一種擋土墻失穩(wěn)模型試驗裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種擋土墻失穩(wěn)模型試驗裝置，包括用于擋土的底盤、用于模擬路基縱向的平面應(yīng)變狀態(tài)的擋土板以及用于加載的擋土墻,在底盤上設(shè)有兩個與其相連且相互平行的擋土板，在兩個擋土板形成的端部設(shè)有一對相對立的懸臂式擋土墻I和擋土墻II；擋土墻I上設(shè)有擋土墻轉(zhuǎn)動裝置，擋土墻II上設(shè)有擋土墻沉降裝置；擋土墻II的底部與底盤之間有間隙；在擋土墻轉(zhuǎn)動裝置和擋土墻沉降裝置上設(shè)有用于檢測土壓力和位移的檢測裝置。本實用新型通過擋土墻失穩(wěn)模型試驗，可用于研究擋土墻不同失穩(wěn)工況下的土壓力及位移變化規(guī)律。該裝置可應(yīng)用于多種填料類型及不同頂部荷載下的擋土墻失穩(wěn)試驗、研究。
【專利說明】一種擋土墻失穩(wěn)模型試驗裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及道路工程、鐵路工程、巖土工程【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種擋土墻失穩(wěn)模型裝置及試驗方法。

【背景技術(shù)】
[0002]擋土墻能夠起到替代高邊坡、節(jié)約土地的作用，在公路、鐵路建設(shè)及維修加固中使用日益廣泛。近年來，懸臂式擋土墻及錨桿擋土墻多采用鋼筋混凝土面板，因其具有占地面積小，使用極限高度高的特點而備受關(guān)注。然而，輕型擋土墻在長期使用過程中存在潛在多種破壞形式，主要有擋土墻繞底板轉(zhuǎn)動、擋土墻沉降及錨桿失效等主要失穩(wěn)形式。擋土墻失穩(wěn)研究屬于工程破壞性研究，無法在實際工程中開展。擋土墻一旦失穩(wěn)，易造成重大安全事故。目前實際工程中的研究多停留在擋土墻失穩(wěn)后的原因分析，尚有能夠?qū)跬翂κХ€(wěn)過程機理開展系統(tǒng)研究的裝置及試驗方法。模型試驗可以對擋土墻中的主要因素進行獨立控制，相對于現(xiàn)場試驗更安全簡便。目前還沒有相應(yīng)的試驗裝置及試驗方法。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供了一種擋土墻失穩(wěn)模型試驗裝置及試驗方法；通過該裝置能夠任意調(diào)整擋土墻的轉(zhuǎn)動角度及速率，能夠控制擋土墻沉降量，采用水箱堆載模擬不同填土高度，適用于研究不同失穩(wěn)條件下輕型擋土墻應(yīng)力、位移及錨桿受力測試。本實用新型易于加工，安裝、拆卸方便，能夠重復(fù)利用，安全性高。
[0004]本實用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0005]一種擋土墻失穩(wěn)模型試驗裝置，包括用于擋土的底盤、用于模擬路基縱向的平面應(yīng)變狀態(tài)的擋土板以及用于加載的擋土墻，其特征在于:在所述的底盤上設(shè)有兩個與其相連且相互平行的擋土板，在兩個擋土板形成的端部設(shè)有一對相對立的懸臂式擋土墻I和擋土墻II ;擋土墻I上設(shè)有擋土墻轉(zhuǎn)動裝置，擋土墻II上設(shè)有擋土墻沉降裝置；擋土墻II的底部與底盤之間有間隙；在所述的擋土墻轉(zhuǎn)動裝置和擋土墻沉降裝置上設(shè)有用于檢測土壓力和位移的檢測裝置。
[0006]所述的擋土墻I包括通過轉(zhuǎn)軸相連的擋土墻豎板I和擋土墻底板I，且擋土墻豎板I和擋土墻底板I在擋土墻轉(zhuǎn)動裝置的驅(qū)動下能轉(zhuǎn)動；所述的擋土墻II包括相連的擋土墻豎板II擋土墻底板II;擋土墻底板II與底盤相連且兩者之間有間隙。
