一種有限土體剛性擋墻土壓力模型試驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種巖土工程中土壓力試驗裝置，特別是涉及填土寬度變化的有限土體剛性擋墻下的土壓力模型試驗裝置，可用于量測不同變位模式、不同擋墻位移下主動或者被動土壓力問題。
【背景技術】
[0002]在土工擋土墻，如基坑圍護結構、橋墩基礎和粧基承臺等實際工程結構中，主動或者被動土壓力問題至關重要。經典的庫倫或朗肯土壓力理論均假定擋墻后土體為半無限體，而實際情況下，經常會有臨近的擋墻或者基巖面存在，且擋墻間土體的寬度與深度之比往往較小，主動區或被動區土體不再滿足半無限體的假定，此時應考慮土體寬度和相鄰擋墻的影響。因此不同填土寬度影響下作用在剛性擋土墻上的土壓力問題是迫切需要解決的問題。
[0003]大量試驗研究表明土壓力沿擋墻深度分布與變位模式和擋墻位移有很大關系。在實際工程中，剛性擋墻的變位模式除了最基本的平動模式外還有繞墻底轉動和繞墻頂轉動的模式。不同變位模式對土壓力的大小和分布有很大的影響。另外實際工程中，往往擋墻位移并未達到極限位移，此時主動土體的土壓力比極限狀態主動土壓力大，被動土體的土壓力比極限狀態被動土壓力小，因此研究非極限狀態下的主動或被動土壓力尤為重要。這就需要對擋墻變位模式和擋墻位移量的準確控制，需要采要高精度的加載系統和量測系統才能實現。傳統的做法采用油壓千斤頂控制加載，但是油壓千斤頂不易長時間維荷，易在加載中荷載不斷減小；且千斤頂的卸載過程難以很好控制，對于精確量測不同變位模式、不同位移下主動土壓力較難實現。同時，在試驗過程中需要緩慢推動擋墻才能減小擋墻和側壁之間的摩擦，這就需要一個能精確緩慢控制加載速度的加載系統。
[0004]目前工程中常假定平面應變條件下主、被動土壓力的滑裂面為通過墻踵的與水平面呈一定角度的平面，但由于臨近擋墻的存在，不同的填土寬度下的滑裂面必然與經典的庫倫或朗肯土壓力理論的滑裂面不同。傳統的土壓力試驗中采用色紗線確定滑裂面位置，但對于整個土體的位移場的分布卻無法得知，且滑裂面需要較大的擋墻位移才可能用肉眼識別，實際工作中，不可能無限制的進行擋墻移動。這就需要一種非肉眼識別且精確地進行整個土體位移場分析的技術。
[0005]同時理論分析均建立在一定的分析模型基礎上，若無法得知真實的滑裂面則無法進行正確的理論分析，且現場實測難以獲得滑裂面和主、被動土壓力，因此需要模型試驗來明確不同填土寬度下的主、被動土壓力的滑裂面及主、被動土壓力與填土寬度、擋墻變位模式和擋墻位移的關系。
【發明內容】
[0006]為了克服上述現有技術的不足，本實用新型提供了有限土體剛性擋墻土壓力模型試驗裝置，解決了有效精確控制擋墻位移、變位模式，及量測各狀態下不同深度范圍的主動或者被動土壓力，并確定土體變形及滑裂面發展規律等問題。
[0007]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:本實用新型有限土體剛性擋墻土壓力模型試驗裝置，包括模型箱、加載系統、擋土墻和量測系統四個部分；所述模型箱由模型箱底座、模型箱底板、模型箱框架、鋼化玻璃、卡位鋼塊、加載系統反力架和剛性墊塊組成；所述模型箱底座由工字鋼焊接而成；所述模型箱底板由不銹鋼板四周點焊于模型箱底座上；所述模型箱框架由不銹鋼條焊接而成，并焊接于模型箱底座和模型箱底板上，在側面的不銹鋼條中開槽；所述鋼化玻璃通過硅膠嵌固于側面的不銹鋼條的槽線中；所述卡位鋼塊焊接于模型箱底板和模型箱框架上；所述加載系統反力架的斷面呈梯形，由兩塊梯形的鋼板、三條橫向鋼條和反力架鋼板焊接而成，并焊接于模型箱底座上；所述剛性墊塊為槽型墊塊，焊接于模型箱底板上，并在其上兩側各焊接一根圓鋼條；所述加載系統由上下共兩套可獨立工作的設備組成，每套設備由三相變頻調速電機、減速機、絲桿升降機和變頻器組成，絲桿升降機固定于反力架鋼板，減速機分別和絲桿升降機、三相變頻調速電機固定連接；所述絲桿升降機包含主體和絲桿；所述擋土墻包括移動擋墻和固定邊界兩塊剛性擋墻；所述移動擋墻由移動擋墻加固肋、移動擋墻鋁合金板和移動擋墻尼龍板從模型裝置左側至右側依次固定連接，移動擋墻通過固定鉸支座連接至加載系統，移動擋墻的兩側面各自粘貼軟毛窗刷條并涂抹凡士林；所述固定邊界由固定邊界尼龍板、固定邊界鋁合金板、固定邊界加固肋和移動把手從模型裝置左側至右側依次固定連接，固定邊界的固定邊界鋁合金板剛好緊靠四角處的四個卡位鋼塊，固定邊界的兩側面各自粘貼軟毛窗刷條；所