可量測擋土墻繞墻底轉動時有限填土壓力及位移的裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種土木工程土工模型試驗裝置，特別是一種可量測擋土墻繞墻底轉動時有限填土壓力及位移的裝置，應用于巖土工程的土工試驗。
【背景技術】
[0002]作用于支擋結構物上的土壓力計算是巖土工程設計中的關鍵問題。經典理論假定墻后為半無限土體、土體變形達到極限狀態。而實際工程設計中擋墻位移易受到容許位移量的限制，土體未能完全到迖極限平衡狀態，土壓力處于靜止土壓力與極限土壓力之間。例如臨近既有地下室基坑支護結構、臨近基巖面的邊坡擋土墻、地鐵車站狹窄基坑支護結構等。上述這類土壓力問題可統一歸結為有限土體的土壓力問題。經典庫倫或朗肯土壓力理論均已不適用以上工程實際。
[0003]此外，剛性擋土墻位移模式對土壓力分布具有重要影響。因此研究不同轉動方式，如繞墻底轉動、繞墻頂轉動等對剛性擋土墻土壓力及變形的影響顯得非常必要。關于有限填土土壓力，已有的研究成果都集中于理論分析，缺少大量模型試驗數據的支撐。目前關于有限填土擋土墻繞墻底轉動時土壓力及位移變化規律開展的模型試驗研究甚少。因此研究擋土墻繞墻底轉動時有限填土壓力及位移的變形規律，對基坑工程、邊破工程的穩定性評估和預測具有重要的意義。
【發明內容】
[0004]針對現有技術的不足，本發明提供一種可量測擋土墻繞墻底轉動時有限填土壓力及位移的裝置，在實現有限填土擋墻發生繞墻底轉動情況下，能夠實時、精確地量測擋墻上土壓力的分布及土體位移的變化。本發明的可實時量測擋土墻繞墻底轉動時有限填土壓力及變形的模型試驗裝置儀器構造簡單，操作方便，易于掌握。
[0005]本發明的技術方案是這樣實現的:一種可量測擋土墻繞墻底轉動時有限填土壓力及位移的裝置，該裝置包括有限填土模型箱系統、擋土墻繞墻底轉動系統和PIV測試系統。
[0006]所述的有限填土模型箱系統包括一個上面及右側面開敞的透明有機玻璃模型箱，用混泥土饒筑的前、后兩側開敞的L字形混凝土饒筑塊，一塊安裝在L字形混凝土饒筑塊底部合頁上的第一鋼板和第一鋼板上貼的第一砂布層，所述的L字形混凝土澆筑塊安裝在透明有機玻璃模型箱內，鋼板傾斜放置在L字形混凝土澆筑塊底板上設置的鋸齒凹槽內；擋土墻繞墻底轉動系統包括與透明有機玻璃模型箱內等寬的擋土墻，安裝在合頁上的第二鋼板，貼在第二鋼板內側的第二砂布層，貼在第二鋼板外側的四氟乙烯層，貼在第二砂布層內側的應力傳感膜，在應力傳感膜和第一砂布層之間的透明有機玻璃模型箱內填充有土體，在擋土墻外側固定安裝有軸力傳感器，軸力傳感器與推進軸相連接，推進軸與SDJ-1型三速電動等應變控制剪切儀相連接，在軸力傳感器下方的擋土墻外側固定安裝有位移計；所述的PIV測量系統包括安裝在土體外側的殼體，殼體內安裝有LED燈、CCD高速相機和圖像采集處理器。
[0007]所述的L字形混凝土澆筑塊的底板上帖置有第三砂布層。
[0008]所述的鋸齒凹槽至少為三個，所述的四氟乙烯層設置在擋土墻和第二鋼板之間。
[0009]所述的LED燈為兩個，LED燈設置在透明有機玻璃模型箱前方對稱位置，LED燈是額定功率為30W的交直流LED泛光燈。
[0010]所述的應力傳感膜設置在第二砂布層內側面上，應力傳感膜采用多點薄膜壓力傳感器制成，應力傳感膜厚度為0.2mm，直徑為10mm，量測范圍為0至lOkPa，精度為1%。
[0011]所述的位移計的量程為0至10mm，精度為0.01mm。
[0012]所述的軸力傳感器的量程為0至5kN，精度為0.001。
[0013]所述的SDJ-1型三速電動等應變控制剪切儀的剪切速度分別為:0.02 mm/min、0.8mm/mi η和2.4mm/min,最大剪切力為5KN。
[0014]所述的CCD高速相機分辨率為1626pixelX 1236pixel，像素尺寸為4.4 μ mX4.4 μ m，曝光時間為100 μ s X 80ms，采集速率可達200fps，同時提供了 Camlink專用接口。
