本發(fā)明涉及道路工程、鐵路工程、巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種擋土墻

模型試驗裝置及試驗方法。

背景技術(shù)：

近年來，擋土墻技術(shù)在公路，鐵路，水利，電力工程等領(lǐng)域應(yīng)用日趨廣泛。擋土墻的結(jié)構(gòu)形式也不斷發(fā)展，擋土墻的極限設(shè)計高度也不斷提高。目前的實際工程中主要考慮土壓力靜荷載，預(yù)應(yīng)力荷載對擋土墻受力的影響。而動荷載因素因難以進行準(zhǔn)確計算而被忽略。擋土墻的耐久穩(wěn)定性是擋土墻安全運營的關(guān)鍵性能指標(biāo)，動荷載對擋土墻的影響尤其重要。目前，主要的動荷載來自地震荷載，車輛動循環(huán)荷載及浸水區(qū)域的波浪動荷載。由于擋土墻動荷載多作用于擋土墻運營期，在設(shè)計階段很難準(zhǔn)確預(yù)測。而模型試驗可以實現(xiàn)對擋土墻施加不同動荷載的功能，可用于指導(dǎo)技術(shù)人員在設(shè)計及施工階段合理考慮動荷載對擋土墻穩(wěn)定性的影響。目前，還沒有相應(yīng)的試驗裝置及試驗方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種對擋土墻施加動荷載的試驗裝置及試驗方法，使得技術(shù)人員可以在設(shè)計施工階段可以考慮到動荷載對擋土墻穩(wěn)定性這個影響因素。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種動循環(huán)荷載擋土墻模型試驗裝置，包括與地面固定連接的、由四塊豎直的鋼板圍繞焊接而成模型槽，模型槽內(nèi)部設(shè)置有用土體填充的擋土墻，所述擋土墻包括對立設(shè)置的兩塊擋土墻豎板和設(shè)置在兩塊擋土墻豎板下端的擋土墻底板，所述擋土墻底部設(shè)置有地震動荷載加載設(shè)備，所述擋土墻的頂部固定設(shè)置有車輛動循環(huán)荷載裝置，地震動荷載加載設(shè)備和車輛動循環(huán)荷載裝置由控制器控制，擋土墻內(nèi)設(shè)置有用于測定土體所受壓力的土壓力監(jiān)測裝置和監(jiān)測擋土墻的水平位移的位移監(jiān)測裝置。

本發(fā)明技術(shù)方案的進一步改進在于：所述地震動荷載加載設(shè)備由液壓千斤頂和地震加載平臺組成，液壓千斤頂由設(shè)置在地震加載平臺底部的豎向千斤頂和設(shè)置在地震加載平臺兩側(cè)的水平千斤頂組成，豎向千斤頂?shù)撞抗潭ㄔ诘孛嫔?，豎向千斤頂頂部與地震加載平臺底面相對，水平千斤頂?shù)撞抗潭ㄟB接在模型槽的側(cè)壁上，水平千斤頂頂部與地震加載平臺側(cè)面相對，豎向千斤頂和水平千斤頂通過控制器控制。

本發(fā)明技術(shù)方案的進一步改進在于：所述地震加載平臺由鋼筋混凝土制成，其混凝土強度等級不低于C60。

本發(fā)明技術(shù)方案的進一步改進在于：所述地震加載平臺與擋土墻底板之間設(shè)置有碎石墊層。

本發(fā)明技術(shù)方案的進一步改進在于：所述車輛動循環(huán)荷載加載設(shè)備由加載車、滑軌、牽引電機組成，滑軌設(shè)置于擋土墻內(nèi)填充的土體表面上，牽引電機控制加載車在滑軌上運動，牽引電機由控制器控制。

本發(fā)明技術(shù)方案的進一步改進在于：所述豎向千斤頂設(shè)置有四個，四個豎向千斤頂均布在地震加載平臺底部，所述水平千斤頂設(shè)置有四個，水平千斤頂對稱地固定在模型槽相對的兩個側(cè)壁上。

本發(fā)明技術(shù)方案的進一步改進在于：所述土壓力監(jiān)測裝置為土壓力盒，所述位移監(jiān)測裝置為百分表。

本發(fā)明技術(shù)方案的進一步改進在于：所述模型槽、擋土墻豎板和擋土墻底板材料為Q235鋼板。

一種動循環(huán)荷載擋土墻模型試驗裝置的試驗方法，包括以下步驟：

①安裝模型槽：焊接四塊鋼板，在焊接處預(yù)留穿線孔，將模型槽（8）通過錨栓與地面連接成一個整體；

②安裝地震動荷載加載設(shè)備：安裝豎向千斤頂（1）、水平千斤頂（2），豎向千斤頂（1）底部通過錨栓與地面相連，水平千斤頂（2）底部通過錨栓與模型槽（8）的鋼板相連，將千斤頂?shù)囊簤阂€穿過穿線孔與控制器（6）相連，水平放置鋼筋混凝土地震加載平臺（11）；

