一種加筋土擋土墻模型試驗(yàn)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明專利設(shè)及巖±工程、道路工程技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種加筋±擋±墻模型試 驗(yàn)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 加筋±擋±墻結(jié)構(gòu)自二十世紀(jì)六十年代問(wèn)世W來(lái)得到了較快發(fā)展，在鐵路、公路、 碼頭等填筑工程中都常有應(yīng)用，其設(shè)計(jì)理論仍需進(jìn)一步研究。擋±墻的試驗(yàn)研究主要分為 原型試驗(yàn)和縮尺模型試驗(yàn)；原型試驗(yàn)最能反應(yīng)結(jié)構(gòu)真實(shí)的受力和變形情況，但是原型試驗(yàn) 需要大量的人力物力，成本昂貴，代價(jià)高，限制了其應(yīng)用?？s尺模型試驗(yàn)是研究擋±墻結(jié)構(gòu) 的重要方法，而采用縮尺模型的關(guān)鍵是合理等效模型內(nèi)部的應(yīng)力場(chǎng)。顯然在常規(guī)重力場(chǎng)下 縮尺模型內(nèi)部的應(yīng)力場(chǎng)不能反應(yīng)原型結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力場(chǎng)，因此運(yùn)種實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果不可W 用于實(shí)際工程。
[0003] 目前獲得合理等效應(yīng)力場(chǎng)的方法是增大加速度的方法，離屯、模型試驗(yàn)的原理就是 通過(guò)運(yùn)種方法等效原型結(jié)構(gòu)的應(yīng)力場(chǎng)，模型箱隨著轉(zhuǎn)臂繞旋轉(zhuǎn)中屯、旋轉(zhuǎn)，通過(guò)產(chǎn)生的離屯、 慣性力模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)的重力場(chǎng)。在離屯、模型試驗(yàn)中，由于模型內(nèi)部各個(gè)點(diǎn)所受的慣性力沿 半徑方向是不一樣的，即模型沿高度方向的受力大小是不一樣的。因此，在離屯、模型試驗(yàn)中 只有把模型做的很小才能減少運(yùn)一缺點(diǎn)，但是模型的尺寸如果太小，又限制了模型內(nèi)部傳 感器的布置，從而無(wú)法準(zhǔn)確而全面的得到模型內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變。而且，離屯、模型試驗(yàn)的設(shè) 備制造、維護(hù)和使用均較昂貴。
[0004] 因此，開(kāi)發(fā)一種既能有效反應(yīng)加筋±擋±墻結(jié)構(gòu)真實(shí)受力，又經(jīng)濟(jì)節(jié)約、便于測(cè)試 的試驗(yàn)裝置和方法是非常必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽(yáng)〇化]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種加筋± 擋±墻模型試驗(yàn)裝置；該實(shí)驗(yàn)裝置采用密度在5. 2g/cm3~7.Og/cm3、內(nèi)摩擦角在28°~ 35°的混合鋼砂填料，目的是通過(guò)增大填料密度的方法來(lái)等效應(yīng)力場(chǎng)，既能等效擋墻后填 料的受力狀態(tài)，又能有效的測(cè)出模型的受力和變形特征，填料可W重復(fù)利用，大大降低了試 驗(yàn)成本，能廣泛普及應(yīng)用。
[0006] 為解決W上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種加筋±擋±墻模型試驗(yàn) 裝置，包括模型箱、擋±墻面板、填料、豎向荷載加載系統(tǒng)W及測(cè)試系統(tǒng)；
[0007] 所述填料填充于模型箱內(nèi)，所述擋±墻面板布置在模型箱前；所述豎向荷載加載 系統(tǒng)設(shè)置于模型箱上方，給模型施加垂直壓力。
[0008] 所述填料為密度在5. 2g/cm3~7.0g/cm3、內(nèi)摩擦角在28。~35。之間的混合鋼 砂。
