本申请属于土木工程中地基模拟分析试验，具体涉及一种地基长期变形机理的模拟装置及模拟方法，用于模拟和研究红层软岩地基在复杂应力和湿水条件下的长期变形行为。
背景技术：
1、红层软岩地基在我国西南地区的高速公路建设中十分常见，其主要以泥岩、砂质泥岩、泥质粉砂岩、砂岩等软岩为主，具有低强度、高含水性和显著的蠕变特性，使得在荷载作用下，长期变形问题尤为突出。在红层软岩区修建高速公路路基时，往往由于软岩的膨胀性和流变性而产生长期隆起变形，严重影响高速公路的平整性、安全性和耐久性，潜在的红层软岩路基隆起问题不可忽视。因此，如何准确模拟和分析红层软岩地基的长期变形行为，成为土木工程领域的重要研究课题。
2、高速公路红层软岩路基隆起问题从软岩地基变形机理上看，是由于路堑开挖后，基底下一定区域内岩体上覆自重应力卸除，应力场调整引起基底岩体侧向应力增大、竖向应力减小，加之红层软岩吸水膨胀等因素综合长期作用，是一种长期、持续的超限变形病害。然而，由于红层软岩复杂的物理力学特性，尤其是天然岩体在工程开挖扰动、大气环境、行车荷载等长期作用下的由膨胀、流变耦合引起的变形过程十分复杂，目前针对红层软岩的研究多集中在材料力学特性及短期变形规律的分析上，而对其在长期荷载作用下的变形机理尚缺乏有效的实验装置和方法。传统的土工试验装置多用于短期加载条件下的土壤力学性能测试，难以满足长期、大范围变形分析的需求。同时，现有的数值模拟方法在处理红层软岩的复杂蠕变特性时，因缺乏合适的实验数据支撑，往往存在较大误差。
3、因此，研发一种能够在复杂应力和湿水条件下，稳定、准确地模拟红层软岩地基长期变形机理的试验装置及其相应的试验方法，对于提高高速公路红层软岩路基的设计与施工水平具有重要的意义。这种模拟装置及模拟方法的研发，将有助于深入理解红层软岩在长期荷载下的变形规律，优化路基设计，降低工程风险，并为相关工程提供可靠的技术支撑。
技术实现思路
1、本申请的目的在于：本申请提供了一种地基长期变形机理的模拟装置及模拟方法，其扩力效果好、操作简单，可长时间输出稳定压力，可用于复杂应力和湿水条件下红层软岩地基长期变形机理模拟，解决了传统模拟装置不能应用于长期变形机理试验模拟的问题。
2、本申请目的通过下述技术方案来实现：
3、一种地基长期变形机理的模拟装置，包括框架，框架上设有杠杆加载机构、侧向力测量机构和机理模拟机构，杠杆加载机构分别对侧向力测量机构和机理模拟机构加载作用力。
4、进一步的，所述的杠杆加载机构包括一级杠杆和二级杠杆，一级杠杆和二级杠杆均铰接在框架上，一级杠杆分别通过加载组件对侧向力测量机构和机理模拟机构加载作用力，一级杠杆与二级杠杆之间铰接有连接杆，二级杠杆上设有加荷砝码端。
5、进一步的，所述的一级杠杆通过第一横轴铰接在框架的第一挂耳上，二级杠杆通过第一横轴铰接在框架的第二挂耳上，一级杠杆和二级杠杆均通过第三横轴与连接杆铰接。
6、进一步的，所述的一级杠杆和二级杠杆均位于同一纵向立面内，一级杠杆和二级杠杆的铰接轴线均为横向水平线，一级杠杆上加载组件的力臂小于连接杆的力臂，二级杠杆上连接杆的力臂小于加荷砝码端的力臂。
7、进一步的，所述的加载组件包括加载杆和加载块，加载杆铰接在一级杠杆上，加载杆与加载块连接，加载块对侧向力测量机构或机理模拟机构加载作用力。
8、进一步的，所述的加载杆通过第二横轴铰接在一级杠杆上。
9、进一步的，所述的加荷砝码端包括第一加荷砝码端和第二加荷砝码端，二级杠杆上与加荷砝码端相对的一端还设有平衡砝码端。
10、进一步的，所述的侧向力测量机构包括上开口的第一容器，第一容器的上开口处设有承压板，承压板的上方设有第一压头，第一容器的内壁设有第一压力传感器。
11、进一步的，所述的机理模拟机构包括上开口和侧开口的第二容器，第二容器上还设有注水槽，注水槽通过过水孔与第二容器连通，第二容器的过水孔处设有透水石，第二容器的侧开口处设有传力块，侧向力施力件对传力块加载作用力，侧向力施力件与传力块之间设有第二压力传感器，第二容器的上开口设有千分表和第二压头。
12、进一步的，所述的侧向力测量机构和机理模拟机构均固定在框架的安置板上，安置板上设有相对的挡座，挡座之间连接有挡座拉杆，机理模拟机构夹设在相对的挡座之间。
13、一种地基长期变形机理的模拟方法，采用上述的地基长期变形机理的模拟装置，包括侧向力测量试验和机理模拟试验；
14、侧向力测量试验：将第一试件放入侧向力测量机构的第一容器内，调节杠杆加载机构与侧向力测量机构的第一压头接触，通过第一容器内壁的第一压力传感器测量软岩侧压力值，逐层进行软岩侧向力测量，从第二层起计算每层软岩上覆自重应力，计算公式为：
15、p=γhs；
16、其中，p为软岩上覆自重应力，kn；γ为软岩重度，kn/m3；h为每一层软岩上覆岩层厚度，m；s为试件受压面积，m2；
17、然后根据杠杆比换算，在杠杆加载机构的加荷砝码端加上相应砝码，杠杆加载机构对第一压头加载上覆自重力，观察第一压力传感器并记录侧压力值；