③安裝擋土墻：在地震加載平臺（11）上鋪設(shè)碎石墊層并壓實，將擋土墻放置于碎石墊層上；

④填土及壓實：在擋土墻內(nèi)填土并分層壓實；

⑤安裝土壓力盒：土壓力盒埋設(shè)采用反開挖方式進行安裝；

⑥安裝車輛動循環(huán)荷載加載設(shè)備：將滑軌（4）放置于擋土墻內(nèi)填充的土體上表面的中心位置，將加載車（7）放置于滑軌（4）上，加載車（7）前后各連接一個牽引線，牽引線與牽引電機（5）活動連接；

⑦安裝位移監(jiān)測裝置：在擋土墻側(cè)壁上安裝百分表；

⑧讀取轉(zhuǎn)動擋土墻側(cè)向土壓力盒初始壓力及百分表初始位移；

⑨通過控制器控制液壓千斤頂?shù)膲毫图虞d車的速度，測定擋土墻的土壓力和位移。

本發(fā)明技術(shù)方案的進一步改進在于：所述步驟⑤中填土高度超過土壓力盒位置設(shè)定高度后進行反開挖，將土壓力盒放入并回填壓實。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明取得的技術(shù)進步是：

本發(fā)明提供了一種擋土墻動荷載模型試驗裝置及試驗方法，通過本發(fā)明的裝置能夠?qū)崿F(xiàn)任意調(diào)整擋土墻的地震荷載速率、不同車輛荷載軸重及車輛速度，用于研究不同動荷載條件下不同擋土墻應(yīng)力、位移，同時，本發(fā)明易于加工，安裝、拆卸方便，能夠重復(fù)利用，安全性高。

本發(fā)明中在地震加載平臺上設(shè)置的液壓千斤頂由豎向千斤頂和水平千斤頂組成，在試驗?zāi)Ｐ屯膺呌锌刂埔簤呵Ы镯斢透走M油和回油使得產(chǎn)生水平動荷載和豎向動荷載的控制器，控制器可以控制液相千斤頂給油和回油速率，以控制、模擬產(chǎn)生不同的水平地震波及豎向地震波，即研究擋土墻在地震荷載作用下的土壓力及位移變化；同時，水平千斤頂和豎向千斤頂各設(shè)置有四個，兩兩一組，水平千斤頂?shù)撞康墓潭ǘ嗽O(shè)置在模型槽的側(cè)壁上，頂部的活動端對應(yīng)地設(shè)置地震加載平臺的側(cè)面，豎向千斤頂?shù)撞康墓潭ǘ嗽O(shè)置在地面上，頂部的活動端接觸在地震加載平臺上，水平千斤頂和豎向千斤頂都受控制器的控制，使得地震加載平臺在豎向、水平兩個方向上的自由度，維持地震動荷載加載設(shè)備的平穩(wěn)狀態(tài)。

本發(fā)明中的控制器可以控制前、后牽引電機，使其產(chǎn)生不同的牽引速率，產(chǎn)生車輛動循環(huán)荷載，模擬出在現(xiàn)實狀態(tài)下不同的車速對擋土墻穩(wěn)定性的影響；同時，所述的試驗裝置中的加載車上可以加載不同的鐵塊來模擬出不同軸重的車輛，從而可以控制模擬出不同的車速及車輛軸載，產(chǎn)生不同的車輛動循環(huán)荷載。

本發(fā)明中在兩個擋土墻豎板的內(nèi)側(cè)土體上固定設(shè)有土壓力監(jiān)測裝置和百分表，可以測得荷載作用下土體所受壓力并監(jiān)測擋土墻的水平向位移規(guī)律，實現(xiàn)水平位移的監(jiān)測。

本發(fā)明中地震加載平臺與擋土墻底板中間設(shè)有碎石墊層，通常擋土墻底部設(shè)置碎石墊層是為了模擬實際擋土墻施工時，減少模型在動循環(huán)荷載下的不均勻沉降，同時，碎石墊層可以起到傳遞地震荷載的作用，使地震荷載不會直接施加于擋土墻底部，而是通過墊層傳遞，這與實際中地震荷載從地基內(nèi)通過碎石墊層傳到擋土墻底部相符，更符合實際效果。

