專(zhuān)利名稱(chēng)：擋土墻土壓力模型試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于巖土力學(xué)中土壓力實(shí)驗(yàn)儀器領(lǐng)域，尤其涉及一種觀(guān)察剛性擋土墻不同位移模式對(duì)主動(dòng)土壓力分布影響的模型試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
在擋土墻設(shè)計(jì)計(jì)算中最為常用的土壓力理論為經(jīng)典的庫(kù)倫(Coulomb) 土壓力理論和朗肯(Rankine) 土壓力理論?；跇O限平衡理論的庫(kù)倫主動(dòng)土壓力，由于計(jì)算方法簡(jiǎn)單、 適用范圍廣，計(jì)算主動(dòng)土壓力合力和實(shí)際土壓力比較接近，大多數(shù)情況下能滿(mǎn)足工程需要， 因而得到廣泛的應(yīng)用。但是，庫(kù)倫土壓力理論沒(méi)有充分考慮擋墻的變位模式、位移大小對(duì)土壓力的影響，導(dǎo)致與實(shí)際土壓力分布相差比較大。目前研究表明土壓力分布與剛性擋墻位移模式有關(guān)。擋土墻墻體位移模式包括三種基本位移模式平移、繞墻底轉(zhuǎn)動(dòng)、繞墻頂轉(zhuǎn)動(dòng)。剛性墻體繞墻底位移模式下，土壓力近似線(xiàn)性分布；平移模式下，土壓力呈重心偏下的拋物線(xiàn)形分布；繞墻頂位移模式下，在墻頂約1/3墻高范圍存在明顯的土拱效應(yīng)，土體密度越大，土拱效應(yīng)越明顯。但是目前，對(duì)擋土墻的位移模式影響土壓力的分布的規(guī)律研究還較少，缺乏合理的擋土墻位移模式模型試驗(yàn)裝置。測(cè)量土壓力多數(shù)是把土壓力盒埋置于土體之中，利用讀數(shù)儀進(jìn)行讀數(shù)，這樣當(dāng)土體變形時(shí)，土壓力盒表面易形成拱效應(yīng)，極大地影響到了土壓力的準(zhǔn)確值。若是在擋土設(shè)備上安置柔性薄膜進(jìn)行土體土壓力觀(guān)測(cè)，土體位移通過(guò)螺桿進(jìn)行控制，可以觀(guān)察擋土墻位移模式影響土壓力分布的現(xiàn)象，目前還沒(méi)有這種實(shí)驗(yàn)裝置。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的問(wèn)題是提供一種觀(guān)察剛性擋土墻不同位移模式對(duì)主動(dòng)土壓力分布影響的模型試驗(yàn)裝置。在擋土設(shè)備上安置壓力感應(yīng)薄膜，以及可以反映土壓力變化的測(cè)壓水管進(jìn)行土體土壓力觀(guān)測(cè)，土體位移通過(guò)活動(dòng)支架進(jìn)行控制，可以觀(guān)察擋土墻不同的位移模式對(duì)土壓力分布的影響。擋土墻土壓力模型試驗(yàn)裝置，包括開(kāi)口向上的開(kāi)口模型箱、擋土板、充水盒、導(dǎo)向支架、刻度板、測(cè)壓水管、壓力感應(yīng)柔性膜，開(kāi)口模型箱內(nèi)設(shè)置與側(cè)壁平行的擋土板，擋土板通過(guò)導(dǎo)向支架與開(kāi)口模型箱連接；擋土板上自上而下均勻布置若干個(gè)測(cè)壓孔，每個(gè)測(cè)壓孔上布置壓力感應(yīng)柔性膜，每個(gè)壓力感應(yīng)柔性膜上設(shè)置充水盒，每個(gè)充水盒上遠(yuǎn)離擋土板的一側(cè)連接測(cè)壓水管，若干根測(cè)壓水管平行布置在刻度板上。比較好的是，本實(shí)用新型的導(dǎo)向支架通過(guò)滑動(dòng)螺栓與開(kāi)口模型箱的側(cè)壁連接。比較好的是，本實(shí)用新型的滑動(dòng)螺栓與開(kāi)口模型箱的側(cè)壁之間布置推拉支架。比較好的是，本實(shí)用新型的充水盒內(nèi)布置彈簧，彈簧一端固定連接在壓力感應(yīng)柔性膜上，另一端固定連接在充水盒盒體上。比較好的是，本實(shí)用新型的充水盒為具有“凹”字形的圓盤(pán)。本實(shí)用新型與現(xiàn)有的技術(shù)相比，具有的有益效果如下[0012]該設(shè)備能夠演示擋土墻不同的位移模式對(duì)主動(dòng)土壓力分布的影響；能夠方便地控制擋土墻的不同位移模式。試驗(yàn)結(jié)果表明，土壓力的變化能夠清晰地反映于測(cè)壓水管的水頭中，測(cè)壓管水頭的變化能夠較好的反映土壓力的分布特征；設(shè)備易于操作，方便攜帶，適合做土力學(xué)教學(xué)中擋土墻位移模式對(duì)主動(dòng)土壓力影響的演示實(shí)驗(yàn)。