[0009] 進(jìn)一步的，所述模型箱包括一U型支撐架，所述U型支撐架兩側(cè)支撐端內(nèi)側(cè)設(shè)置有 鋼化玻璃；
[0010] 所述支撐架頂部設(shè)有橫梁；
[0011] 所述支撐架底部上方設(shè)有基礎(chǔ)；
[0012] 還包括一可活動(dòng)調(diào)節(jié)模型箱容積的封閉擋板，與支撐架兩側(cè)支撐端連接。
[0013] 進(jìn)一步的，所述基礎(chǔ)為采用橡膠材質(zhì)的柔性結(jié)構(gòu)。
[0014] 進(jìn)一步的，所述鋼化玻璃W及封閉擋板與所述填料的接觸面分別設(shè)有一潤(rùn)滑層， 所述潤(rùn)滑層為一尼龍塑料薄膜。
[0015] 進(jìn)一步的，所述混合鋼砂包括密度為4. 835g/cm3,內(nèi)摩擦角為35. 1。的鉛狀鋼丸 W及密度為5. 065g/cm3,內(nèi)摩擦角為18. 1。的普通鋼砂，按照1. 1 :1~1. 5 :1的比例混合。
[0016] 進(jìn)一步的，所述鉛狀鋼丸與普通鋼砂的混合比例為1. 3 :1。
[0017] 進(jìn)一步的，所述測(cè)試系統(tǒng)包括應(yīng)力測(cè)試裝置、位移測(cè)試裝置和擋墻內(nèi)部變形測(cè)試 裝置；
[0018] 所述應(yīng)力測(cè)試裝置包括設(shè)置于填料中的橫向±壓力測(cè)試裝置和豎向±壓力測(cè)試 裝置；所述橫向±壓力測(cè)試裝置包括橫向微型±壓力盒，W測(cè)定橫向±壓力；所述豎向± 壓力測(cè)試裝置包括豎向微型±壓力盒，W測(cè)定豎向±壓力；
[0019] 所述位移測(cè)試裝置包括激光位移傳感器支架W及設(shè)置在該支架上的激光位移傳 感器；
[0020] 所述擋墻內(nèi)部變形測(cè)試裝置包括設(shè)置于模型箱內(nèi)的標(biāo)記線和彩砂。
[0021] 相應(yīng)的，本發(fā)明還提出了一種加筋±擋±墻模型試驗(yàn)方法，其特征在于，包括W下 步驟：
[0022] 1)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)的處理；將基礎(chǔ)鋪設(shè)在模型箱底部，保證基礎(chǔ)的完整性，沒(méi)有縫隙； [002引。采用行吊進(jìn)行封閉面板的吊裝，就位后，將封閉面板與模型箱通過(guò)固定連接，形 成固定框架，在封閉擋板內(nèi)側(cè)涂一層潤(rùn)滑劑，并布置潤(rùn)滑層，減小填料沉降時(shí)與封閉面板之 間的摩擦阻力；在模型箱鋼化玻璃板內(nèi)壁涂W潤(rùn)滑劑，并在玻璃板內(nèi)側(cè)鋪設(shè)潤(rùn)滑層，減小箱 壁與填料摩擦的影響，達(dá)到平面應(yīng)變狀態(tài)；
[0024] 3)模型制作；將填料分層加入模型箱中，按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行壓實(shí)、布置加筋材料；
[00巧]4)安裝微型±壓力盒；±壓力盒埋設(shè)采用反開(kāi)挖方式進(jìn)行安裝，即填料高度超過(guò) ±壓力盒位置一定高度后進(jìn)行反開(kāi)挖，將壓力盒放入并回填壓實(shí)；
[00%] 5)安裝頂部豎向荷載加載裝置；填料在壓實(shí)整平后，在模型頂部安裝豎向荷載加 載系統(tǒng)，保證荷載施加均勻，給模型施加豎向荷載；
[0027] 6)安裝擋墻模型變形測(cè)試裝置；在模型制作過(guò)程中，當(dāng)模型制作到指定高度時(shí)， 在靠近鋼化玻璃板的兩側(cè)鋪設(shè)一小層彩砂，并在鋼化玻璃板外側(cè)的對(duì)應(yīng)高度用黑筆畫(huà)上一 條標(biāo)記線，試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)比彩砂的形狀和標(biāo)記線即可得到模型的變形特征；
[0028] 7)安置位移監(jiān)測(cè)儀器；側(cè)向位移和豎向沉降的監(jiān)測(cè)，在擋±墻的正面安裝激光位 移傳感器支架，將激光位移傳感器安裝在支架上，用W測(cè)量擋±墻面板的水平位移和模型 的豎向沉降。
