本实用新型属于土工试验附属设备技术领域，尤其是涉及一种可以循环施加梯形荷载的加载装置。
背景技术：
在土工离心模型试验中，如何准确模拟大型堆场荷载一直是工程师和科研人员难以解决的问题。传统的方法是，在液压油缸油缸杆的端头装有刚性加载平板，通过液压油缸的下压来模拟堆载，但是此种方法模拟的是整个区域受力都相同的均布荷载，与实际堆场的中间大两侧小的梯形荷载有所不同，同时现有的方法地基土层被压后的沉降面是水平的平面，与实际堆场的“碗状”曲面的沉降面也不同，不符合实际情况，从而造成试验结果的不准确。因此，需要研制一种可以循环施加梯形荷载的加载装置来解决这一问题。
技术实现要素：
本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种可以循环施加梯形荷载的加载装置，该装置能够精确模拟梯形荷载的循环施加过程，灵活适应地基土体模型的变形。
本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种可以循环施加梯形荷载的加载装置，包括固装在土工试验模型箱顶部的加载横梁、固定在所述加载横梁上的油缸固定板和垂直安装在所述油缸固定板上的液压油缸，所述液压油缸的输出端伸入至土工试验模型箱内，在所述液压油缸的输出端上垂直固接有矩形悬挂板，在所述悬挂板的下方设有与其连接的梯形荷载堆体，所述梯形荷载堆体采用棱台结构，横截面为矩形，顶面与所述悬挂板适配，设有多层加载单体，所述加载单体采用棒状结构并沿土工试验模型箱的宽度延伸，每层加载单体设有左右并列的多根所述加载单体，同层左右相邻的两根所述加载单体采用单向铰链连接，各层加载单体呈向上弯曲的卷帘状，相邻两层加载单体间设有与设定层间环向变形位移量最大值匹配的间隔，所述加载单体上下成列设置，上下成一列的加载单体两端采用钢丝绳串接在一起，位于所述悬挂板下方的钢丝绳挂在所述悬挂板上，在所述加载单体的两端设有上伸的邻层轴向限位挡板。
所述加载单体采用空心结构，内部设有配重室，所述配重室的顶部设有灌注口，所述灌注口设有密封盖。
所述加载单体的横断面为矩形。
在所述加载单体的底部两角处设有倒角结构。
所述邻层轴向限位挡板固接在所述加载单体的端面上。
在所述邻层轴向限位挡板上设有连接端头，在所述连接端头内穿装有相应的钢丝绳，二者采用顶丝ⅱ固定。
位于所述悬挂板下方的钢丝绳上端穿越所述悬挂板，并套装限位套，所述限位套与其内部钢丝绳采用顶丝ⅰ固接。
所述加载横梁位置可调地装配在两根轨道上，两根所述轨道设置在土工试验模型箱顶部，并沿土工试验模型箱长度方向延伸。
本实用新型具有的优点和积极效果是：
1)可以通过改变加载单体的层数和单层加载单体中加载单体的数量来调整加载区域范围和梯形荷载的形状。
2)可以通过向加载单体中添加不同的液体或散体材料来调整加载力的大小。
3)上下层加载单体之间通过钢丝绳连接，既能满足强度要求，还能允许上下层之间相互左右错动。
4)各层加载单体可以向上弯曲成卷帘状，不可向下弯曲，以便液压油缸向上提升卸载时，加载单体可以顺利离开下部的地基土体模型。加之各层加载单体间留有间隔以及各层加载单体采用钢丝绳连接，因此梯形荷载堆体可以精确模拟梯形荷载的循环施加过程，灵活适应地基的变形。
综上所述，本实用新型通过采用梯形荷载堆体，底部加载面可以随着地基产生凹陷变形，可以实现加载和卸载的循环作用，能够精确模拟梯形荷载的循环施加过程，结构简单、操作方便，可以节省时间，能够提高工作效率。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的梯形荷载堆体结构示意图；
