考慮剛性擋墻變位模式的土壓力試驗裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉建筑與土木工程試驗測試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種考慮剛性擋墻變位模式的土壓力試驗裝置，它適用于模擬剛性擋墻不同位移模式下的主動、被動土壓力試驗，也適用于模擬不同荷載條件下的剛性擋墻土壓力試驗。
【背景技術(shù)】
[0002]土建工程中許多構(gòu)筑物如擋土墻、橋臺、基坑圍護結(jié)構(gòu)等擋土結(jié)構(gòu)，都支撐著土體，保持著土體穩(wěn)定，它們經(jīng)常承受著土體側(cè)壓力的作用，為了進行土壓力相關(guān)理論研究，需要一套功能完善的試驗裝置來進行土壓力的實驗室物理模擬。
[0003]目前，目前工程實踐中廣泛采用的土壓力評價方法仍是基于極限平衡理論的庫倫(Coulomb)和朗肯(Rankine)的土壓力理論以及基于庫侖滑楔理論和擬靜力法概念的Mononobe-Okabe地震土壓力公式。經(jīng)典的土壓力理論均假定擋墻的位移量足夠大，能使得墻后填土處于主動或被動極限狀態(tài)，只能計算墻后填土處于主動和被動極限狀態(tài)時的土壓力，沒有充分考慮擋土墻位移對土壓力的影響。然而實際工程中的土壓力是土體與擋土結(jié)構(gòu)之間相互作用的結(jié)果，擋土結(jié)構(gòu)的不同變位模式、土體的變形與強度特性都對土壓力的大小和分布規(guī)律產(chǎn)生影響。許多實際工程中，能夠使得墻后填土達到被動極限平衡狀態(tài)的墻體位移量常常不會發(fā)生，土壓力可能是介于主動土壓力和被動土壓力之間的某一值。
[0004]傳統(tǒng)設(shè)計理論所采用的許多假設(shè)都在不同程度地回避受荷體與土體相互作用問題，因此使得橫向受荷體側(cè)土壓力計算方法缺乏理論依據(jù)，設(shè)計參數(shù)存在諸多假設(shè)和不確定性，因此，有必要研究擋墻的位移，亦即填土的側(cè)向變形，對土壓力大小及分布規(guī)律的影響。
[0005]模型試驗是揭示土壓力隨擋墻位移變化發(fā)展規(guī)律和驗證土壓力理論的有力工具。為解決上述問題，研制一種考慮剛性擋墻變位模式的土壓力試驗裝置，在工程上，為設(shè)計擋土結(jié)構(gòu)時，更好的確定土壓力的性質(zhì)、大小、方向和作用點，對于土壓力理論的發(fā)展，以及工程技術(shù)水平的提高都具有重要意義。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型的目的是針對土建工程中承受著土體側(cè)壓力的構(gòu)筑物，是在于提供了一種考慮剛性擋墻變位模式的土壓力試驗裝置，結(jié)構(gòu)合理，使用方便，滿足了不同地面荷載條件下，剛性擋墻發(fā)生不同位移模式下土壓力分布規(guī)律的研究需要，對于土壓力理論的發(fā)展，以及工程技術(shù)水平的提高具有重要意義。
[0007]為解決上述問題，本實用新型采用以下技術(shù)措施來實現(xiàn)上述目的:
[0008]—種考慮剛性擋墻變位模式的土壓力試驗裝置，它由箱體、第一水平作動器、第二水平作動器、第一位移傳感器、第二位移傳感器、剛性擋板、翼板、滑動座板、滑動支板、剛性壓板、水囊、反力框架、薄膜式壓力傳感器等部件構(gòu)成。