18、机理模拟试验：将第二试件放入机理模拟机构的第二容器内，根据是否为湿水条件在第二容器的注水槽内注水或不注水，调节杠杆加载机构与机理模拟机构的第二压头接触，机理模拟机构的传力块与第二试件接触，将机理模拟机构的千分表放置在第二试件上，通过千分表测量软岩位移值，逐层进行软岩位移量测量，侧向力施力件通过传力块向第二试件施加软岩侧向力，在杠杆加载机构的加荷砝码端加上相应砝码，杠杆加载机构对第二压头加载上覆附加力，观察千分表并记录位移值。
19、本申请的有益效果：
20、1、能够在复杂应力和湿水条件下，稳定、准确地模拟红层软岩地基的长期变形行为，为路基设计和工程施工提供科学依据。
21、2、采用两级杠杆，扩力效果显著，能够长期输出稳定压力，适用于长时间的试验需求。
22、3、整体构造简单、易于操作、造价低廉，后期易于维护，适合在工程实验室广泛推广应用。
23、前述本申请主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本申请可采用并要求保护的方案；且本申请，（各非冲突选择）选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本申请方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本申请所要保护的技术方案，在此不做穷举。
1.一种地基长期变形机理的模拟装置，包括框架（1），其特征在于：所述的框架（1）上设有杠杆加载机构（2）、侧向力测量机构（3）和机理模拟机构（4），杠杆加载机构（2）分别对侧向力测量机构（3）和机理模拟机构（4）加载作用力。
2.根据权利要求1所述的地基长期变形机理的模拟装置，其特征在于：所述的杠杆加载机构（2）包括一级杠杆（201）和二级杠杆（207），一级杠杆（201）和二级杠杆（207）均铰接在框架（1）上，一级杠杆（201）分别通过加载组件对侧向力测量机构（3）和机理模拟机构（4）加载作用力，一级杠杆（201）与二级杠杆（207）之间铰接有连接杆（206），二级杠杆（207）上设有加荷砝码端。
3.根据权利要求2所述的地基长期变形机理的模拟装置，其特征在于：所述的一级杠杆（201）通过第一横轴（202）铰接在框架（1）的第一挂耳（101）上，二级杠杆（207）通过第一横轴（202）铰接在框架（1）的第二挂耳（102）上，一级杠杆（201）和二级杠杆（207）均通过第三横轴（211）与连接杆（206）铰接。
4.根据权利要求2或3所述的地基长期变形机理的模拟装置，其特征在于：所述的一级杠杆（201）和二级杠杆（207）均位于同一纵向立面内，一级杠杆（201）和二级杠杆（207）的铰接轴线均为横向水平线，一级杠杆（201）上加载组件的力臂小于连接杆（206）的力臂，二级杠杆（207）上连接杆（206）的力臂小于加荷砝码端的力臂。
5.根据权利要求2所述的地基长期变形机理的模拟装置，其特征在于：所述的加载组件包括加载杆（203）和加载块（204），加载杆（203）铰接在一级杠杆（201）上，加载杆（203）与加载块（204）连接，加载块（204）对侧向力测量机构（3）或机理模拟机构（4）加载作用力。
6.根据权利要求2或5所述的地基长期变形机理的模拟装置，其特征在于：所述的加荷砝码端包括第一加荷砝码端（209）和第二加荷砝码端（210），二级杠杆（207）上与加荷砝码端相对的一端还设有平衡砝码端（208）。
7.根据权利要求1所述的地基长期变形机理的模拟装置，其特征在于：所述的侧向力测量机构（3）包括上开口的第一容器（301），第一容器（301）的上开口处设有承压板（302），承压板（302）的上方设有第一压头（303），第一容器（301）的内壁设有第一压力传感器（304）。
8.根据权利要求1或7所述的地基长期变形机理的模拟装置，其特征在于：所述的机理模拟机构（4）包括上开口和侧开口的第二容器（401），第二容器（401）上还设有注水槽（402），注水槽（402）通过过水孔与第二容器（401）连通，第二容器（401）的过水孔处设有透水石（403），第二容器（401）的侧开口处设有传力块（405），侧向力施力件（404）对传力块（405）加载作用力，侧向力施力件（404）与传力块（405）之间设有第二压力传感器（406），第二容器（401）的上开口设有千分表（407）和第二压头（408）。
9.根据权利要求8所述的地基长期变形机理的模拟装置，其特征在于：所述的侧向力测量机构（3）和机理模拟机构（4）均固定在框架（1）的安置板（103）上，安置板（103）上设有相对的挡座（104），挡座（104）之间连接有挡座拉杆（105），机理模拟机构（4）夹设在相对的挡座（104）之间。
10.一种地基长期变形机理的模拟方法，采用权利要求1~9任一所述的地基长期变形机理的模拟装置，其特征在于：包括侧向力测量试验和机理模拟试验；