图3为本实用新型的加载单体结构示意图；
图4为本实用新型的单向铰链结构示意图；
图5为本实用新型的梯形荷载堆体底部加载面产生向上弯曲变形的结构示意图。
图中：1、矩形悬挂板；2、钢丝绳；3、限位套；4、顶丝ⅰ；5、加载单体；5-1、灌注口；5-2、密封盖；5-3、邻层轴向限位挡板；5-4、连接端头；5-5、铰链轴孔；6、单向铰链；6-1、铰链轴孔；7、液压油缸；8、油缸固定板；9、加载横梁；10、轨道；11、土工试验模型箱；12、地基土体模型；13、顶丝ⅱ。
具体实施方式
为能进一步了解本实用新型的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1～图5，一种可以循环施加梯形荷载的加载装置，包括固装在土工试验模型箱11顶部的加载横梁9、固定在所述加载横梁9上的油缸固定板8和垂直安装在所述油缸固定板8上的液压油缸7，所述液压油缸7的输出端伸入至土工试验模型箱11内，在所述液压油缸7的输出端上垂直固接有矩形悬挂板1，在所述悬挂板1的下方设有与其连接的梯形荷载堆体。
所述梯形荷载堆体采用棱台结构，横截面为矩形，顶面与所述悬挂板1适配，设有多层加载单体，所述加载单体5采用棒状结构并沿土工试验模型箱11的宽度延伸，每层加载单体设有左右并列的多根所述加载单体5，同层左右相邻的两根所述加载单体5采用单向铰链6连接，各层加载单体呈向上弯曲的卷帘状，不可向下弯曲，以便液压油缸向上提升卸载时，加载单体可以顺利离开下部的地基土体模型12。
在加载单体5设有铰链轴孔5-5，在单向铰链6上设有铰链轴孔6-1，连接时，采用铰链轴穿装在铰链轴孔5-5和6-1内。
相邻两层加载单体间设有与设定层间环向变形位移量最大值匹配的间隔，所述加载单体5上下成列设置，上下成一列的加载单体5两端采用钢丝绳2串接在一起，位于所述悬挂板1下方的钢丝绳2挂在所述悬挂板1上，在所述加载单体5的两端设有上伸的邻层轴向限位挡板5-3，用于防止各层加载单体5沿其轴向发生错动，当所述梯形荷载堆体落放在地基土体模型12上时，底部加载面及每层加载单体可以向上弯曲，加载时可以适应地基土体模型的变形。
在本实施例中，所述加载单体5采用空心结构，采用尼龙材质，内部设有配重室，所述配重室的顶部设有灌注口5-1，所述灌注口5-1设有密封盖5-2，通过所述灌注口5-1可以向配重室内加注密度不同的液体或散体颗粒实现不同力的加载。
在本实施例中，所述加载单体5的横断面为矩形，便于堆放。在所述加载单体5的底部两角处设有倒角结构，便于堆体产生变形。
在本实施例中，所述邻层轴向限位挡板5-3固接在所述加载单体5的端面上，结构简单，便于安装。在所述邻层轴向限位挡板5-3上设有连接端头5-4，在所述连接端头5-4内穿装有相应的钢丝绳2，二者采用顶丝ⅱ13固定，便于连接，便于调整。
在本实施例中，位于所述悬挂板1下方的钢丝绳5上端穿越所述悬挂板1，并套装限位套3，所述限位套3与其内部钢丝绳5采用顶丝ⅰ4固接，结构简单，便于拆装。
在本实施例中，所述加载横梁8位置可调地装配在两根轨道10上，两根所述轨道10设置在土工试验模型箱11顶部，并沿土工试验模型箱11长度方向延伸。上述结构可使梯形荷载堆体的左右位置可调。
本实用新型的工作过程：
1)试验前，根据设定加载区域尺寸，确定加载单体5及单向铰链6的尺寸和数量。
