可實(shí)時(shí)量測擋土墻平動(dòng)時(shí)有限填土壓力及位移變化的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種土木工程土工模型試驗(yàn)裝置，特別是一種可實(shí)時(shí)量測擋土墻平動(dòng)時(shí)有限填土壓力及位移變化的裝置，應(yīng)用于巖土工程的土工試驗(yàn)。
【背景技術(shù)】
[0002]作用于結(jié)構(gòu)物上的土壓力計(jì)算是巖土工程學(xué)科工程設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題。經(jīng)典庫倫、朗肯土壓力理論及其經(jīng)驗(yàn)公式被用于擋土墻和基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。經(jīng)典理論假定墻后為半無限土體、土體變形達(dá)到極限狀態(tài)。而實(shí)際工程設(shè)計(jì)中擋墻位移往往受到容許位移量的限制，很多支擋工程中出現(xiàn)擋墻前后填土寬度有限的情況，墻體側(cè)向變形量與墻高之比非常小，土體未能完全到迖極限平衡狀態(tài)，土壓力處于靜止土壓力與極限土壓力之間。例如臨近既有地下室基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)、臨近基巖面的邊坡?lián)跬翂?、地鐵車站狹窄基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)等。上述這類土壓力問題可統(tǒng)一歸結(jié)為有限土體的土壓力問題。經(jīng)典庫倫或朗肯土壓力理論均假定擋墻后土體為半無限體，顯然對于以上情形并不適用。
[0003]關(guān)于有限填土土壓力，已有的研究成果都集中于理論分析或數(shù)值模擬方面，缺少大量模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)的支撐。目前關(guān)于有限填土擋土墻平動(dòng)時(shí)土壓力及位移變化規(guī)律開展的模型試驗(yàn)研究甚少。因此研究擋土墻平動(dòng)時(shí)有限填土壓力及位移的變形規(guī)律，對基坑工程、邊破工程的穩(wěn)定性評估和預(yù)測具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種可實(shí)時(shí)量測擋土墻平動(dòng)時(shí)有限填土壓力及位移變化的裝置，在實(shí)現(xiàn)有限填土擋墻發(fā)生平動(dòng)情況下，能夠?qū)崟r(shí)、精確地量測擋墻上土壓力的分布及土體位移的變化。本發(fā)明的可實(shí)時(shí)量測擋土墻平動(dòng)時(shí)有限填土壓力及變形的模型試驗(yàn)裝置儀器構(gòu)造簡單，操作方便，易于掌握。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種可實(shí)時(shí)量測擋土墻平動(dòng)時(shí)有限填土壓力及位移變化的裝置，該裝置包括有限填土模型箱系統(tǒng)、擋土墻平動(dòng)系統(tǒng)和PIV測試系統(tǒng)。
[0006]所述的有限填土模型箱系統(tǒng)包括一個(gè)右側(cè)面開敞的透明有機(jī)玻璃模型箱，用混泥土饒筑的前、后、右三側(cè)開敞的L字形混凝土饒筑塊，一塊與L字形混凝土饒筑塊寬度相等的鋼板和鋼板上貼的第一砂布層，所述的L字形混凝土澆筑塊安裝在透明有機(jī)玻璃模型箱內(nèi)，鋼板傾斜放置在L字形混凝土澆筑塊底板上設(shè)置的鋸齒凹槽內(nèi)；擋土墻平動(dòng)系統(tǒng)具體主要包括與透明有機(jī)玻璃模型箱內(nèi)等寬的擋土墻，所述的擋土墻內(nèi)側(cè)貼有應(yīng)力傳感膜及其第二砂布層，在第二砂布層和第一砂布層之間的透明有機(jī)玻璃模型箱內(nèi)填充有土體，在擋土墻外側(cè)固定安裝有軸力傳感器，軸力傳感器與推進(jìn)軸相連接，推進(jìn)軸與SDJ-1型三速電動(dòng)等應(yīng)變控制剪切儀相連接，在軸力傳感器下方的擋土墻外側(cè)固定安裝有位移計(jì)；所述的PIV測量系統(tǒng)包括安裝在土體外側(cè)的殼體，殼體內(nèi)安裝有LED燈、CCD高速相機(jī)和圖像采集處理器。
[0007]所述的L字形混凝土澆筑塊的底板上帖置有第三砂布層。
[0008]所述的鋸齒凹槽至少為三個(gè)。
[0009]所述的LED燈為兩個(gè)，LED燈設(shè)置在透明有機(jī)玻璃模型箱前方對稱位置，LED燈是額定功率為30W的交直流LED泛光燈。
[0010]所述的應(yīng)力傳感膜等高度間距設(shè)置在擋土墻內(nèi)側(cè)面上，應(yīng)力傳感膜采用多點(diǎn)薄膜壓力傳感器制成，應(yīng)力傳感膜厚度為0.2mm，直徑為10mm，量測范圍為0至lOkPa，精度為1%。
[0011]所述的位移計(jì)的量程為0至10mm，精度為0.01mm。
[0012]所述的軸力傳感器的量程為0至5kN，精度為0.001。
[0013]所述的SDJ-1型三速電動(dòng)等應(yīng)變控制剪切儀的剪切速度分別為:0.02 mm/min、0.8mm/mi η和2.4mm/min,最大剪切力為5KN。
[0014]所述的CCD高速相機(jī)分辨率為1626pixelX 1236pixel，像素尺寸為