[0029] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0030] 1.本發(fā)明采用的填料為密度在5. 2g/cm3~7.0g/cm3、內(nèi)摩擦角在28。~35。的 混合鋼砂，混合鋼砂的密度為普通砂±填料的3~4倍，內(nèi)摩擦角與普通砂相似，通過(guò)增大 填料密度的方法來(lái)等效應(yīng)力場(chǎng)，既能等效擋墻后填料的受力狀態(tài)，又能有效的測(cè)出模型的 受力和變形特征；填料可w多次重復(fù)使用，大大降低了試驗(yàn)成本。
[0031] 2.本發(fā)明能夠調(diào)整擋±墻面板類型、加筋長(zhǎng)度、加筋數(shù)量等，適用于不同工況條件 下的加筋±擋±墻模型試驗(yàn)。
[0032] 3.本發(fā)明通過(guò)調(diào)整模型頂部荷載大小，能夠模擬不同填±荷載等級(jí)條件下的加筋 ±擋±墻模型。
[003引4.本發(fā)明所采用的模型箱具有很大的側(cè)向剛度，側(cè)向變形很小，可W很好的模擬 平面應(yīng)變狀態(tài)；
【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1為本發(fā)明試驗(yàn)裝置模型箱的正視圖；
[0035] 圖2為本發(fā)明試驗(yàn)裝置模型箱的側(cè)視圖；
[0036]圖3為本發(fā)明試驗(yàn)裝置模型箱的俯視圖；
[0037] 圖4為本發(fā)明試驗(yàn)裝置正視圖；
[003引圖5為本發(fā)明試驗(yàn)裝置側(cè)面剖視圖。
[0039] 附圖中：1、模型箱，2、鋼化玻璃，3、橫梁，4、支撐架，5、擋±墻面板，6、封閉擋板，7、 填料，8、加筋材料，9、潤(rùn)滑層，10、豎向荷載加載系統(tǒng)，11、豎向微型±壓力盒，12、橫向微型 ±壓力盒，13、激光位移傳感器支架，14、激光位移傳感器，15、基礎(chǔ)。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步描述。
[0041] 參照附圖4-圖5所示，一種加筋±擋±墻模型試驗(yàn)裝置，包括模型箱1、擋±墻面 板5、填料7、豎向荷載加載系統(tǒng)10W及測(cè)試系統(tǒng)。
[00創(chuàng)所述填料7填充于模型箱1內(nèi)，所述擋±墻面板5布置在模型箱1前；所述豎向荷 載加載系統(tǒng)10設(shè)置于模型箱1上方，給模型施加垂直壓力。測(cè)試系統(tǒng)包括應(yīng)力測(cè)試裝置、 位移測(cè)試裝置和擋墻內(nèi)部變形測(cè)試裝置。
[0043] 參照?qǐng)D1-圖3所示，所述模型箱1包括一U型支撐架4,所述U型支撐架4兩側(cè)支 撐端內(nèi)側(cè)設(shè)置有鋼化玻璃2;
[0044] 所述支撐架4頂部設(shè)有兩根工字型橫梁3;
[0045] 所述支撐架4底部上方設(shè)有基礎(chǔ)15,所述基礎(chǔ)15為采用橡膠墊的柔性結(jié)構(gòu)。
[0046] 還包括一可活動(dòng)調(diào)節(jié)模型箱1容積的封閉擋板6,與支撐架4兩側(cè)支撐端通過(guò)螺栓 固定連接。
[0047] 所述支撐架4與橫梁3為鋼材質(zhì)。
[0048] 所述擋±墻面板5由預(yù)制混凝±分塊面板組成，其具體尺寸應(yīng)根據(jù)模型的尺寸與 相似比關(guān)系進(jìn)行調(diào)整；所述封閉擋板6用Q235鋼板制成。
[0049] 所述鋼化玻璃2W及封閉擋板6與所述填料7的接觸面分別設(shè)有一潤(rùn)滑層9,用來(lái) 減小摩擦，減小對(duì)填料7沉降的約束，所述潤(rùn)滑層9為一尼龍塑料薄膜。
[0050] 所述豎向荷載加載系統(tǒng)10可W是堆載加壓，也可W是千斤頂加壓，給模型施加垂 直壓力。
[0051] 所述測(cè)試系統(tǒng)包括應(yīng)力測(cè)試裝置、位移測(cè)試裝置和擋墻內(nèi)部變形測(cè)試裝置，所述 應(yīng)力測(cè)試裝置包括橫向±壓力測(cè)試裝置和豎向±壓力測(cè)試裝置；所述橫向±壓力測(cè)試裝置 包括橫向微型±壓力盒12,W測(cè)定橫向±壓力；所述豎向±壓力測(cè)試裝置包括豎向微型± 壓力盒11，W測(cè)定豎向上壓力。
[0052] 所述位移測(cè)試裝置包括擋墻面板水平位移測(cè)試結(jié)構(gòu)和模型豎向沉降測(cè)試結(jié)構(gòu)，所 述水平位移測(cè)試結(jié)構(gòu)和豎向沉降測(cè)試結(jié)構(gòu)包括激光位移傳感器支架13、激光位移傳感器 1