圖1為本實(shí)驗(yàn)新型的前視圖。圖2為本實(shí)驗(yàn)新型的側(cè)視圖。圖3為本實(shí)驗(yàn)新型的俯視圖。圖中標(biāo)號(hào)1為開(kāi)口模型箱，2為擋土板，3為充水盒，4為導(dǎo)向支架，5為刻度板，6 為測(cè)壓水管，7為推拉支架，8為滑動(dòng)螺栓，9為壓力感應(yīng)柔性膜。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。參照?qǐng)D1、圖2和圖3，本實(shí)用新型主要由開(kāi)口模型箱、擋土板及位移控制系統(tǒng)和測(cè)壓系統(tǒng)三部分組成，包括開(kāi)口模型箱1、擋土板2、充水盒3、導(dǎo)向支架4、刻度板5、測(cè)壓水管 6、推拉支架7、滑動(dòng)螺栓8、壓力感應(yīng)柔性膜9。擋土板2被夾在開(kāi)口模型箱1 一側(cè)約1/3距離處，擋土板2的一側(cè)裝填實(shí)驗(yàn)用土樣(可用砂土)，另一側(cè)連接位移控制裝置。擋土板2上等距離布置5個(gè)測(cè)壓孔，每個(gè)測(cè)壓孔處安裝一個(gè)由壓力感應(yīng)柔性膜9密封的充水盒3 (盒內(nèi)充滿(mǎn)水)。參照?qǐng)D1、圖2和圖3，本實(shí)用新型中擋土板2、導(dǎo)向支架4、推拉支架7和滑動(dòng)螺栓 8組成擋土板及位移控制系統(tǒng)，連結(jié)在擋土板2上的可以活動(dòng)的導(dǎo)向支架4有四根，開(kāi)口模型箱1側(cè)壁上穿有4個(gè)直徑約為兩倍于導(dǎo)向支架4直徑的孔，導(dǎo)向支架4通過(guò)如前所述的孔穿過(guò)開(kāi)口模型箱1側(cè)壁，并被其里外兩側(cè)的滑動(dòng)螺栓8固定。推拉支架7有上下兩根，每根和對(duì)應(yīng)的兩根導(dǎo)向支架4由滑動(dòng)螺栓8連結(jié)在開(kāi)口模型箱1側(cè)壁外側(cè)。旋轉(zhuǎn)放松滑動(dòng)螺栓8，導(dǎo)向支架4就可以通過(guò)推拉支架7的推拉前后移動(dòng)，擋土板2便產(chǎn)生位移。參照?qǐng)D1、圖2和圖3，本實(shí)用新型中由充水盒3、刻度板5、測(cè)壓水管6和壓力感應(yīng)柔性膜9組成測(cè)壓系統(tǒng)，充水盒3為一具有“凹”字形的圓盤(pán)，壓力感應(yīng)柔性膜9設(shè)置在充水盒3的開(kāi)口上，并處于繃緊狀態(tài)，，充水盒3底座連接測(cè)壓水管6，測(cè)壓水管6為透明橡膠管，5個(gè)測(cè)壓水管6并排在刻度板5上。受到壓力后，充水盒3表面的壓力感應(yīng)柔性膜9向內(nèi)變形，壓縮充水盒3體積，充水盒3內(nèi)的水被擠出，連接在測(cè)壓裝置上的測(cè)壓水管6水頭高度升高。這樣，作用在擋土板2上土壓力較大，則測(cè)壓水管6水頭就高。測(cè)壓水管6水頭的高低直觀(guān)反映了作用在擋土板2上土壓力的大小。為了測(cè)壓水管6水位在較大壓力作用下不致上升過(guò)高，又能反映較小的壓力變化，具有一定的靈敏度，在充水盒3中設(shè)置了一個(gè)一定剛度的彈簧，一側(cè)固定在壓力感應(yīng)柔性膜9上，一側(cè)固定在充水盒3底座上。本實(shí)用新型在具體使用過(guò)程中，首先組裝好擋土板2及位移控制系統(tǒng)和測(cè)壓系統(tǒng)，并放入開(kāi)口模型箱1 ；用滑動(dòng)螺栓8和推拉支架7將導(dǎo)向支架4固定在開(kāi)口模型箱1上； 在開(kāi)口模型箱1的側(cè)壁涂抹硅油，并且在和砂土接觸的一側(cè)貼聚四氟乙烯薄膜，用以減小土體和側(cè)壁的摩擦；擋土板2的底部需涂抹適量黃油，以減小擋土板運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的摩擦力； 在擋土板2與開(kāi)口模型箱1側(cè)壁的縫隙間涂適量真空泥，防止實(shí)驗(yàn)過(guò)程中砂土從縫隙中漏出。