[0007]所述底盤采用Q235鋼板焊接制成，底盤上覆蓋有機玻璃，用于模擬素混凝土基礎(chǔ)。
[0008]所述的擋土板由多個鋼架通過螺栓錨固成一個整體，擋土板內(nèi)側(cè)覆有一層有機玻璃限制填料的側(cè)向變形，用于模擬路基縱向的平面應(yīng)變狀態(tài)。
[0009]所述的擋土板通過螺栓與底盤相連。
[0010]所述的擋土墻轉(zhuǎn)動裝置還包括一個轉(zhuǎn)軸、油缸和油缸反力墻；轉(zhuǎn)軸通過轉(zhuǎn)軸瓦架與轉(zhuǎn)軸底座相連，轉(zhuǎn)軸底座與底盤相連；轉(zhuǎn)軸與擋土墻通過轉(zhuǎn)軸連接件采用螺栓錨固為一個整體；油缸一端通過螺栓與固定在轉(zhuǎn)動擋土墻豎板I上的油缸連接件相連；油缸另一端通過螺栓與固定在油缸反力墻上的油缸連接件相連；油缸反力墻下設(shè)槽鋼，通過螺栓與底盤連接為一整體；油缸送油及回油通過控制器控制。
[0011]所述的擋土墻沉降裝置還包括兩個雙頭螺栓；沉降擋土墻底板II和底盤之間通過雙頭螺栓連接；通過控制雙頭螺栓上的上、下螺母位置，使擋土墻底板與底座有1cm高度的空隙。
[0012]所述土壓力監(jiān)測裝置包括豎向埋設(shè)于擋土墻墻背上的土壓力盒，以測定土壓力。
[0013]所述的位移監(jiān)測系統(tǒng)包括百分表，以監(jiān)測擋土墻的側(cè)向位移。
[0014]一種擋土墻失穩(wěn)模型試驗裝置的試驗方法如下:
[0015]步驟I)安裝擋土板
[0016]將擋土板通過錨栓與底盤連接成為一個整體，擋土板與有機玻璃采用雙面膠連接為一個整體；底盤頂部采用雙面膠上覆一層有機玻璃；
[0017]步驟2)安裝擋土墻轉(zhuǎn)動系統(tǒng)
[0018]安裝槽鋼、油缸反力墻。連接油缸和油缸反力墻，安裝控制器；采用行吊或吊車進行轉(zhuǎn)動擋土墻安裝；采用螺栓將連接件與擋土墻連接；連接油缸和擋土墻豎板。
[0019]步驟3)安裝擋土墻沉降系統(tǒng)
[0020]將雙頭螺栓的下側(cè)通過螺母與底盤相連；采用行吊或吊車進行沉降擋土墻安裝；采用螺母將雙頭螺栓上側(cè)與左側(cè)擋土墻連接。
[0021]步驟4)路基填土及壓實
[0022]回填土按照設(shè)計要求進行壓實；每層回填土夯實后均需測定壓實度，未達到標準后繼續(xù)夯實直至達標；
[0023]步驟5)安裝土壓力盒
[0024]土壓力盒埋設(shè)采用反開挖方式進行安裝，即填土高度超過土壓力盒位置20cm后進行反開挖，將壓力盒放入并回填壓實；
[0025]步驟6)水箱堆載
[0026]將設(shè)計荷載換算成水位高度，在填土表面均勻布設(shè)水箱，并進行注水，以使頂部荷載達到設(shè)計荷載。
[0027]擋土墻失穩(wěn)模型試驗裝置的試驗方法，包括擋土墻轉(zhuǎn)動失穩(wěn)試驗和擋土墻沉降失穩(wěn)試驗；
[0028]所述的擋土墻轉(zhuǎn)動失穩(wěn)試驗如下:
[0029]保持沉降擋土墻與底盤的間距不變；通過控制器控制油缸進油和回油，使轉(zhuǎn)動擋土墻繞軸向內(nèi)或向外轉(zhuǎn)動任意角度，測定不同轉(zhuǎn)動角度下轉(zhuǎn)動擋土墻側(cè)向土壓力變化規(guī)律；
[0030]所述的擋土墻沉降失穩(wěn)試驗如下:
[0031]控制油缸，保持轉(zhuǎn)動擋土墻豎板豎直不動；在沉降擋土墻外側(cè)距底盤0m，0.2m,
0.4m, 0.6m, 0.8m高度處安裝百分表；調(diào)節(jié)雙頭螺栓上部螺母，使沉降擋土墻向下移動任意距離，測定不同沉降量下沉降擋土墻側(cè)向土壓力分布及位移變化規(guī)律。