4.4 μ mX4.4 μ m，曝光時(shí)間為100 μ s X 80ms，采集速率可達(dá)200fps，同時(shí)提供了 Camlink專用接口。
[0015]本發(fā)明具有如下的積極效果:首先，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，包括有限填土模型箱系統(tǒng)、擋土墻平動(dòng)系統(tǒng)和PIV測試系統(tǒng)；本發(fā)明的試驗(yàn)裝置，能夠真正模擬有限填土擋墻平動(dòng)時(shí)的自然應(yīng)力狀態(tài)，即試驗(yàn)時(shí)土體應(yīng)力狀態(tài)與實(shí)際工程中土體的狀態(tài)相同；本發(fā)明試驗(yàn)裝置在擋土墻上等高度間距設(shè)置高精度的土壓力傳感器，可以實(shí)時(shí)量測有限填土的土壓力；本發(fā)明試驗(yàn)裝置在模型箱正前方設(shè)置高精度的攝像機(jī)，同時(shí)用PIV技術(shù)可以實(shí)時(shí)量測擋墻平動(dòng)全過程中土體位移圖像；本發(fā)明模型試驗(yàn)裝置操作方便，涉及的儀器構(gòu)造簡單，易于掌握。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3為本發(fā)明的鋸齒凹槽結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖4為本發(fā)明的軸力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]如圖1、2、3、4所示，一種可實(shí)時(shí)量測擋土墻平動(dòng)時(shí)有限填土壓力及位移變化的裝置，該裝置包括有限填土模型箱系統(tǒng)、擋土墻平動(dòng)系統(tǒng)和PIV測試系統(tǒng)。
[0021]所述的有限填土模型箱系統(tǒng)包括一個(gè)右側(cè)面開敞的透明有機(jī)玻璃模型箱1，用混泥土澆筑的前、后、右三側(cè)開敞的L字形混凝土澆筑塊2，一塊與L字形混凝土澆筑塊2寬度相等的鋼板11和鋼板11上貼的第一砂布層5-1，所述的L字形混凝土澆筑塊2安裝在透明有機(jī)玻璃模型箱1內(nèi)，鋼板11傾斜放置在L字形混凝土澆筑塊2底板上設(shè)置的鋸齒凹槽3內(nèi)；擋土墻平動(dòng)系統(tǒng)具體主要包括與透明有機(jī)玻璃模型箱1內(nèi)等寬的擋土墻4，所述的擋土墻4內(nèi)側(cè)貼有應(yīng)力傳感膜6及其第二砂布層5-2，在第二砂布層5-2和第一砂布層5-1之間的透明有機(jī)玻璃模型箱1內(nèi)填充有土體12，在擋土墻4外側(cè)固定安裝有軸力傳感器7，軸力傳感器7與推進(jìn)軸10相連接，推進(jìn)軸10與SDJ-1型三速電動(dòng)等應(yīng)變控制剪切儀8相連接，在軸力傳感器7下方的擋土墻4外側(cè)固定安裝有位移計(jì)9 ;所述的PIV測量系統(tǒng)包括安裝在土體12外側(cè)的殼體13，殼體13內(nèi)安裝有LED燈15、CCD高速相機(jī)14和圖像采集處理器16。
[0022]所述的L字形混凝土澆筑塊2的底板上帖置有第三砂布層5-3，確保土體的摩擦性與砂紙摩擦性相一致，以便消除邊界對土體應(yīng)力和位移的影響，可真實(shí)再現(xiàn)土體的應(yīng)力狀態(tài)，使試驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確。所述的鋸齒凹槽3至少為三個(gè)改變鋼板11的傾角，可通過將鋼板11傾斜放置于不同的鋸齒凹槽3內(nèi)來實(shí)現(xiàn)。所述的LED燈15為兩個(gè)，LED燈15設(shè)置在透明有機(jī)玻璃模型箱1前方對稱位置，LED燈15是額定功率為30W的交直流LED泛光燈，可消除光線對CCD高速相機(jī)14拍照質(zhì)量的不良影響，既保證光源的亮度又滿足光源的穩(wěn)定性要求，可更加準(zhǔn)確地量測到土體的變形。所述的應(yīng)力傳感膜6等高度間距設(shè)置在擋土墻4內(nèi)側(cè)面上，應(yīng)力傳感膜6采用多點(diǎn)薄膜壓力傳感器制成，應(yīng)力傳感膜6厚度為0.2mm，直徑為10mm，量測范圍為0至lOkPa，精度為1%，可以實(shí)時(shí)量測擋墻上有限填土的土壓力，提高測試精度，可真實(shí)地測量各類物體之間接觸面之間接觸壓力，數(shù)據(jù)采集軟件可以無線實(shí)時(shí)采集大量數(shù)據(jù)。所述的位移計(jì)9的量程為0至10mm，精度為0.01mm。所述的軸力傳感器7的量程為0至5kN，精度為0.001。所述的SDJ-1型三速電動(dòng)等應(yīng)變控制剪切儀8的剪切速度分別為:0.02 mm/min、0.8 mm/min和2.4mm/min,最大剪切力為5KN。所述的CO)高速相機(jī)14分辨率為 1626pixelX 1236pixel，像素尺寸為 4.4ymX4.4ym,曝光時(shí)間為 100 μ sX80ms，采集速率可達(dá)200fps，同時(shí)提供了 Camlink專用接口。PIV測試系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩個(gè)部分，其中硬件系統(tǒng)主要由泛光燈光源、CCD高速相機(jī)、圖像采集及后處理設(shè)備等組成，軟件系統(tǒng)采用德國LaV