一種壓力型錨桿模型在離心場中的工況模擬方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種壓力型錨桿模型在離心場中的工況模擬方法。通過輔助細鋼絲將固定有光纖光柵傳感器的錨桿及承載體相似材料布置在模型箱內(nèi)；填土或澆筑后拔除輔助細鋼絲形成基坑模型；通過張拉架及砝碼進行預應力張拉，利用模擬開挖裝置的加壓板向模型開挖面加壓使錨桿回到張拉前預應力為零的狀態(tài)；開機試驗中通過電機使加壓板后撤，進而錨桿重新獲得預應力，分級后撤加壓板實現(xiàn)分級開挖、施加預應力的施工過程模擬。本發(fā)明可靠性強，技術性強，成本低；設備簡單，實現(xiàn)了壓力型錨桿在離心模型試驗中的模擬；實用性強，能夠較好地模擬不停機開挖、施加預應力的施工過程。
【專利說明】
一種壓力型錨桿模型在離心場中的工況模擬方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種應用于離心模型試驗的壓力型錨桿的模擬技術領域，具體及其在離心場中模擬分級開挖、分級施加預應力整個施工方法?！颈尘凹夹g】
[0002]條件的離心模型試驗由于具有與原型相同邊界與應力優(yōu)點，在基坑工程的力學行為及破壞機理的研究方面得到了廣泛的應用。而壓力型錨桿因其可拔除性在城市土地資源和空間越發(fā)稀缺的情況下基坑工程得到了越來越多的應用。由于離心模型的尺寸小及離心試驗的復雜性，目前仍無法在離心模型中模擬壓力型錨桿;實現(xiàn)預應力的準確張拉亦是在離心模型試驗成敗的關鍵。模擬基坑的分級開挖及壓力型錨桿的開挖后施加預應力的實際施工工況對該問題的研究也非常重要。目前，通過排放液體或用高精密機械設備模擬不停機開挖已經(jīng)實現(xiàn);而錨桿的預應力張拉只能夠通過制備模型的同時在離心場外完成。分級開挖、分級施加預應力的復雜施工過程在不停機的離心實驗中還沒有實現(xiàn)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種壓力型錨桿模型在離心場中的工況模擬方法，以解決離心模型中壓力型錨桿的模擬及準確的預應力張拉問題，并實現(xiàn)其在離心場中分級開挖、分級施加預應力整個施工過程的模擬。
[0004]—種壓力型錨桿模型在離心場中的工況模擬方法，包括以下步驟:[〇〇〇5] A.按照分級開挖的級數(shù)，利用輔助細鋼絲將固定有光纖光柵傳感器的錨桿相似材料鋼絲和承載體相似材料固定在模型箱左右壁板上，所述錨桿相似材料鋼絲及輔助細鋼絲端部用錨頭鎖緊裝置鎖緊分別固定在模型箱左右壁板上，所述模型箱中模型開挖部分與模型部分用薄鋼板隔開。
[0006]B.在模型箱模型部分填滿土或者澆筑巖石模擬材料，進行預壓固結，固結結束后將輔助細鋼絲端部的錨頭鎖緊裝置取下，拉拽輔助細鋼絲一端將輔助細鋼絲從模型中全部抽出，將錨桿相似材料鋼絲端部的錨頭鎖緊裝置取下，將模型箱中模型開挖部分可拆卸的壁板拆下，在薄鋼板上安裝模擬混凝土噴層的有機玻璃薄板，利用張拉架、砝碼及光纖光柵傳感器進行預應力張拉，將錨頭鎖緊裝置抵住有機玻璃板，當固定在錨桿上的光纖光柵傳感器的數(shù)值達到預應力設計值時利用錨頭鎖緊裝置固定錨桿相似材料鋼絲，鎖定預應力， 逐個施加預應力。