[0009]其特征在于:箱體為長方體容器，四側(cè)面與底面封閉，上面開口。箱體底部與頂部在前后側(cè)板間焊接滑動座板，頂部的滑動座板之下、底部的滑動座板之上分別有滑動支板焊接于箱體前后側(cè)板上?；瑒幼搴突瑒又О寰嘧髠?cè)板45?50cm。剛性擋板布置于滑動座板和滑動支板靠近土體的一側(cè)，剛性擋板的頂端和底端通過鉸接連接有二片翼板，翼板長35?4 O c m，翼板分別從箱體內(nèi)頂部和底部的滑動座板和滑動支板間水平穿過。滑動座板和滑動支板與翼板的接觸面上均有滾動桿，保證翼板可以在滑動座板和滑動支板間自由滑動。第一水平作動器和第二水平作動器水平布置于剛性擋板1/3高度處和2/3高度處，第一水平作動器和第二水平作動器分別與箱體左側(cè)板和剛性擋板背向土體側(cè)連接。第一位移傳感器水平連接在箱體左側(cè)板與剛性擋板中部之間，第二位移傳感器水平連接在箱體左側(cè)板與剛性擋板1/4高度處之間。剛性擋板與滑動座板、箱體前側(cè)板、箱體后側(cè)板、箱體右側(cè)板圍成的空間內(nèi)填有土體。土體頂面壓有剛性壓板，剛性壓板下與土體之間放置水囊，通過水囊加壓，可土體模擬豎向荷載施加，也保證土體與剛性壓板之間的柔性接觸，受力均勻，減小測試誤差。剛性壓板上連接四只立柱，立柱末端固定在反力框架上。反力框架穿過連接在箱體左側(cè)板和右側(cè)板上方的四根螺桿，并通過螺母固定，保證在加載過程中反力框架不被頂起。剛性擋板中央面向土體側(cè)連接薄膜式壓力傳感器。
[0010]所述的箱體尺寸為3.0m長X 1.2m寬X 1.5m高，由五片鋼板焊接而成，箱體內(nèi)側(cè)面光滑。
[0011]所述的第一水平作動器和第二水平作動器各有二個，分別位于剛性擋板豎向軸線兩側(cè)同一高度處，保證施力均勻。
[0012]所述的滑動座板和滑動支板為鋼板和槽鋼制成的組合式鋼板，厚度約為1c m，可以承受較普通鋼板更大的壓力?；瑒幼甯叨?0cm，滑動支板高度5?8cm?；瑒幼搴突瑒又О迮c翼板接觸的側(cè)面中部均開有條狀槽，槽中是滾動桿，滾動桿是空心柱狀桿，中間空心部分有焊接于箱體前側(cè)板和后側(cè)板上的鋼桿。
[0013]所述的翼板與剛性擋板均與箱體同寬，剛性擋板為中間厚，向上下兩端逐漸變薄的鋼板，保證在轉(zhuǎn)動過程中不與翼板發(fā)生沖突。剛性擋板與箱體側(cè)板的接觸面均連接有密封圈，剛性擋板前后約有8?1cm的移動空間。
[0014]所述的立柱沿箱體的縱向中心截面對稱分布，每側(cè)各二根，固定立柱的反力框架保持水平，立柱豎直。反力框架上開有四個孔，位置與箱體左側(cè)板上的二根螺桿和右側(cè)板上的二根螺桿位置對應(yīng)。
[0015]所述的薄膜式壓力傳感器為一條狀，豎向連接于剛性擋板上，并配有二個儀表。
[0016]所述的第一位移傳感器和第二位移傳感器采用彈簧回彈式位移計，并配有二個儀表。
[0017]所述的一種考慮剛性擋墻變位模式的土壓力試驗裝置的操作過程是:
[0018]I)通過水平作動器將剛性擋板拉至最左側(cè)，與上下滑動座板和滑動支板相貼。
[0019]2)在進行被動土壓力試驗時，在箱體內(nèi)進行土體分層填筑，采用人工或機械壓實，控制土體含水率與干密度，直至土體高度填筑至水囊底面，整平土體表面;在進行主動土壓力試驗時，先填筑土體至剛性擋板下端翼板以下，通過水平作動器將剛性擋板向右側(cè)伸出5?6cm，再在箱體內(nèi)進行土體分層填筑，采用人工或機械壓實，控制土體含水率與干密度，直至土體高度填筑至水囊底面，整平土體表面；
[0020]3)根據(jù)試驗所需荷載條件通過水囊進行加壓，模擬地面荷載；
[0021]4)在荷載達到要求時，通過分別推拉第一水平作動器和第二水平作動器來控制剛性擋板的移動；
[0022]5)通過薄膜式壓力傳感器測試得到剛性擋板上土壓力的分布規(guī)律，再進行土壓力合力與作用點的計算。
