1.本实用新型涉及一种允许法向冻胀位移的装置，具体涉及一种测试土质边坡防护结构允许法向冻胀位移的装置，属于水利工程土质边坡防护结构冻害防治领域。
背景技术：
2.寒区土质边坡防护结构的冻害，主要因为基土非均匀冻胀造成防护结构过大变位。为避免冻害发生，寒区水工建筑物抗冻设计时，选择允许法向冻胀位移作为控制指标。允许法向冻胀位移值是指防护结构在基土冻胀、融沉作用下，不产生累积残余位移的允许值，即基土法向冻胀位移不大于此值时，防护结构能满足设计和正常使用的要求。现行抗冰冻设计规范中，对混凝土、浆砌石和沥青混凝土允许法向冻胀位移值进行了规定，数值是综合我国北方各地的工程观测的成果提出的。
3.随着水利科技进步与发展，诸如胶结土、混凝土铰接块及雷诺垫等新型边坡防护结构不断出现，这些结构的允许法向冻胀位移没有规范可依。而且，目前实验室条件下，尚没有测试土质边坡防护结构允许法向冻胀位移的方法。上述原因导致新型土质边坡防护结构在寒区水利工程中的设计、应用和推广受到限制。
技术实现要素：
4.本实用新型的目的是为了解决由于目前实验室条件下，尚没有测试土质边坡防护结构允许法向冻胀位移的装置和方法，导致土质边坡防护结构在寒区水利工程中的设计、应用和推广受到限制。进而提供一种测试土质边坡防护结构允许法向冻胀位移的装置。
5.本实用新型的技术方案是：一种测试土质边坡防护结构允许法向冻胀位移的装置，它包括土质边坡基土不均匀冻胀、融沉变形模拟装置和防护结构位移测试装置a，防护结构位移测试装置a安装在土质边坡基土不均匀冻胀、融沉变形模拟装置的正上方，并用来测试土质边坡防护结构的位移；土质边坡基土不均匀冻胀、融沉变形模拟装置包括托板、支架、托盘倾斜调整组件、环架、多个环凸组件和环凸升降控制组件，托板为矩形托盘，支架的上部偏心转动安装在托板长度方向的两端，托盘倾斜调整组件安装在支架上，且托盘倾斜调整组件的升降部与托板长度方向的下端面端部连接，环架安装在托板内，环架由多个环形体由内至外依次套装而成，每间隔一个环形体的下端面上安装有多个环凸组件，安装在同一个环形体上的相邻两个环凸组件呈轴对称布置，环架下端面上的多个环凸组件相错排布，环凸升降控制组件安装在托板的下方，且环凸升降控制组件与最内环的环形体连接，通过环凸组件的逐级带动下，使环架形成环形山丘状。
6.本实用新型与现有技术相比具有以下效果：
7.1、本实用新型的一种测试土质边坡防护结构允许法向冻胀位移的装置，能够模拟《水工建筑物抗冰冻设计规范》(gb/t 50662)中全部冻胀级别(ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ和
ⅴ
)的基土冻胀量，且同时实现边坡基土非均匀冻胀、融沉变形的模拟。并通过模拟边坡基土非均匀冻胀、融沉过程中，防护结构的累积残余位移的精准测试，获取土质边坡防护结构允许法向冻
胀位移值。
8.2、本实用新型实现了不同冻胀级别边坡基土非均匀冻胀、融沉变形的模拟，从而精准测试土质边坡防护结构允许法向冻胀位移值，指导寒区水利工程土质边坡防护结构抗冻胀优化设计，有效防治寒区水利工程土质边坡防护结构冻融破坏。进而解决了现有土质边坡防护结构在寒区水利工程中的设计、应用和推广受到限制和影响的问题。
附图说明
9.图1是本实用新型的主视图，图2是图1的侧视图。图3是图1的俯视图，图4是图3沿a-a处的剖视图，图5是本实用新型的整体结构示意图，图6是环凸组件5安装在环架4上的示意图。
具体实施方式
