一滑块42滑动套设在内滑块41外侧，第一滑块42下侧固定连接有第一钢绞线，第一钢绞线末端设置有托盘43，托盘43用于放置砝码7；第二滑动组件5包括第二滑块51、拉力传感器52和挂钩53，第二滑块51下侧固定连接有第二钢绞线，拉力传感器52和挂钩53均连接在第二钢绞线上，固定安装在第二钢绞线端部的挂钩53能够勾连模型桩6顶端的吊耳，拉力传感器52能够在模型桩6被不断上拉的过程中检测模型桩6所受到的实时拉力数值，便于工作人员在抗拔加载试验的不同阶段记录相应数据。
24.请参阅图2-4，杠杆组件3还包括双向螺纹丝杆33、第二操作柄34，双向螺纹丝杆33转动装配在杠杆32内部，第二操作柄34固定安装在双向螺纹丝杆33一端；第一滑块42和第二滑块51均与杠杆32内壁滑动配合，内滑块41和第二滑块51分别通过螺纹装配在双向螺纹丝杆33两侧的双向螺纹处，从而通过手动摇动第二操作柄34能够带动双向螺纹丝杆33旋转，使得螺接在双向螺纹丝杆33两侧的内滑块41和第二滑块51分别沿着第一滑座21内壁同步相向或反向滑动，第二滑块51能够带动整个第二滑动组件5同步滑动，进而使得第二滑动组件5可以对位于试验箱主体1内基土中不同位置处埋设的模型桩6进行定位并连接，提高装置的实用性。
25.进一步地，请参阅图4、图5，内滑块41上侧开设有装配槽411，第一滑块42上侧开设有装配孔421，杠杆32的动力端上侧开设有滑行孔321，滑行孔321远离杠杆32阻力端的一端开设有端部定位孔322；定位切换组件8包括定位块81，定位块81与滑行孔321滑动配合，定位块81套设在装配槽411、装配孔421、滑行孔321之间时实现内滑块41和第一滑块42的组装，从而在摇动第二操作柄34带动内滑块41和第二滑块51同步相向或反向滑动时，第一滑块42与内滑块41保持同步、同向滑动，进而使得杠杆32的动力臂、阻力臂保持等长以便于进行拉力的计算；定位块81套设在装配孔421、端部定位孔322之间时第一滑块42与内滑块41分离并
固定在杠杆32动力端端部，从而第一滑块42不随内滑块41同步滑动，此时杠杆32的动力臂调节至最长，能够最大限度地减小拉动模型桩6所需动力，节省砝码7用量。
26.进一步地，请参阅图3-6，独立滑动件还包括侧板44和顶板45，侧板44设置固定安装在第一滑块42上表面两侧，顶板45设置在两个侧板44之间，侧板44与滑行孔321滑动配合；定位切换组件8还包括转杆82、握把83、施压板84、弹性连接件85，转杆82固定连接在定位块81上侧，握把83固定装配在转杆82顶端并位于顶板45上侧，施压板84和顶板45之间通过弹性连接件85连接，转杆82活动贯穿施压板84和顶板45。具体地，弹性连接件85可以是弹簧，在弹性连接件85处于自然拉伸状态时，施压板84下表面与定位块81上表面、杠杆32上表面相贴，定位块81下表面与装配槽411内部底面重合；在弹性连接件85处于完全收缩状态且施压板84下表面与定位块81上表面相贴时，定位块81下表面不低于杠杆32上表面。
27.请参阅图3-6，装配孔421包括中心重合的第一通孔4211和第二通孔4212，滑行孔321宽度和定位块81宽度相等，装配槽411、第一通孔4211均和定位块81轮廓一致，第二通孔4212、端部定位孔322均和定位块81绕其竖向中心轴旋转90
°
后的轮廓一致，从而在内滑块41和第一滑块42处于组合状态时（请参阅图7），定位块81依次套入滑行孔321、第一通孔4211、装配槽411内，通过向上拉动握把83，依次带动转杆82、定位块81上升，能够将施压板84上拉，弹性连接件85收缩，直至弹性连接件85处于完全收缩状态，此时内滑块41和第一滑块42之间无连接且定位块81脱离了滑行孔321的限位，转动握把83带动定位块81旋转90