[0023]該裝置對于剛性擋板位移模式的控制，具體來說:同時等量推拉水平作動器可實現(xiàn)剛性擋板的向土體平動和背離土體平動，同時不等量推水平作動器可實現(xiàn)剛性擋板向土體的轉(zhuǎn)動，同時不等量拉水平作動器可實現(xiàn)剛性擋板背離土體的轉(zhuǎn)動，如例:第一水平作動器推動較第二水平作動器推動大，剛性擋板向土體移動，并繞底部轉(zhuǎn)動;第一水平作動器拉回較第二水平作動器大，剛性擋板背離土體移動，并繞底部轉(zhuǎn)動。剛性擋板平動時，第一位移傳感器和第二位移傳感器讀數(shù)相同，可通過其控制位移量;剛性擋板繞頂部轉(zhuǎn)動時，第二位移傳感器讀數(shù)較大，剛性擋板繞底部轉(zhuǎn)動時，第一位移傳感器讀數(shù)較大，由于剛性擋板剛度大，轉(zhuǎn)動時，位移呈線性分布，可通過二只傳感器的讀數(shù)計算出剛性擋板各處位移，從而控制轉(zhuǎn)動角度。
[0024]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和效果:
[0025]I)裝置可實現(xiàn)擋土結(jié)構(gòu)平動、繞頂部轉(zhuǎn)動、繞底部轉(zhuǎn)動等多種不同的位移模式，并可精確控制平動位移和轉(zhuǎn)動位移、角度，從而測試各種工況下土壓力的分布情況；
[0026]2)通過兩組水平作動器不同時不等量的推拉，可研究整體主動土壓力、被動土壓力的分布，以及上部(下部)土體承受主動土壓力而下部(上部)土體承受被動土壓力的特殊工況的規(guī)律性探討；
[0027]3)設(shè)置滑動座板，降低了土體邊界效應(yīng)對土壓力測試結(jié)果的影響；設(shè)置了翼板，可防止土體擠出，減小了試驗誤差；
[0028]4)設(shè)置豎向加壓裝置，更好的模擬地面荷載作用下的土壓力。
[0029]該考慮剛性擋墻變位模式的土壓力試驗裝置，滿足了在不同位移模式下，擋土結(jié)構(gòu)土壓力的性質(zhì)、大小、方向和作用點的確定需求，對工程設(shè)計、施工有較好的指導(dǎo)作用，對于土壓力理論的發(fā)展，以及工程技術(shù)的提高都具有重要意義。
【附圖說明】
[0030]圖1為一種考慮剛性擋墻變位模式的土壓力試驗裝置可主視圖。
[0031 ]圖2為一種考慮剛性擋墻變位模式的土壓力試驗裝置俯視圖。
[0032]圖3為一種滑動座板、滑動支板與翼板間連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖4為一種剛性擋板與箱體間連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖5為一種薄膜式壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖6為一種理想試驗結(jié)果中主動土壓力分布隨位移演化特征圖。
[0036]圖7為一種理想試驗結(jié)果中被動土壓力分布隨位移演化特征圖。
[0037]圖中:
[0038]I一箱體，2—滑動座板，21—滾動桿，3—滑動支板，4一剛性擋板，41 一密封圈，5—翼板，61—第一水平作動器(滿足油缸行程150_的電液伺服作動器)，62—第二水平作動器(滿足油缸行程150_的電液伺服作動器)，71—第一位移傳感器(符合量程100?150mm，精度大于5/1000的各種彈簧回彈式位移計)，72—第二位移傳感器(符合量程100?150_，精度大于5/1000的各種彈簧回彈式位移計)，8—水囊，9 一剛性壓板，10—立柱，11 一反力框架，12—螺桿，13—螺母，14—土體，15—薄膜式壓力傳感器(符合壓力量程lkg/cm2以上的電容式或電阻式壓力傳感器)。
【具體實施方式】
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