[0007]C.利用分級開挖模擬裝置向基坑模型開挖面施加壓力，使錨桿相似材料鋼絲處于零預應力狀態(tài)，所述分級開挖模擬裝置包括平臺部分、加壓部分和固定部分，所述平臺部分包括模擬裝置平臺背板，按照分級開挖的級數(shù)將圓環(huán)柱形導軌通過螺母固定在平臺背板上;所述加壓部分包括一端插入圓環(huán)柱形導軌的圓柱形導桿，所述圓柱形導桿直徑略小于圓環(huán)柱形導軌內(nèi)徑;在導桿的另一端垂直設置加壓板，所述加壓板在圓環(huán)柱形導軌和圓柱形導桿的引導下進行伸縮，所述圓柱形導桿及加壓板的數(shù)量與開挖分級數(shù)一致;所述固定部分包括插入圓柱形導桿與導軌重疊部分設有的鉆孔中的楔子。
[0008]D.開機試驗，利用所述分級開挖裝置配合電機實現(xiàn)分級開挖、分級施加預應力的施工過程模擬，所述每個楔子連接鋼絲的一端，鋼絲另一端與電機連接，通過電機的運動， 楔子被逐一拔出，加壓板逐一后撤，分級開挖、分級施加預應力完成。鋼絲與電機的連接為每條鋼絲另一端分別與同一臺電機連接。
[0009]利用輔助細鋼絲將固定有光纖光柵傳感器的錨桿相似材料鋼絲和承載體相似材料固定在模型箱內(nèi)的具體步驟包括在模型箱兩側壁板對應開孔，對應兩孔連線角度為錨桿相似材料鋼絲設計的錨固角度。將光纖光柵傳感器固定在錨桿相似材料鋼絲上，將錨桿相似材料鋼絲末端穿過承載體相似材料并固定。將輔助細鋼絲穿過承載體相似材料，并折返回側壁。
[0010]導軌與導桿也可以用其他形狀代替，本發(fā)明選擇圓環(huán)柱形導軌，圓柱形導桿，這樣更加有利于減小導桿插入導軌過程中的摩擦力，可以更好地保證
[0011]優(yōu)選所述模擬裝置平臺背板同時也用作中模型開挖部分可拆卸的壁板。
[0012]優(yōu)選步驟B還包括利用光纖光柵傳感器監(jiān)測鋼絲松弛導致的預應力損失，進行二次張拉并超拉5 %，再鎖定預應力，這樣保證試驗中預應力值盡量接近設計值。
[0013]所述步驟C利用分級開挖模擬裝置向基坑模型開挖面施加壓力的步驟包括移去張拉架，將模擬裝置平臺背板固定在模型箱中模型開挖部分，調(diào)節(jié)導桿使加壓板恰好與基坑模型開挖面接觸，在導桿與導軌重疊部分垂直于桿體鉆孔，楔子插入鉆孔使加壓板固定在恰好與基坑模型開挖面接觸的位置;旋轉模螺母微調(diào)加壓板使其慢慢向開挖面推進或縮回，利用光纖光柵傳感器監(jiān)測這一過程中錨桿相似材料鋼絲預應力值的變化，待預應力變?yōu)榱銜r停止旋轉螺母。
[0014]優(yōu)選所述鋼絲另一端分別與同一臺電機連接，與每個楔子連接的鋼絲總長度=每一級楔子端部距電機的距離+前一級電機向后運動的距離+楔子長度，在電機向后運動一定距離后，第一個楔子被拔出，加壓板隨著后撤;分級使電機向后運動，楔子被逐一拔出，加壓板逐一后撤，分級開挖完成。優(yōu)選在每塊加壓板的四角與平臺背板之間布置各布置一個拉簧，這樣楔子被拔出后，圓柱形導桿向圓環(huán)柱形導軌內(nèi)運動，加壓板被拉回，保證加壓板不偏出圓環(huán)柱形導軌軌道。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:[〇〇16](1)本發(fā)明可靠性強，成本低；