°
并拉动握把83直至定位块81移动至端部定位孔322正上方，此时松开握把83使定位切换组件8的各部件复位，定位块81能够刚好依次套入端部定位孔322、第二通孔4212内，使第一滑块42固定在杠杆32动力端端部，实现杠杆32动力臂调节至最长状态（请参阅图8）。
28.进一步地，请参阅图9，试验箱主体1包括箱架11和模型箱12，箱架11包括底座111、钢架112、加劲梁113，钢架112焊接在底座111上表面两侧，其中一个钢架112上焊接有加劲梁113；模型箱12包括有机玻璃板121、可拆卸钢板122、固定钢板123，有机玻璃板121和固定钢板123分别固定装配在钢架112之间，可拆卸钢板122分别可拆卸装配在加劲梁113上，有机玻璃板121、可拆卸钢板122、固定钢板123内侧分别均匀设置有土压传感器，从而在进行抗拔加载试验时通过土压传感器能够检测模型箱12内各个位置基土所受到的挤压力度，通过有机玻璃板121能够观察模型桩6上拔时对周围基土的破坏过程，便于工作人员全面记录试验数据，且通过可拆卸钢板122便于工作人员分层对试验用土进行装填与取样，极大方便了对试验用土的分层压实以及后期对土体的取样。具体地，可拆卸钢板122可以是通过螺钉装配在相邻两个加劲梁113之间，也可以是一侧与加劲梁113通过合页铰接而另一侧通过卡扣定位。
29.进一步地，请参阅图9，箱架11还包括延伸座114和加固杆115，延伸座114设置在底座111设置有可拆卸钢板122的一侧，钢架112顶端和延伸座114之间焊接有加固杆115，第一滑座21固定安装在钢架112上端，从而通过延伸座114、加固杆115、钢架112形成三角稳定结构，加固对第一滑座21的支撑效果。
30.工作原理：在使用时，在模型箱12内的基土中埋设模型桩6，使挂钩53勾连模型桩6顶端的吊耳，手动摇动第一操作柄23，带动单向螺纹丝杆22旋转，使得螺接在单向螺纹丝杆
22上的连接滑块31沿着第一滑座21内壁滑动，进而带动整个杠杆组件3沿着第一滑座21的方向滑动；手动摇动第二操作柄34，带动双向螺纹丝杆33旋转，使得螺接在双向螺纹丝杆33两侧的内滑块41和第二滑块51分别沿着第一滑座21内壁同步相向或反向滑动，起初定位块81依次套设在滑行孔321、第一通孔4211、装配槽411之间，内滑块41和第一滑块42处于组合状态，使得第一滑块42和第二滑块51保持同步相向或反向滑动，直至第二滑块51移动至模型桩6正上方，停止操作第一操作柄23和第二操作柄34；向第一滑块42下侧连接的托盘43中逐步增加砝码7，以砝码7的重力拉动埋设在基土中的模型桩6，进行抗拔加载试验，直至模型桩6被拔起，此过程中杠杆32的动力臂、阻力臂等长，便于根据杠杆原理进行拉力的计算。
31.在试验过程中，若准备的砝码7的重量不足以拔起模型桩6，向上拉动握把83，依次带动转杆82、定位块81上升，将施压板84上拉，直至弹性连接件85处于完全收缩状态，此时内滑块41和第一滑块42之间无连接，转动握把83带动定位块81旋转90
°
并拉动握把83直至定位块81移动至端部定位孔322正上方，再松开握把83，使定位切换组件8的各部件复位，定位块81依次套入端部定位孔322、第二通孔4212内，使第一滑块42固定在杠杆32动力端端部，此时杠杆32的动力臂调节至最长状态，能够最大限度地减小拉动模型桩6所需动力，节省砝码7用量，有助于试验顺利完成。
32.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。