專利名稱：擋土墻土壓力模型試驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于巖土力學中土壓力實驗儀器領域，尤其涉及一種觀察剛性擋土墻不同位移模式對主動土壓力分布影響的模型試驗裝置。
背景技術：
在擋土墻設計計算中最為常用的土壓力理論為經(jīng)典的庫倫(Coulomb) 土壓力理論和朗肯(Rankine) 土壓力理論?；跇O限平衡理論的庫倫主動土壓力，由于計算方法簡單、 適用范圍廣，計算主動土壓力合力和實際土壓力比較接近，大多數(shù)情況下能滿足工程需要， 因而得到廣泛的應用。但是，庫倫土壓力理論沒有充分考慮擋墻的變位模式、位移大小對土壓力的影響，導致與實際土壓力分布相差比較大。目前研究表明土壓力分布與剛性擋墻位移模式有關。擋土墻墻體位移模式包括三種基本位移模式平移、繞墻底轉動、繞墻頂轉動。剛性墻體繞墻底位移模式下，土壓力近似線性分布；平移模式下，土壓力呈重心偏下的拋物線形分布；繞墻頂位移模式下，在墻頂約1/3墻高范圍存在明顯的土拱效應，土體密度越大，土拱效應越明顯。但是目前，對擋土墻的位移模式影響土壓力的分布的規(guī)律研究還較少，缺乏合理的擋土墻位移模式模型試驗裝置。測量土壓力多數(shù)是把土壓力盒埋置于土體之中，利用讀數(shù)儀進行讀數(shù)，這樣當土體變形時，土壓力盒表面易形成拱效應，極大地影響到了土壓力的準確值。若是在擋土設備上安置柔性薄膜進行土體土壓力觀測，土體位移通過螺桿進行控制，可以觀察擋土墻位移模式影響土壓力分布的現(xiàn)象，目前還沒有這種實驗裝置。
發(fā)明內容本實用新型所要解決的問題是提供一種觀察剛性擋土墻不同位移模式對主動土壓力分布影響的模型試驗裝置。在擋土設備上安置壓力感應薄膜，以及可以反映土壓力變化的測壓水管進行土體土壓力觀測，土體位移通過活動支架進行控制，可以觀察擋土墻不同的位移模式對土壓力分布的影響。擋土墻土壓力模型試驗裝置，包括開口向上的開口模型箱、擋土板、充水盒、導向支架、刻度板、測壓水管、壓力感應柔性膜，開口模型箱內設置與側壁平行的擋土板，擋土板通過導向支架與開口模型箱連接；擋土板上自上而下均勻布置若干個測壓孔，每個測壓孔上布置壓力感應柔性膜，每個壓力感應柔性膜上設置充水盒，每個充水盒上遠離擋土板的一側連接測壓水管，若干根測壓水管平行布置在刻度板上。比較好的是，本實用新型的導向支架通過滑動螺栓與開口模型箱的側壁連接。比較好的是，本實用新型的滑動螺栓與開口模型箱的側壁之間布置推拉支架。比較好的是，本實用新型的充水盒內布置彈簧，彈簧一端固定連接在壓力感應柔性膜上，另一端固定連接在充水盒盒體上。比較好的是，本實用新型的充水盒為具有“凹”字形的圓盤。本實用新型與現(xiàn)有的技術相比，具有的有益效果如下[0012]該設備能夠演示擋土墻不同的位移模式對主動土壓力分布的影響；能夠方便地控制擋土墻的不同位移模式。試驗結果表明，土壓力的變化能夠清晰地反映于測壓水管的水頭中，測壓管水頭的變化能夠較好的反映土壓力的分布特征；設備易于操作，方便攜帶，適合做土力學教學中擋土墻位移模式對主動土壓力影響的演示實驗。

圖1為本實驗新型的前視圖。圖2為本實驗新型的側視圖。圖3為本實驗新型的俯視圖。圖中標號1為開口模型箱，2為擋土板，3為充水盒，4為導向支架，5為刻度板，6 為測壓水管，7為推拉支架，8為滑動螺栓，9為壓力感應柔性膜。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的技術方案進行進一步說明。參照圖1、圖2和圖3，本實用新型主要由開口模型箱、擋土板及位移控制系統(tǒng)和測壓系統(tǒng)三部分組成，包括開口模型箱1、擋土板2、充水盒3、導向支架4、刻度板5、測壓水管 6、推拉支架7、滑動螺栓8、壓力感應柔性膜9。擋土板2被夾在開口模型箱1 一側約1/3距離處，擋土板2的一側裝填實驗用土樣(可用砂土)，另一側連接位移控制裝置。擋土板2上等距離布置5個測壓孔，每個測壓孔處安裝一個由壓力感應柔性膜9密封的充水盒3 (盒內充滿水)。參照圖1、圖2和圖3，本實用新型中擋土板2、導向支架4、推拉支架7和滑動螺栓 8組成擋土板及位移控制系統(tǒng)，連結在擋土板2上的可以活動的導向支架4有四根，開口模型箱1側壁上穿有4個直徑約為兩倍于導向支架4直徑的孔，導向支架4通過如前所述的孔穿過開口模型箱1側壁，并被其里外兩側的滑動螺栓8固定。