[0017](2)技術性強，實現(xiàn)了壓力型錨桿在離心模型試驗中的模擬，實現(xiàn)了預應力的準確張拉，并監(jiān)測了鋼絲松弛導致的預應力損失并進行二次張拉；
[0018](3)設備簡單，操作簡便，通過上述工況模擬方法在離心場中，僅通過一系列電機后移動作，開挖模擬設備即可實現(xiàn)分級開挖、分級施加預應力整個施工過程的模擬；
[0019](4)實用性強，能夠較好地模擬不停機分級開挖、分級施加預應力的施工過程，進而更好地為利用離心機在基坑工程的力學行為及破壞機理方面的研究提供技術支持?！靖綀D說明】
[0020]圖1.壓力型錨桿相似材料在模型箱內(nèi)的布置圖。[0021 ]圖2.輔助連接放大示意圖。
[0022]圖3.錨頭鎖定裝置示意圖。[〇〇23]圖4 ?錨桿預應力張拉示意圖。[〇〇24]圖5.分級開挖模擬裝置示意圖。
[0025]附圖標號
[0026](1)輔助細鋼絲、(2)光纖光柵傳感器、(3)錨桿相似材料鋼絲、(4)承載體相似材料、(5)模型箱、(6)錨頭鎖緊裝置、(7)薄鋼板、(8)模型箱中模型開挖部分可拆卸的壁板、 (9)張拉架、(10)砝碼、(11)模擬裝置平臺背板、(12)圓環(huán)柱形導軌、(13)螺母、(14)圓柱形導桿、(15)加壓板、(16)楔子、(17)拉簧?！揪唧w實施方式】
[0027]本發(fā)明提供了壓力型錨桿模型在離心場中的工況模擬方法，下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步說明。
[0028]—種壓力型錨桿模型在離心場中的工況模擬方法，包括以下步驟:
[0029]1.按照分級開挖的級數(shù)，利用輔助細鋼絲1將固定有光纖光柵傳感器2的錨桿相似材料鋼絲3和承載體相似材料4固定在模型箱5內(nèi)，所述模型箱5中模型開挖部分與模型部分用薄鋼板7隔開。整體如圖1所示，在模型箱兩側壁板對應開孔，對應兩孔連線角度為錨桿相似材料鋼絲3設計的錨固角度。將光纖光柵傳感器2固定在錨桿相似材料鋼絲3上，將錨桿相似材料鋼絲3末端穿過承載體相似材料4并固定。將輔助細鋼絲1穿過承載體相似材料4,并折返回側壁。錨桿相似材料鋼絲3及輔助細鋼絲1端部分別用錨頭鎖緊裝置6鎖緊固定在模型箱5的左右壁板上，輔助連接放大圖如圖2所示。錨頭鎖定裝置6示意圖如圖3所示。[〇〇3〇] 2.在模型箱5中模型部分填滿土或者澆筑巖石模擬材料，進行預壓固結，固結結束后將輔助細鋼絲1端部的錨頭鎖緊裝置6取下，拉拽輔助細鋼絲1 一端將輔助細鋼絲1從模型中全部抽出，將模型箱5中模型開挖部分可拆卸的壁板8拆下，在薄鋼板7上安裝模擬混凝土噴層的有機玻璃薄板，通過在錨桿相似材料鋼絲3鋼絲一端懸掛砝碼實現(xiàn)預應力張拉。如圖 4所示，利用張拉架9、砝碼10及光纖光柵傳感器2進行預應力張拉，將錨頭鎖緊裝置6抵住有機玻璃薄板，當固定在錨桿上的光纖光柵傳感器2的數(shù)值達到預應力設計值時利用錨頭鎖緊裝置6固定錨桿相似材料鋼絲3，鎖定預應力，逐個施加預應力。