述移動擋墻尼龍板、固定邊界尼龍板按照微型土壓力盒的尺寸預挖孔洞且在與移動擋墻鋁合金板、固定邊界鋁合金板接觸面側挖槽；所述固定鉸支座由鉸支座底座、鉸支座轉動鉸、鉸支座插銷和鋼套筒組成；所述鉸支座底座由一塊底部水平鋼板和兩塊豎向鋼板焊接而成，兩塊豎向鋼板之間能剛好放置鉸支座轉動鉸，且通過挖孔形成鉸支座插銷所需的孔洞；所述的鉸支座轉動鉸頂部圓環形、底部螺紋形；所述鉸支座插銷為內部攻絲、外部拋光的鋼筒，通過彈簧鋼螺絲將其固定于鉸支座插銷的預留孔洞中；所述鋼套筒為內部攻絲的圓鋼筒，將絲桿和鉸支座轉動鉸組裝連接；所述量測系統包括微型土壓力盒、百分表和數碼照相機；所述微型土壓力盒總共十六個，分為兩組，分別沿著移動擋墻和固定邊界的中線埋設于擋土墻上預留的孔洞中以量測各深度范圍內的土壓力值，微型土壓力盒信號傳輸線通過移動擋墻尼龍板、固定邊界尼龍板上的槽線引出；所述百分表利用百分表磁性表座固定，百分表的伸縮桿頂在移動擋墻上，百分表用于移動擋墻位移的量測，一共設置三個測點，均布置在與絲桿的中心同一水平面上，其中兩個布置在下側的絲桿的左右側；所述的百分表磁性表座為軸接式磁力表座，可通過磁化及退磁開關控制表座的磁性，表座上各軸可在任意位置鎖緊；所述數碼照相機放置于模型箱側面正前方并對土體進行定時拍攝，利用拍攝的照片對土體進行顆粒圖像測速技術(PIV)分析，從而得出土體的位移場。
[0008]進一步地，所述卡位鋼塊總共設置八組，將擋墻間距分為八道，分別為0.2,0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0 和 2.5 倍填土高度。
[0009]進一步地，所述加載系統采用變頻器控制三相變頻調速電機的轉速，并通過減速機降低轉速，可控制絲桿的升降速度為0.026-0.125mm/So
[0010]進一步地，所述三相變頻調速電機可通過變頻器調節其轉速和正轉/反轉；所述減速機的速比為1:100 ;所述絲桿升降機的絲桿的有效行程200mm，絲桿只能在水平面內平動而不能轉動，同時將絲桿的端頭處理成螺紋形，與固定鉸支座連接。
[0011]進一步地，所述移動擋墻能沿著剛性墊塊上的兩根細圓小鋼條能順暢移動，且不發生豎向位移而僅能在豎直平面內轉動。
[0012]進一步地，所述移動擋墻尼龍板和固定邊界尼龍板的表面可以通過不同處理實現不同墻土接觸面粗糙程度的模擬，通過表面均勻地涂抹凡士林并覆蓋塑料薄膜以模擬光滑的墻體表面，通過表面粘貼透明膠帶以模擬半粗糙的墻體表面，通過表面粘貼粗砂紙以模擬粗糙的墻體表面。
[0013]進一步地，所述微型土壓力盒的厚度與移動擋墻尼龍板、固定邊界尼龍板的厚度相等，其信號傳輸線通過擋土墻內的線槽引出，連接到數據采集儀和微型土壓力盒供電裝置上。
[0014]與現有技術相比，本實用新型的有益效果是:
[0015]1、本實用新型中在移動擋墻外側布置兩套由三相變頻調速電機、減速機和絲桿升降機組成的加載裝置以實現水平加載，并分別由兩個變頻器控制調速電機的速度以實現不同的加載速度，其范圍為0.026-0.125mm/s，從而能有效控制擋墻的加載速度和變位模式。且該加載裝置能通過變頻器調節調速電機的轉動方向進而控制絲杠的升降，控制擋墻的后退或者前進，從而實現主被動土壓力問題。這就解決了利用千斤頂加載時，不易長時間維荷、易在加載中荷載不斷減小、卸載過程難以很好控制和位移的精度等問題。
[0016]2、本實用新型中將土壓力盒埋設于尼龍板(板厚與土壓力盒厚度一致)內，同時將土壓力盒信號傳輸線也埋設于尼龍板背面的槽線中，再將尼龍塑料板用螺絲固定于鋁合金板上。這樣處理一是可以保證擋墻的表面平整，避免表面不平整而出現的應力集中現象；二是可以保證土壓力盒背面的絕對剛性；三是較傳統使用的混凝土墻體來說，同樣剛度下厚度可以減小，利于試驗模型的縮小，且擋墻表面為尼龍板便于粘貼砂紙、透明膠帶等以處理成不同的粗糙度。
[0017]3、本實用新型在固定邊界(臨近擋墻)上也同樣埋設土壓力盒，用于量測不同變位模式、不同擋墻位移下臨近擋墻上的土壓力大小和分布，從而對于之后理論分析模型提供幫助。
【附圖說明】
[0018]圖1為有限土體剛性擋墻土壓力模型試驗裝置側視圖；
[0019]圖2為有限土體剛性擋墻土壓力模型試驗裝置俯視圖；
[0020]圖3中(a)為移動擋墻上擋墻結構圖，(b)為移動擋墻背部加固圖，(C)為移動擋墻土壓力盒埋設圖；
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