[0032]本實用新型的有益效果:
[0033](I)能夠調(diào)整錨桿支護形式、填料類型、頂部荷載，適用于不同工況下的擋土墻失穩(wěn)研究。
[0034](2)可以控制擋土墻不均勻沉降量，測定擋土墻不均勻沉降失穩(wěn)條件下的擋土墻位移、土壓力及錨桿軸力變化規(guī)律。
[0035](3)可以控制擋土墻轉(zhuǎn)動角度，測定擋土墻轉(zhuǎn)動失穩(wěn)條件下的擋土墻位移、土壓力及錨桿軸力變化規(guī)律。
[0036](4)可以控制錨桿的松弛量。測定擋土墻錨桿松弛失穩(wěn)條件下的擋土墻位移、土壓力及錨桿軸力變化規(guī)律。
[0037](5)采用水箱注水堆載，可以保證頂部荷載為均布荷載。
[0038](6)模型加工方便，易于拆卸和搬運，可以重復(fù)利用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]圖1是本實用新型模型結(jié)構(gòu)總示意圖；
[0040]圖2是擋土板與底盤結(jié)構(gòu)示意圖
[0041]圖3是轉(zhuǎn)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖4是沉降系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖中，1-油缸反力墻，2-油缸連接件I，3-油缸，4-油缸連接件II，5_轉(zhuǎn)軸連接件，6-轉(zhuǎn)軸瓦架，7-轉(zhuǎn)軸底座，8-轉(zhuǎn)動擋土墻豎板I，9-轉(zhuǎn)動擋土墻底板I，10-轉(zhuǎn)軸，11-底盤，12-擋土板，13-沉降擋土墻豎板II，14-沉降擋土墻底板II，15-雙頭螺栓，16-槽鋼。

【具體實施方式】
[0044]如圖1、圖2、圖3所示，一種擋土墻失穩(wěn)模型試驗裝置，包括底盤11、擋土板12、懸臂式擋土墻、擋土墻轉(zhuǎn)動系統(tǒng)、擋土墻沉降系統(tǒng)及監(jiān)測系統(tǒng)。
[0045]底盤11采用交錯焊接的Q235鋼板制成，底盤11上覆有一層有機玻璃，用于擋土。擋土板12由多個鋼架通過螺栓錨固成一個整體，擋土板12內(nèi)側(cè)覆有一層有機玻璃，用于擋土。擋土板12通過螺栓與底盤11相連。
[0046]懸臂式擋土墻由沉降擋土墻和轉(zhuǎn)動擋土墻組成。沉降擋土墻由沉降擋土墻豎板13和沉降擋土墻底板14組成。
[0047]轉(zhuǎn)動擋土墻由轉(zhuǎn)動擋土墻豎板8和轉(zhuǎn)動擋土墻底板9組成。兩個擋土墻的擋土墻豎板和底板均通過焊接連接成為一個整體。轉(zhuǎn)動擋土墻上設(shè)有擋土墻轉(zhuǎn)動系統(tǒng)。沉降擋土墻上設(shè)有擋土墻沉降系統(tǒng)。
[0048]擋土墻轉(zhuǎn)動系統(tǒng)由轉(zhuǎn)動擋土墻底板9兩側(cè)的轉(zhuǎn)軸10、油缸3和油缸反力墻I組成。轉(zhuǎn)軸10通過轉(zhuǎn)軸瓦架6與轉(zhuǎn)軸底座7相連，轉(zhuǎn)軸底座7與底盤11通過錨栓相連。轉(zhuǎn)軸10與轉(zhuǎn)動擋土墻通過轉(zhuǎn)軸連接件5采用螺栓錨固為一個整體。油缸3 —端通過螺栓與固定在轉(zhuǎn)動擋土墻豎板8上的油缸連接件4相連。油缸3另一端通過螺栓與固定在油缸反力墻I上的油缸連接件2相連。油缸反力墻I下設(shè)槽鋼16，通過螺栓與底盤11連接為一整體。油缸送油及回油通過控制器控制。
[0049]所述的擋土墻沉降系統(tǒng)主要由雙頭螺栓15組成。沉降擋土墻底板14和底盤11上設(shè)有若干螺栓孔，用雙頭螺栓15連接。通過控制雙頭螺栓15上的上下螺母位置，使擋土墻底板與底座有1cm高度的空隙。