2)根据设定加载力的大小，向加载单体5的配重室内灌入适量的液体或其他散体材料，盖紧密封盖5-2。
3)将每层的加载单体5采用单向铰链6连接在一起，形成卷帘状卷起来。此时各层加载单体只可向上弯曲，不可向下弯曲。
4)将各层加载单体通过竖直的钢丝绳串联起来，且每层加载单体之间预留一定间隔量，拧紧顶丝ⅰ。
5)将矩形悬挂板1安装在液压油缸7的输出端上。
6)将位于悬挂板1下方的钢丝绳2穿过悬挂板1，并采用顶丝ⅱ与限位套固接，钢丝绳2通过限位套3挂在悬挂板1上。
7)将整套梯形荷载堆体安装在地基土体模型12上方。
8)调节液压油缸，使位于梯形荷载堆体底部的加载面悬于地基土体模型12之上5mm高度位置。
9)启动土工离心机，待加速度稳定后，控制液压油缸7下伸至各层加载单体从下至上依次堆叠，直至所有加载单体5的重量都作用到地基土体模型12上，至此加载过程已经完成了。
10)待加载时间达到要求后，控制液压油缸7上提，各层加载单体从上至下依次逐渐脱离下部堆叠结构，直至所有加载单体完全离开地基土体模型12的顶面呈悬空的状态，至此卸载过程已经完成了。
11)重复步骤9)和步骤10)的过程，完成循环加载的模拟试验。
尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。
1.一种可以循环施加梯形荷载的加载装置，其特征在于，包括固装在土工试验模型箱顶部的加载横梁、固定在所述加载横梁上的油缸固定板和垂直安装在所述油缸固定板上的液压油缸，所述液压油缸的输出端伸入至土工试验模型箱内，在所述液压油缸的输出端上垂直固接有矩形悬挂板，在所述悬挂板的下方设有与其连接的梯形荷载堆体，
所述梯形荷载堆体采用棱台结构，横截面为矩形，顶面与所述悬挂板适配，设有多层加载单体，所述加载单体采用棒状结构并沿土工试验模型箱的宽度延伸，每层加载单体设有左右并列的多根所述加载单体，同层左右相邻的两根所述加载单体采用单向铰链连接，各层加载单体呈向上弯曲的卷帘状，
相邻两层加载单体间设有与设定层间环向变形位移量最大值匹配的间隔，所述加载单体上下成列设置，上下成一列的加载单体两端采用钢丝绳串接在一起，位于所述悬挂板下方的钢丝绳挂在所述悬挂板上，在所述加载单体的两端设有上伸的邻层轴向限位挡板。
2.根据权利要求1所述的可以循环施加梯形荷载的加载装置，其特征在于，所述加载单体采用空心结构，内部设有配重室，所述配重室的顶部设有灌注口，所述灌注口设有密封盖。
3.根据权利要求1所述的可以循环施加梯形荷载的加载装置，其特征在于，所述加载单体的横断面为矩形。
4.根据权利要求3所述的可以循环施加梯形荷载的加载装置，其特征在于，在所述加载单体的底部两角处设有倒角结构。
5.根据权利要求1所述的可以循环施加梯形荷载的加载装置，其特征在于，所述邻层轴向限位挡板固接在所述加载单体的端面上。
6.根据权利要求5所述的可以循环施加梯形荷载的加载装置，其特征在于，在所述邻层轴向限位挡板上设有连接端头，在所述连接端头内穿装有相应的钢丝绳，二者采用顶丝ⅱ固定。
7.根据权利要求1所述的可以循环施加梯形荷载的加载装置，其特征在于，位于所述悬挂板下方的钢丝绳上端穿越所述悬挂板，并套装限位套，所述限位套与其内部钢丝绳采用顶丝ⅰ固接。
8.根据权利要求1所述的可以循环施加梯形荷载的加载装置，其特征在于，所述加载横梁位置可调地装配在两根轨道上，两根所述轨道设置在土工试验模型箱顶部，并沿土工试验模型箱长度方向延伸。
技术总结