推拉支架7有上下兩根，每根和對應的兩根導向支架4由滑動螺栓8連結在開口模型箱1側壁外側。旋轉放松滑動螺栓8，導向支架4就可以通過推拉支架7的推拉前后移動，擋土板2便產(chǎn)生位移。參照圖1、圖2和圖3，本實用新型中由充水盒3、刻度板5、測壓水管6和壓力感應柔性膜9組成測壓系統(tǒng)，充水盒3為一具有“凹”字形的圓盤，壓力感應柔性膜9設置在充水盒3的開口上，并處于繃緊狀態(tài)，，充水盒3底座連接測壓水管6，測壓水管6為透明橡膠管，5個測壓水管6并排在刻度板5上。受到壓力后，充水盒3表面的壓力感應柔性膜9向內變形，壓縮充水盒3體積，充水盒3內的水被擠出，連接在測壓裝置上的測壓水管6水頭高度升高。這樣，作用在擋土板2上土壓力較大，則測壓水管6水頭就高。測壓水管6水頭的高低直觀反映了作用在擋土板2上土壓力的大小。為了測壓水管6水位在較大壓力作用下不致上升過高，又能反映較小的壓力變化，具有一定的靈敏度，在充水盒3中設置了一個一定剛度的彈簧，一側固定在壓力感應柔性膜9上，一側固定在充水盒3底座上。本實用新型在具體使用過程中，首先組裝好擋土板2及位移控制系統(tǒng)和測壓系統(tǒng)，并放入開口模型箱1 ；用滑動螺栓8和推拉支架7將導向支架4固定在開口模型箱1上； 在開口模型箱1的側壁涂抹硅油，并且在和砂土接觸的一側貼聚四氟乙烯薄膜，用以減小土體和側壁的摩擦；擋土板2的底部需涂抹適量黃油，以減小擋土板運動過程中的摩擦力； 在擋土板2與開口模型箱1側壁的縫隙間涂適量真空泥，防止實驗過程中砂土從縫隙中漏出。往測壓水管6中注水，調整測壓水管6中水頭的高度，讓若干個測壓水管水頭保持在較低的同一個平面內。為便于觀察，可在水中加入紅色或藍色的染料。往開口模型箱1中分層填入砂土。穩(wěn)定大約5分鐘后，觀察測壓水管6水頭的變化。分別旋松固定上下端導向支架4的滑動螺栓8，拉動推拉支架7，使擋土板2與土體產(chǎn)生不同形式和大小的位移。穩(wěn)定5分鐘后，觀察測壓水管水頭變化。當位移較大時，土體產(chǎn)生破壞，觀察其破壞形態(tài)和位移。
權利要求1.擋土墻土壓力模型試驗裝置，其特征在于包括開口向上的開口模型箱(1)、擋土板 (2)、充水盒(3)、導向支架(4)、刻度板(5)、測壓水管(6)、壓力感應柔性膜(9)，開口模型箱 (1)內設置與側壁平行的擋土板(2)，擋土板(2)通過導向支架(4)與開口模型箱(1)連接； 擋土板(2)上自上而下均勻布置若干個測壓孔，每個測壓孔上布置壓力感應柔性膜(9)，每個壓力感應柔性膜(9 )上設置充水盒(3 )，每個充水盒(3 )上遠離擋土板(2 )的一側連接測壓水管(6 )，若干根測壓水管(6 )平行布置在刻度板(5 )上。
2.根據(jù)權利要求1所述的擋土墻土壓力模型試驗裝置，其特征在于上述導向支架(4) 通過滑動螺栓(8)與開口模型箱(1)的側壁連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的擋土墻土壓力模型試驗裝置，其特征在于上述滑動螺栓(8) 與開口模型箱(1)的側壁之間布置推拉支架(7)。
4.根據(jù)權利要求1所述的擋土墻土壓力模型試驗裝置，其特征在于上述充水盒(3)內布置彈簧，彈簧一端固定連接在壓力感應柔性膜(9)上，另一端固定連接在充水盒(3)盒體上。
5.根據(jù)權利要求1所述的擋土墻土壓力模型試驗裝置，其特征在于上述充水盒(3)為具有“凹”字形的圓盤。
專利摘要擋土墻土壓力模型試驗裝置，屬于巖土力學中土壓力實驗儀器領域，尤其涉及一種觀察剛性擋土墻不同位移模式對主動土壓力分布影響的模型試驗裝置。本實用新型開口模型箱內設置與側壁平行的擋土板，擋土板通過導向支架與開口模型箱連接；擋土板上自上而下均勻布置若干個測壓孔，每個測壓孔上布置壓力感應柔性膜，每個壓力感應柔性膜上設置充水盒，每個充水盒上遠離擋土板的一側連接測壓水管，若干根測壓水管平行布置在刻度板上。本實用新型在擋土設備上安置壓力感應薄膜，以及可以反映土壓力變化的測壓水管進行土體土壓力觀測，土體位移通過活動支架進行控制，可以觀察擋土墻不同的位移模式對土壓力分布的影響。
文檔編號G09B25/04GK202075920SQ20112019050
公開日2011年12月14日 申請日期2011年6月8日 優(yōu)先權日2011年6月8日
發(fā)明者丁國權, 葉欣, 曲晨飛, 王豹, 袁俊平 申請人:河海大學