[0050]所述的監(jiān)測系統(tǒng)包括與土壓力監(jiān)測裝置及位移監(jiān)測裝置。
[0051]所述土壓力監(jiān)測裝置包括豎向埋設(shè)于擋土墻墻背上的土壓力盒，以測定土壓力。所述的位移監(jiān)測系統(tǒng)包括百分表，以監(jiān)測擋土墻的側(cè)向位移。
[0052]下面是本實用新型的模型制作和具體的兩個具體試驗方法:
[0053]一、擋土墻失穩(wěn)模型制作
[0054]I)安裝擋土板
[0055]將擋土板通過錨栓與底盤連接成為一個整體。底盤總長2.0m,寬1.0m,擋土板長2.0m,高0.8m。擋土板與有機玻璃采用雙面膠連接為一個整體。底盤頂部采用雙面膠上覆一層有機玻璃。
[0056]2)安裝擋土墻轉(zhuǎn)動系統(tǒng)
[0057]3)安裝擋土墻沉降系統(tǒng)
[0058]4)路基填土及壓實
[0059]回填土按照90%的壓實度進行壓實。每層回填土夯實后均需測定壓實度，未達到標準后繼續(xù)夯實直至達標。
[0060]5)安裝土壓力盒
[0061]土壓力盒埋設(shè)采用反開挖方式進行安裝，即填土高度超過土壓力盒位置20cm后進行反開挖，將壓力盒放入并回填壓實。在左右兩側(cè)擋土墻墻背上均安裝土壓力盒，土壓力盒距底盤上有機玻璃的埋設(shè)高度分別為0m，0.2m, 0.4m, 0.6m, 0.8m。
[0062]6)水箱堆載
[0063]將設(shè)計荷載換算成水位高度1.0m,在填土表面均勻布設(shè)水箱，并進行注水至水位1.0m 處。
[0064]二、試驗方法，本實用新型中列舉兩個具體的試驗方法。
[0065]實施例1
[0066](I)模型安裝。填料采用砂土，控制壓實度為90%，水位高度1.0m
[0067](2)采用便攜式測頻儀讀取轉(zhuǎn)動擋土墻側(cè)向土壓力盒初始頻率。
[0068](3)沉降擋土墻與底盤的間距保持不變。通過控制器控制油缸回油，使右側(cè)擋土墻繞軸向外轉(zhuǎn)動5 。
[0069](4)采用便攜式測頻儀讀取轉(zhuǎn)動擋土墻側(cè)向土壓力盒頻率，并轉(zhuǎn)換為土壓力，分析擋土墻外傾時的側(cè)向土壓力變化。
[0070](5)通過控制油缸回油，使轉(zhuǎn)動擋土墻繞軸向外轉(zhuǎn)動角度分別為10 M5 °，20。，重復(fù)步驟(4)，研究不同轉(zhuǎn)動角度下，擋土墻的側(cè)向土壓力變化。
[0071]實施例2
[0072](I)模型安裝。填料采用粉土，控制壓實度為85%，水位高度1.5m
[0073](2)采用便攜式測頻儀讀取轉(zhuǎn)動擋土墻側(cè)向土壓力盒初始頻率。
[0074](3)控制油缸，保持轉(zhuǎn)動擋土墻豎板豎直不動。在沉降擋土墻外側(cè)距底盤Om, 0.2m, 0.4m, 0.6m, 0.8m高度處安裝百分表，并讀取初始讀數(shù)。
[0075](4)將雙頭螺栓上部螺母向下旋緊，使沉降擋土墻向下移動5cm。
[0076](5)采用便攜式測頻儀讀取沉降側(cè)擋土墻側(cè)向土壓力盒頻率，并轉(zhuǎn)換為土壓力，分析擋土墻外傾時的側(cè)向土壓力變化。讀取百分表讀數(shù)，分析擋土墻側(cè)向位移變化。
[0077](6)調(diào)節(jié)雙頭螺栓上部螺母，使沉降擋土墻繞向下分別移動7cm，10cm, 13cm,重復(fù)步驟(4)、(5)，研究不同沉降量下，擋土墻的側(cè)向土壓力變化和側(cè)向位移變化。
[0078]本裝置水位高度，填料類型，壓實度等均可進行調(diào)整，其他參照實施例1，在此不再贅述。
[0079]本申請受國家自然科學基金(51208284)、山東省科技發(fā)展計劃(2013GSF11603)資助。