往測(cè)壓水管6中注水，調(diào)整測(cè)壓水管6中水頭的高度，讓若干個(gè)測(cè)壓水管水頭保持在較低的同一個(gè)平面內(nèi)。為便于觀(guān)察，可在水中加入紅色或藍(lán)色的染料。往開(kāi)口模型箱1中分層填入砂土。穩(wěn)定大約5分鐘后，觀(guān)察測(cè)壓水管6水頭的變化。分別旋松固定上下端導(dǎo)向支架4的滑動(dòng)螺栓8，拉動(dòng)推拉支架7，使擋土板2與土體產(chǎn)生不同形式和大小的位移。穩(wěn)定5分鐘后，觀(guān)察測(cè)壓水管水頭變化。當(dāng)位移較大時(shí)，土體產(chǎn)生破壞，觀(guān)察其破壞形態(tài)和位移。
權(quán)利要求1.擋土墻土壓力模型試驗(yàn)裝置，其特征在于包括開(kāi)口向上的開(kāi)口模型箱(1)、擋土板 (2)、充水盒(3)、導(dǎo)向支架(4)、刻度板(5)、測(cè)壓水管(6)、壓力感應(yīng)柔性膜(9)，開(kāi)口模型箱 (1)內(nèi)設(shè)置與側(cè)壁平行的擋土板(2)，擋土板(2)通過(guò)導(dǎo)向支架(4)與開(kāi)口模型箱(1)連接； 擋土板(2)上自上而下均勻布置若干個(gè)測(cè)壓孔，每個(gè)測(cè)壓孔上布置壓力感應(yīng)柔性膜(9)，每個(gè)壓力感應(yīng)柔性膜(9 )上設(shè)置充水盒(3 )，每個(gè)充水盒(3 )上遠(yuǎn)離擋土板(2 )的一側(cè)連接測(cè)壓水管(6 )，若干根測(cè)壓水管(6 )平行布置在刻度板(5 )上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擋土墻土壓力模型試驗(yàn)裝置，其特征在于上述導(dǎo)向支架(4) 通過(guò)滑動(dòng)螺栓(8)與開(kāi)口模型箱(1)的側(cè)壁連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的擋土墻土壓力模型試驗(yàn)裝置，其特征在于上述滑動(dòng)螺栓(8) 與開(kāi)口模型箱(1)的側(cè)壁之間布置推拉支架(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擋土墻土壓力模型試驗(yàn)裝置，其特征在于上述充水盒(3)內(nèi)布置彈簧，彈簧一端固定連接在壓力感應(yīng)柔性膜(9)上，另一端固定連接在充水盒(3)盒體上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擋土墻土壓力模型試驗(yàn)裝置，其特征在于上述充水盒(3)為具有“凹”字形的圓盤(pán)。
專(zhuān)利摘要擋土墻土壓力模型試驗(yàn)裝置，屬于巖土力學(xué)中土壓力實(shí)驗(yàn)儀器領(lǐng)域，尤其涉及一種觀(guān)察剛性擋土墻不同位移模式對(duì)主動(dòng)土壓力分布影響的模型試驗(yàn)裝置。本實(shí)用新型開(kāi)口模型箱內(nèi)設(shè)置與側(cè)壁平行的擋土板，擋土板通過(guò)導(dǎo)向支架與開(kāi)口模型箱連接；擋土板上自上而下均勻布置若干個(gè)測(cè)壓孔，每個(gè)測(cè)壓孔上布置壓力感應(yīng)柔性膜，每個(gè)壓力感應(yīng)柔性膜上設(shè)置充水盒，每個(gè)充水盒上遠(yuǎn)離擋土板的一側(cè)連接測(cè)壓水管，若干根測(cè)壓水管平行布置在刻度板上。本實(shí)用新型在擋土設(shè)備上安置壓力感應(yīng)薄膜，以及可以反映土壓力變化的測(cè)壓水管進(jìn)行土體土壓力觀(guān)測(cè)，土體位移通過(guò)活動(dòng)支架進(jìn)行控制，可以觀(guān)察擋土墻不同的位移模式對(duì)土壓力分布的影響。
文檔編號(hào)G09B25/04GK202075920SQ20112019050
公開(kāi)日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月8日
發(fā)明者丁國(guó)權(quán), 葉欣, 曲晨飛, 王豹, 袁俊平 申請(qǐng)人:河海大學(xué)