[发明专利]一种测试土压力的模型试验装置与测试方法

说明书

本发明涉及一种测试土压力的模型试验装置与测试方法，所述装置包括：模型箱，挡墙板，微型土压力传感器，反力撑架，由位移加载楔、传动齿盘组、手动齿盘组、备用千斤顶组成的加载部件，U形滑槽，由直形标尺、弧形标尺组成的位移读数标尺，转轴固定杆与固定件，竖向位移阻栏杆，以及回复弹簧。本发明可以以较小竖向加载力实现数倍、数十倍甚至百倍的水平推力，极大的减小对加载头量程的要求，甚至无须千斤顶而手动加载；可以将微小侧向位移值放大数倍、数十倍甚至百倍后再读数，采用常规刻度盘就可以获得高精度，同时放大加载位移后便于加载控制；在大比例模型试验与被动土压力测试中优势明显。

技术领域

本发明涉及一种岩土工程的室内模型试验系统与测试方法，具体的，涉及一种测试主动、被动与极限、非极限土压力的模型试验装置与测试方法。

背景技术

支挡结构的土压力问题是基坑工程、边坡工程关注的共同工程问题，土压力的大小及其分布特点是支挡结构设计的依据；挡土墙土压力也是岩土工程的重要研究方向，关于极限、非极限土压力的实验研究与理论研究的实验验证均需要借助土压力实验装置得以实现。

加载装置的加载量程与位移读数构造是挡墙土压力实验装置两个最重要部分，现有的加载方法主要是水平方向的全量加载和直接测取侧向微量位移的方法，对于稍大比例的模型实验、特别被动土压力实验，所需要的水平推力相当可观，采用水平全量加载方法则对加载装置的最大加载值提供较高的要求；而且室内模型实验的挡墙侧移量一般都很小，几个毫米到一两个厘米，要准确测取位移值，特别是满足非极限土压力的位移测量需求，直接测取侧移法则往往需要借助复杂的精密装置才能实现，这对于实验操作提出较高的要求，且对于研究非极限土压力更困难。

发明内容

针对现有装置与方法中的不足与缺陷，本发明提供一套广泛适用与测取主动、被动，极限、非极限土压力模型试验的简易装置。

根据本发明的第一个方面，提供一种适用于测取主动、被动，极限、非极限土压力的模型试验装置，包括：模型箱、挡墙板、微型土压力传感器、反力撑架、U形滑槽、加载部件、回复弹簧；

所述的模型箱为一个三面侧壁一短边侧面敞口的长方体箱体，箱体内用于装填实验用松散介质，挡墙板、U形滑槽、加载部件、反力撑架均设置于模型箱的敞口端；

所述的挡墙板位于模型箱的敞口一端的最内侧；挡墙板朝向模型箱内侧的表面上设有孔，用于安装微型土压力传感器，挡墙板的背面设有坡面朝斜下方向的外凸的竖向楔坡构造；

所述的反力撑架位于模型箱敞口一端的最外侧；

所述的U型滑槽设置在挡墙板与反力撑架之间且滑槽面朝向模型箱内侧方向，U形滑槽的中部位置开设圆孔，U形滑槽的下部中间位置开设矩形缺口构造；

所述的加载部件包括位移加载楔、传动齿盘组、手动齿盘组、备用千斤顶，其中：所述位移加载楔设置于挡墙板背面的竖向楔坡结构与U形滑槽之间，位移加载楔的楔坡面朝斜上方向且正对挡墙板背面的竖向楔坡结构，位移加载楔的背面朝对并紧贴U形滑槽且在背面的竖向中线位置开有竖向的单侧齿轮槽；所述传动齿盘组为n组，n大于等于1，每组传动齿盘组均包括第一小齿盘、大齿盘和刚性连接第一小齿盘、大齿盘的第一转轴连接杆，所述手动齿盘组包括手动转盘、第二小齿盘和刚性连接手动转盘、第二小齿盘的第二转轴连接杆，其中第一组传动齿盘组即第一级传动齿盘组中的第一小齿盘穿过U形滑槽的中部圆孔并安插在位移加载楔背面的单侧齿轮槽内，第二组传动齿盘组即第二级传动齿盘组中的第一小齿盘连接一级转动齿盘组中的大齿盘，……，第n组传动齿盘组即第n级，也即最后一级传动齿盘组中的大齿盘连接与手动齿盘组中的第二小齿盘连接；备用千斤顶设置于位移加载楔的正下方；

所述的回复弹簧设置在挡墙板与U形滑槽之间。

优选地，所述的传动齿盘组中：