[0015]本發明具有如下的積極效果:首先，本發明結構簡單，操作方便，包括有限填土模型箱系統、擋土墻繞墻底轉動系統和PIV測試系統；本發明的試驗裝置，能夠真正模擬有限填土擋墻繞墻底轉動時的自然應力狀態，即試驗時土體應力狀態與實際工程中土體的狀態相同；本發明試驗裝置在擋土墻上等高度間距設置高精度的土壓力傳感器，可以實時量測有限填土的土壓力；本發明試驗裝置在模型箱正前方設置高精度的攝像機，同時用PIV技術可以實時量測擋墻繞墻底轉動全過程中土體位移圖像；本發明模型試驗裝置操作方便，涉及的儀器構造簡單，易于掌握。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明的主視結構示意圖。
[0017]圖2為本發明的俯視結構示意圖。
[0018]圖3為本發明的鋸齒凹槽結構示意圖。
[0019]圖4為本發明的第二鋼板結構示意圖。
[0020]圖5為本發明的軸力傳感器結構示意圖。
【具體實施方式】
[0021]如圖1、2、3、4、5所示，一種可量測擋土墻繞墻底轉動時有限填土壓力及位移的裝置，該裝置包括有限填土模型箱系統、擋土墻繞墻底轉動系統和PIV測試系統。
[0022]所述的有限填土模型箱系統包括一個上面及右側面開敞的透明有機玻璃模型箱1，用混泥土澆筑的前、后兩側開敞的L字形混凝土澆筑塊2，一塊安裝在L字形混凝土澆筑塊2底部合頁11上的第一鋼板12和第一鋼板12上貼的第一砂布層5-1，所述的L字形混凝土澆筑塊2安裝在透明有機玻璃模型箱1內，鋼板12傾斜放置在L字形混凝土澆筑塊2底板上設置的鋸齒凹槽3內；擋土墻繞墻底轉動系統包括與透明有機玻璃模型箱1內等寬的擋土墻4，安裝在合頁11上的第二鋼板13，貼在第二鋼板13內側的第二砂布層5-2，貼在第二鋼板13外側的四氟乙烯層14，貼在第二砂布層5-2內側的應力傳感膜6，在應力傳感膜6和第一砂布層5-1之間的透明有機玻璃模型箱1內填充有土體15，在擋土墻4外側固定安裝有軸力傳感器7，軸力傳感器7與推進軸10相連接，推進軸10與SDJ-1型三速電動等應變控制剪切儀8相連接，在軸力傳感器7下方的擋土墻4外側固定安裝有位移計9 ;所述的PIV測量系統包括安裝在土體15外側的殼體16，殼體16內安裝有LED燈18、CCD高速相機17和圖像采集處理器19。
[0023]所述的L字形混凝土澆筑塊2的底板上帖置有第三砂布層5-3。所述的鋸齒凹槽3至少為三個，所述的四氟乙烯層14設置在擋土墻4和第二鋼板13之間。所述的LED燈18為兩個，LED燈18設置在透明有機玻璃模型箱1前方對稱位置，LED燈18是額定功率為30W的交直流LED泛光燈。所述的應力傳感膜6設置在第二砂布層5-2內側面上，應力傳感膜6采用多點薄膜壓力傳感器制成，應力傳感膜6厚度為0.2mm，直徑為10mm，量測范圍為0至lOkPa，精度為1%。所述的位移計9的量程為0至10mm，精度為0.01mm。所述的軸力傳感器7的量程為0至5kN，精度為0.001。所述的SDJ-1型三速電動等應變控制剪切儀8的剪切速度分別為:0.02 mm/min、0.8 mm/min和2.4mm/min，最大剪切力為5KN。所述的CCD高速相機17分辨率為1626pixelX 1236pixel，像素尺寸為4.4 μ mX 4.4 μ m，曝光時間為100ysX80ms，采集速率可達200fps，同時提供了 Camlink專用接口。PIV測量系統包括硬件系統和軟件系統兩個部分，其中硬件系統主要由兩盞泛光LED燈18、CCD高速相機17、圖像采集及后處理器19等組成，軟件系統采用德國LaVis1n公司DaVis 8.0系列軟件及PIVview2C軟件完成擋墻繞墻底轉動全過程土體位移圖像的采集分析與展示工作。
[0024]實施例1:透明有機玻璃模型箱1其前后兩面長為500mm，寬為400mm，左側面長為400mm，寬為200mm，底面長為500mm，寬為200mm，有機玻璃板厚均為10mm ；L字形混凝土澆筑塊2長度為530臟，寬度為200臟，高度為380臟，厚度為80mm ;鋸齒凹槽3，深度為5mm，長度為200