本發(fā)明中地震加載平臺是由鋼筋混凝土制成，具有較好的整體性、良好的抗震、抗爆和抗振動的性能，與鋼結(jié)構(gòu)相比具有較好的耐火性；同時，易于就地取材，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)所用比重較大的砂、石材料易于就地取材，且可有效利用礦渣、粉煤灰等工業(yè)廢渣有利于保護環(huán)境，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)還具有很好的耐久性，正常使用條件下不需要經(jīng)常性的保養(yǎng)和維修。

本發(fā)明中的模型槽、擋土墻豎板和擋土墻底板材料都采用的是Q235鋼板，Q235鋼板屈服強度低，成型容易，易卷制。本發(fā)明中的擋土墻豎板的長度與模型槽的長度相同，使其模型槽鋼板充當(dāng)擋土墻的作用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明試驗裝置示意圖；

圖2是本發(fā)明地震加載設(shè)備示意圖；

圖3是本發(fā)明車輛動循環(huán)荷載加載設(shè)備示意圖；

圖4是本發(fā)明擋土墻示意圖；

其中，1、豎向千斤頂，2、水平千斤頂，3、擋土墻豎板，4、滑軌，5、牽引電機，6、控制器，7、加載車，8、模型槽，9、擋土墻底板，10、地震動荷載加載設(shè)備，11、地震加載平臺。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明：

如圖1中所示，一種動循環(huán)荷載擋土墻模型試驗裝置，包括通過錨栓與地面相連的模型槽8，所述模型槽8采用四塊豎直的Q235鋼板圍繞焊接制成，模型槽8的底部上設(shè)置有地震動荷載加載設(shè)備10，地震動荷載加載設(shè)備10由液壓千斤頂和地震加載平臺11組成，液壓千斤頂由設(shè)置在地震加載平臺11底部的豎向千斤頂1和設(shè)置在地震加載平臺11兩側(cè)的水平千斤頂2組成，地震加載平臺11與擋土墻底板9之間設(shè)置有20cm厚的碎石墊層；如圖4所示，擋土墻包括對立設(shè)置的擋土墻豎板3和擋土墻底板9，擋土墻豎板3固定連接在擋土墻底板9上，每個擋土墻豎板3和擋土墻底板9采用Q235鋼板焊接制成，兩個擋土墻之間用土體填充空間。

地震加載平臺（11）由鋼筋混凝土制成，其混凝土強度等級不低于C60。使其具有較好的整體性、良好的抗震、抗爆和抗振動的性能；同時，易于就地取材，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)所用比重較大的砂、石材料易于就地取材，且可有效利用礦渣、粉煤灰等工業(yè)廢渣有利于保護環(huán)境，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)還具有很好的耐久性，正常使用條件下不需要經(jīng)常性的保養(yǎng)和維修。

控制器6控制千斤頂油缸進油和回油，如圖2 所示，水平千斤頂和豎向千斤頂各設(shè)置有四個，兩兩一組，豎向千斤頂1底部固定在地面上，豎向千斤頂1頂部與地震加載平臺11底面相對，水平千斤頂2底部固定連接在模型槽8的側(cè)壁上，水平千斤頂2頂部與地震加載平臺11側(cè)面相對，豎向千斤頂1和水平千斤頂2通過控制器6控制實現(xiàn)加壓和減壓，使豎向千斤頂1同時往復(fù)進油和回油，產(chǎn)生豎向地震波。水平千斤頂2往復(fù)進油和回油，即左側(cè)水平千斤頂2進油時，右側(cè)水平千斤頂2同時回油，右側(cè)水平千斤頂2進油時，左側(cè)水平千斤頂2回油，產(chǎn)生水平地震波，并通過土壓力盒及百分表測定擋土墻側(cè)向土壓力及位移變化。

如圖3所示，擋土墻的頂部固定設(shè)置有車輛動循環(huán)荷載裝置，車輛動循環(huán)荷載加載設(shè)備由加載車7、滑軌4、牽引電機5組成，滑軌4設(shè)置于擋土墻內(nèi)填充土體表面上，牽引電機5控制加載車7在滑軌4上運動，控制器6控制牽引電機5的牽引速率。通過在加載車7上放置加載鋼塊，產(chǎn)生不同的車輛豎向荷載，通過控制器6控制前后牽引電機5，使其產(chǎn)生不同的牽引速率，用于模擬不同的車速，當(dāng)前方牽引電機5工作時，后方牽引電機5不工作，當(dāng)加載車7到達滑軌末端時，后方牽引電機5開始工作，前方牽引電機5不工作，往復(fù)運行，產(chǎn)生車輛動循環(huán)荷載，并通過土壓力盒及百分表測定擋土墻側(cè)向土壓力和位移變化。