10.本实用新型技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。
11.具体实施方式一：结合图1～图6说明本实施方式，本实施方式一种测试土质边坡防护结构允许法向冻胀位移的装置，它包括土质边坡基土不均匀冻胀、融沉变形模拟装置和防护结构位移测试装置a，防护结构位移测试装置a安装在土质边坡基土不均匀冻胀、融沉变形模拟装置的正上方，并用来测试土质边坡防护结构的位移；
12.土质边坡基土不均匀冻胀、融沉变形模拟装置包括托板1、支架2、托盘倾斜调整组件3、环架4、多个环凸组件5和环凸升降控制组件6，托板1为矩形托盘，支架2的上部偏心转动安装在托板1长度方向的两端，托盘倾斜调整组件3安装在支架2上，且托盘倾斜调整组件3的升降部与托板1长度方向的下端面端部连接，环架4安装在托板1内，环架4由多个环形体由内至外依次套装而成，每间隔一个环形体的下端面上安装有多个环凸组件5，安装在同一个环形体上的相邻两个环凸组件5呈轴对称布置，环架4下端面上的多个环凸组件5相错排布，环凸升降控制组件6安装在托板1的下方，且环凸升降控制组件6与最内环的环形体连接，通过环凸组件5的逐级带动下，使环架4形成环形山丘状。
13.本实施方式的防护结构位移测试装置a包括框架和三维地形测量系统，三维地形测量系统由横向移动组件、垂向移动组件、纵向移动组件、轨道组件、供电组件、地形测量组件、综合控制箱、客户端和系统软件等组成，用以实现防护结构位移的实时、自动化测量，测量精度为
±
1mm。该防护结构位移测试装置a为现有技术。
14.本实施方式的环架4嵌入于托板1中，支撑杆其中一端与环架4最内环的环形体铰接，另一端与丝杠螺母组件(指螺母安装座)铰接，丝杠螺母有两枚，其中一枚左旋，另一枚右旋，并且与滚珠丝杠进行旋合，通过回转滚珠丝杠(指第二丝杠)，环架4能够向上进给或者向下返回，通过调整托盘倾斜调整组件3能够调节顶部托架与机架之间的角度，模拟各种不同倾斜角度的护坡的实验。
15.具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的托盘倾斜调整组件3包括第一丝杠3-1、滑套3-2和螺母3-3，滑套3-2竖直安装在支架2上，螺母3-3安装在滑套3-2的上端，第一丝杠3-1的一端竖直旋拧在螺母3-3上之后伸入到滑套3-2内，第一丝杠3-1的另一端与托板1连接，通过对第一丝杠3-1的旋拧高度调节实现托板1的倾斜。如此设置，便
于灵活调整托板1的倾斜角度，其他结构和组成与具体实施方式一相同。
16.具体实施方式三：结合图4说明本实施方式，本实施方式的环凸组件5包括连接座5-1和螺栓5-2，连接座5-1上部与环形体连接，螺栓5-2旋拧在连接座5-1上。如此设置，结构简单，连接方便，便于灵活的根据实际需要随时调整螺栓端部与环形体下端面之间的距离，通过该距离能够调整环形体向上凸起的高度。其他结构和组成与具体实施方式一或二相同。
17.具体实施方式四：结合图4说明本实施方式，本实施方式的连接座5-1为“l”形座。如此设置，“l”形座的竖直段上端与环形体下端面连接，“l”形座的水平段便于螺栓插装和调整。其他结构和组成与具体实施方式一至三中任意一项相同。
18.具体实施方式五：结合图4说明本实施方式，本实施方式的螺栓5-2旋拧在“l”形座的水平段上，不同的环形体上螺栓5-2与环形体下端面之间的距离相等或不等，同一个环形体上的多个螺栓5-2与环形体下端面之间的距离相等。如此设置，“l”形座的竖直段上端与环形体下端面连接，“l”形座的水平段便于螺栓插装和调整。其他结构和组成与具体实施方式一至三中任意一项相同。