[0031]3.利用分級開挖模擬裝置向基坑模型開挖面施加壓力，使錨桿相似材料鋼絲3處于零預應力狀態(tài)，所述分級開挖模擬裝置如圖5所示，包括平臺部分、加壓部分和固定部分， 所述平臺部分包括模擬裝置平臺背板11，同時也用作中模型開挖部分可拆卸的壁板。按照分級開挖的級數(shù)將圓環(huán)柱形導軌12通過螺母13固定在平臺背板11上;所述加壓部分包括一端插入圓環(huán)柱形導軌12的圓柱形導桿14,所述圓柱形導桿14直徑略小于圓環(huán)柱形導軌12內(nèi)徑，在圓柱形導桿14的另一端垂直固定加壓板15,所述加壓板15在圓環(huán)柱形導軌12和圓柱形導桿14的引導下進行伸縮，所述導桿14及加壓板15的數(shù)量與開挖分級數(shù)一致;所述固定部分包括插入圓柱形導桿14與圓環(huán)柱形導軌12重疊部分設有的鉆孔中的楔子16,在每塊加壓板15的四角與平臺背板11之間布置各布置一個拉簧17。利用分級開挖模擬裝置向基坑模型開挖面施加壓力的步驟包括移去張拉架9,將模擬裝置平臺背板11固定在模型箱5中模型開挖部分，調(diào)節(jié)圓柱形導桿14使加壓板15恰好與基坑模型開挖面接觸，在圓柱形導桿14與圓環(huán)柱形導軌12重合的位置垂直于桿體鉆孔，楔子16插入鉆孔使加壓板固定在恰好與基坑模型開挖面接觸的位置;旋轉模螺母13微調(diào)加壓板15位置使其慢慢向開挖面推進或縮回， 利用光纖光柵傳感器2監(jiān)測這一過程中錨桿相似材料鋼絲3預應力值的變化，待預應力變?yōu)榱銜r停止擰緊螺母，此時模型開挖面回到預應力張拉前的應力狀態(tài)。[〇〇32]4.開機試驗，利用所述分級開挖裝置配合電機實現(xiàn)分級開挖、分級施加預應力的施工過程模擬，所述每個楔子16連接鋼絲一端，鋼絲另一端分別與同一臺電機連接，與每個楔子16連接的鋼絲總長度=每一級楔子端部距電機的距離+前一級電機向后運動的距離+ 楔子長度，在電機向后運動一定距離后，第一個楔子被拔出，加壓板15隨著后撤;分級使電機向后運動，楔子16被逐一拔出，加壓板15逐一后撤，開挖面應力及變形得到釋放，預應力得以再次施加，模擬分級開挖、分級施加預應力完成。
[0033]所述楔子16被拔出后，導桿14在拉簧17收縮作用下向圓環(huán)柱形導軌12內(nèi)運動，加壓板15被拉回。
[0034]開機試驗前可以利用光纖光柵傳感器監(jiān)測鋼絲松弛導致的預應力損失，進行二次張拉并超拉5 %，保證試驗中預應力值盡量接近設計值。
【主權項】
1.一種壓力型錨桿模型在離心場中的工況模擬方法，其特征在于，包括以下步驟:A.按照分級開挖的級數(shù)，利用輔助細鋼絲(1)將固定有光纖光柵傳感器(2)的錨桿相似 材料鋼絲(3)和承載體相似材料(4)固定在模型箱(5)內(nèi)，所述錨桿相似材料鋼絲(3)和輔助 細鋼絲(1)的端部分別用錨頭鎖緊裝置(6)鎖緊固定在模型箱(5)的左右壁板上，所述模型 箱(5)中模型開挖部分與模型部分用薄鋼板(7)隔開。B.在模型箱(5)中模型部分填滿土或者澆筑巖石模擬材料，進行預壓固結，固結結束后 將輔助細鋼絲(1)端部的錨頭鎖緊裝置(6)取下，拉拽輔助細鋼絲(1) 一端將輔助細鋼絲(1) 從模型中全部抽出，將模型箱(5)中模型開挖部分可拆卸的壁板(8)拆下，在薄鋼板(7)上安 裝模擬混凝土噴層的有機玻璃薄板，利用張拉架(9)、砝碼(10)及光纖光柵傳感器(2)進行 預應力張拉，將錨頭鎖緊裝置(6)抵住有機玻璃板，當固定在錨桿上的光纖光柵傳感器(2) 的數(shù)值達到預應力設計值時利用錨頭鎖緊裝置(6)固定錨桿相似材料鋼絲(3)，鎖定預應 力，按照分級開挖的級數(shù)，逐個施加預應力。C.