[0080]上述雖然結(jié)合附圖對實用新型的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本實用新型保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實用新型的技術(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實用新型的保護范圍以內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種擋土墻失穩(wěn)模型試驗裝置，包括底盤、擋土墻及用于模擬路基縱向的平面應(yīng)變狀態(tài)的擋土板，其特征在于:在所述的底盤上設(shè)有兩個與其相連且相互平行的擋土板，在兩個擋土板形成的端部設(shè)有一對相對立的懸臂式擋土墻I和擋土墻II ;擋土墻I上設(shè)有擋土墻轉(zhuǎn)動裝置，擋土墻II上設(shè)有擋土墻沉降裝置；擋土墻II的底部與底盤之間有間隙；且在所述的擋土墻轉(zhuǎn)動裝置和擋土墻沉降裝置上設(shè)有用于檢測土壓力和位移的監(jiān)測裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的擋土墻失穩(wěn)模型試驗裝置，其特征在于:所述的擋土墻I包括通過轉(zhuǎn)軸相連的擋土墻豎板I和擋土墻底板I，且擋土墻豎板I和擋土墻底板I在擋土墻轉(zhuǎn)動裝置的驅(qū)動下能轉(zhuǎn)動；所述的擋土墻II包括相連的擋土墻豎板II擋土墻底板II ;擋土墻底板II與底盤相連且兩者之間有間隙。
3.如權(quán)利要求1所述的擋土墻失穩(wěn)模型試驗裝置，其特征在于:所述底盤采用Q235鋼板焊接制成，底盤上覆蓋有用于擋土的有機玻璃。
4.如權(quán)利要求1所述的擋土墻失穩(wěn)模型試驗裝置，其特征在于:所述的擋土板由多個鋼架通過螺栓錨固成一個整體；擋土板內(nèi)側(cè)覆有一層限制填料的側(cè)向變形的有機玻璃。
5.如權(quán)利要求2所述的擋土墻失穩(wěn)模型試驗裝置，其特征在于:所述的擋土墻轉(zhuǎn)動裝置包括一個轉(zhuǎn)軸、油缸和油缸反力墻；轉(zhuǎn)軸通過轉(zhuǎn)軸瓦架與轉(zhuǎn)軸底座相連，轉(zhuǎn)軸底座與底盤相連；轉(zhuǎn)軸與擋土墻I通過轉(zhuǎn)軸連接件采用螺栓錨固為一個整體；油缸一端與固定在轉(zhuǎn)動擋土墻豎板I上的油缸連接件相連；油缸另一端與固定在油缸反力墻上的油缸連接件相連；油缸反力墻下設(shè)槽鋼且槽鋼與底盤連接為一整體；所述的油缸通過控制器控制。
6.如權(quán)利要求2所述的擋土墻失穩(wěn)模型試驗裝置，其特征在于:所述的擋土墻沉降裝置包括兩個雙頭螺栓；沉降擋土墻底板II和底盤之間通過雙頭螺栓連接且通過控制雙頭螺栓上的上、下螺母位置，使擋土墻底板與底座有空隙。
7.如權(quán)利要求1所述的擋土墻失穩(wěn)模型試驗裝置，其特征在于:所述土壓力監(jiān)測裝置包括豎向埋設(shè)于擋土墻墻背上的土壓力盒。
8.如權(quán)利要求1所述的擋土墻失穩(wěn)模型試驗裝置，其特征在于:所述的位移監(jiān)測裝置包括監(jiān)測擋土墻的側(cè)向位移的百分表。
【文檔編號】E02D33/00GK204098089SQ201420506576
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月3日
【發(fā)明者】吳建清, 張宏博, 李英勇, 宋修廣, 毛洪錄, 岳紅亞, 王新君, 孟慶宇, 厲超 申請人:山東大學