一種動循環(huán)荷載擋土墻模型的試驗方法，包括以下步驟：

①安裝模型槽：

焊接四塊Q235鋼板，在焊接處預(yù)留穿線孔，將模型槽8通過錨栓與地面連接成一個整體；

②安裝地震動荷載加載設(shè)備：

安裝豎向千斤頂1、水平千斤頂2，豎向千斤頂1底部通過錨栓與地面相連，水平千斤頂2底部通過錨栓與模型槽8的鋼板相連，將千斤頂?shù)囊簤阂€穿過穿線孔與控制器6相連，水平放置鋼筋混凝土地震加載平臺11；

③安裝擋土墻：

在地震加載平臺11上鋪設(shè)20cm厚的碎石墊層并用電動沖擊夯實，采用行吊或吊車將擋土墻吊裝于碎石墊層上，將擋土墻底板9與擋土墻豎板3用螺栓固定，形成固定框架；

④填土及壓實：填土并分層壓實；

⑤安裝土壓力盒：土壓力盒埋設(shè)采用反開挖方式進行安裝，填土高度超過土壓力盒埋設(shè)高度20cm后進行反開挖，將土壓力盒放入并回填壓實；

⑥安裝車輛動循環(huán)荷載加載設(shè)備：填土壓平后，在擋土墻內(nèi)填充的土體上表面的中心位置安裝滑軌4，并固定滑軌4的承壓板，將加載車7放置于滑軌4上，加載車7前后兩側(cè)各連接一個牽引線，牽引線與牽引電機5活動連接；

⑦安裝水平位移監(jiān)測器：在擋土墻豎板3上安裝百分表；

⑧讀取轉(zhuǎn)動擋土墻側(cè)向土壓力盒初始壓力及百分表初始位移；

⑨通過控制器控制液壓千斤頂?shù)膲毫图虞d車的速度，測定擋土墻的土壓力和位移。

關(guān)于本發(fā)明的具體試驗方法中列舉以下三個實施例。

實施例1

（1）模型安裝：填料采用砂土，控制壓實度為85%；

（2）讀取轉(zhuǎn)動擋土墻側(cè)向土壓力盒初始壓力及百分表初始位移；

（3）通過控制器6控制豎向千斤頂，使其加壓時間為3s,減壓時間為3s,往復(fù)加壓與減壓，加減壓五分鐘后停止。以五分鐘停止時刻為起點，每一分鐘測定土壓力及位移，分析地豎向地震波結(jié)束后不同時段內(nèi)擋土墻的土壓力及位移變化；

（4）在步驟（3）中，若地震加載平臺破碎，需重新更換加載平臺。

實施例2

（1）模型安裝：填料采用粉土，控制壓實度為90%；

（2）讀取轉(zhuǎn)動擋土墻側(cè)向土壓力盒初始壓力及百分表初始位移；

（3）保持豎向千斤頂壓力恒定，通過控制器6控制水平千斤頂，左側(cè)加壓3s的同時，右側(cè)減壓3s，然后左側(cè)減壓3s,右側(cè)加壓3s, 往復(fù)加壓與減壓，加減壓五分鐘后停止。以五分鐘停止時刻為起點，每一分鐘測定土壓力及位移，分析地水平地震波結(jié)束后不同時段內(nèi)擋土墻的土壓力及位移變化；

（4）步驟（3）中，若地震加載平臺破碎，需重新更換加載平臺。

實施例3

（1）模型安裝：填料采用砂土，控制壓實度為90%；

（2）讀取轉(zhuǎn)動擋土墻側(cè)向土壓力盒初始壓力及百分表初始位移；

（3）保持豎向千斤頂與水平千斤頂壓力恒定，加載車初始位置位于模型槽一端，加載車上覆鋼塊，使其換算后的車輛軸載為100KN，通過控制器6控制牽引電機速率，使加載車產(chǎn)生40Km/h 的運行速度。并根據(jù)滑軌長度確定電機運行時間為0.18s，當(dāng)前端牽引電機運行0.18s過程中，后端牽引電機不工作，隨后后端牽引電機工作0.18s，前端牽引電機不工作，反復(fù)運行1000次，測定擋土墻的土壓力及位移變化；

（4）在步驟（3）的過程中，分別改變車輛循環(huán)加載次數(shù)為5000次，1萬次，10萬次，100萬次，測定擋土墻的土壓力及位移變化。

本實施例用于測定不同車輛動循環(huán)次數(shù)下?lián)跬翂Φ氖芰拔灰谱兓?guī)律。

本裝置千斤頂加壓、減壓頻率，填料類型，擋土墻型式，壓實度，車速，車輛軸載，車輛數(shù)量等均可進行調(diào)整，其他參照上述實施例，在此不再贅述。

上述雖然結(jié)合附圖對發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。