19.具体实施方式六：结合图1、图2和图6说明本实施方式，本实施方式的环凸升降控制组件6包括底座6-1、两个螺母安装座6-2、第二丝杠6-3、丝杠架6-4、连接架6-6和两组支撑杆6-5，底座6-1安装在托板1的下端，丝杠架6-4竖直安装在底座6-1上，第二丝杠6-3水平安装在丝杠架6-4上，两个螺母安装座6-2分别安装在丝杠架6-4左右两侧的第二丝杠6-3上，每组支撑杆6-5包括上支撑杆和下支撑杆，上支撑杆的一端转动安装在一个螺母安装座6-2的上部，上支撑杆的另一端转动安装在位于环形体下端的连接架6-6上，下支撑杆的一端转动安装在一个螺母安装座6-2的下部，下支撑杆的另一端转动安装在底座6-1上，两组支撑杆6-5相对于丝杠架6-4左右对称布置。如此设置，便于灵活的调整环架凸起的高度。其他结构和组成与具体实施方式一至五中任意一项相同。
20.本实用新型采用滚珠丝杠定位精度高，省力。
21.本实用新型顶部托板1左右各凸出轴头一处，轴头坐入支架2的轴座中，托板1。通过调节丝杠，可以使顶部托板1整体张起一定角度，能够模拟出土质边坡及防护结构不同的倾斜角度。
22.本实用新型通过旋转滚珠丝杆，支撑杆角度发生变化，带动最小一环上升，上升至限位高度后第二环升起，以此类推。
23.具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式的第二丝杠6-3为旋向相反的丝杠。如此设置，便于同时将一个环形体的两端抬起。其他结构和组成与具体实施方式一至六中任意一项相同。
24.具体实施方式八：结合图1～图6说明本实施方式，本实施方式的允许法向冻胀位移测试方法，它包括以下步骤：
25.步骤一：在托板1的槽内按照设计好的含水率及干密度填筑20cm边坡基土；
26.步骤二：调整托盘倾斜调整组件3，按照边坡的坡比，将托板1调至设计的倾斜角度；
27.步骤三：按照设计要求，在边坡基土上铺设边坡防护结构；
28.步骤四：启动土质边坡基土不均匀冻胀、融沉变形模拟装置正上方框架上的防护
结构位移测试装置a，测量获取边坡防护结构的三维地形参数；
29.步骤五：根据基土的冻胀级别，调整固定在每个环形体上的4个限位螺栓距离环形体下端面的间距位置；
30.步骤六：通过第二丝杠6-3上的把手，顺时针旋转第二丝杠6-3，第二丝杠6-3依次带动螺母安装座6-2、两组支撑杆6-5及最内环的环形体，当最内环的环形体上升至设定限位时，带动套装在最内环的环形体上的第二环形体升起，以此类推，直到累积抬升高度达到预先设定的基土不均匀冻胀变形为止，完成基土非均匀冻胀变形的模拟；
31.步骤七：通过把手逆时针旋转第二丝杠6-3，依次带动螺母安装座6-2、两组支撑杆6-5及环架4，环架4由外及内逐渐恢复至原位置，完成基土非均匀融沉变形的模拟；
32.步骤八：根据基土非均匀冻胀、融沉变形模拟过程中，三维地形测量系统的测试结果，得到边坡防护结构位移变化过程，以不产生累积残余位移为准：
33.若产生累积残余位移，该冻胀变形为防护结构不可允许的冻胀变形，反之亦然。
34.具体实施方式九：结合图1说明本实施方式，本实施方式的第二丝杠6-3和螺母安装座6-2为滚珠丝杠和滚珠螺母安装座。如此设置，传动精度高。其他结构和组成与具体实施方式一至八中任意一项相同。