利用分級開挖模擬裝置向基坑模型開挖面施加壓力，使錨桿相似材料鋼絲(3)處于 零預應力狀態(tài)，所述分級開挖模擬裝置包括平臺部分、加壓部分和固定部分，所述平臺部分 包括模擬裝置平臺背板(11)，按照分級開挖的級數(shù)將圓環(huán)柱形導軌(12)通過螺母(13)固定 在平臺背板(11)上；所述加壓部分包括一端插入圓環(huán)柱形導軌導軌(12)的圓柱形導桿 (14)，所述圓柱形導桿(14)直徑略小于圓環(huán)柱形導軌(12)內(nèi)徑，圓柱形導桿(14)的另一端 垂直固定加壓板(15)，所述加壓板(15)在圓環(huán)柱形導軌(12)和圓柱形導桿(14)的引導下進 行伸縮，所述導桿(14)及加壓板(15)的數(shù)量與開挖分級數(shù)一致;所述固定部分包括楔子 (16)，插入導桿(14)與導軌(12)重疊部分設有的鉆孔中。D.開機試驗，利用所述分級開挖裝置配合電機實現(xiàn)分級開挖、分級施加預應力的施工 過程模擬，所述每個楔子(16)連接鋼絲一端，所述鋼絲另一端與電機連接，通過電機的運 動，楔子(16)被逐一拔出，加壓板(15)逐一后撤，分級開挖、分級施加預應力完成。2.如權利要求1所述的一種壓力型錨桿離心模型在離心場中的工況模擬方法，其特征 在于，步驟B還包括利用光纖光柵傳感器監(jiān)測鋼絲松弛導致的預應力損失，進行二次張拉并 超拉5%，再鎖定預應力。3.如權利要求1所述的一種壓力型錨桿離心模型在離心場中的工況模擬方法，其特征 在于，所述步驟C利用分級開挖模擬裝置向基坑模型開挖面施加壓力的步驟包括移去張拉 架(9)，將模擬裝置平臺背板(11)固定在模型箱(5)中模型開挖部分，調(diào)節(jié)導桿(14)使加壓 板(15)恰好與基坑模型開挖面接觸，在導桿(14)與導軌(12)重疊部分垂直于桿體鉆孔，楔 子(16)插入鉆孔使加壓板固定在恰好與基坑模型開挖面接觸的位置;旋轉模螺母(13)微調(diào) 加壓板(15)，利用光纖光柵傳感器監(jiān)測這一過程中錨桿相似材料鋼絲(3)預應力值的變化， 待預應力變?yōu)榱銜r停止旋轉螺母。4.如權利要求1所述的一種壓力型錨桿離心模型在離心場中的工況模擬方法，其特征 在于，步驟D所述鋼絲另一端分別與同一臺電機連接，與每個楔子(16)連接的鋼絲總長度= 每一級楔子端部距電機的距離+前一級電機向后運動的距離+楔子長度，在電機向后運動一 定距離后，第一個楔子被拔出，加壓板(15)隨著后撤;分級使電機向后運動，楔子(16)被逐 一拔出，加壓板(15)逐一后撤，分級開挖完成。5.如權利要求1所述的一種壓力型錨桿離心模型在離心場中的工況模擬方法，其特征在于，在每塊加壓板(15)的四角與平臺背板(11)之間布置各布置一個拉簧(17)，楔子(16) 被拔出后，導桿(14)在拉簧(17)收縮作用下向圓環(huán)柱形導軌(12)內(nèi)運動，加壓板(15)被拉回。
【文檔編號】E02D33/00GK106013273SQ201610523904
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月6日
【發(fā)明人】高軍程, 賈金青, 涂兵雄, 王海濤, 楊志銀, 曾憲明, 黃強, 程良奎, 王衛(wèi)東, 劉春梅
【申請人】大連理工大學