[发明专利]一种多位移模式下土拱效应探究装置及试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及土拱效应研究领域，尤其涉及一种多位移模式下土拱效应探究装置及试验方法。

背景技术

“土拱效应”是土体产生不均匀变形，使得土体中应力发生迁移，把应力由屈服部分的土体转移到相邻的未屈服的土体或周围稳定的介质中的一种现象，广泛存在于大量实际工程中，如：挡土墙从静止状态向极限主动土压力状态移动时，墙后土楔形体沿着墙体和土体滑裂面幵始滑移，土体颗粒由于不均勾沉降而产生压紧，造成挡土墙后土拱效应；桩承式路堤、抗滑桩、板桩墙由于桩与桩间土的沉降差，桩间的土体会形成类似隧洞顶和桥梁拱圈的作用机理，改变了土体中原有的应力状态，引起了应力重分布，把作用于土拱上的压力传递到周围稳定土层中。鉴于此，充分研究“土拱效应”的作用机理、充分利用其应力重分布的特点成为了主要的研究方向。

现有试验研究均表明，无论是挡土墙填料是砂性土，还是點性土，挡土墙土压力分布均呈现非线性分布，即墙后产生了土拱效应，且受位移模式，位移大小的影响较大，挡土墙位移模式分为平动，绕墙顶或墙顶某处转动，绕墙底或墙底某处转动三种模式，充分研究不同位移模式下土拱效应的产生机理具有重大意义。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种多位移模式下土拱效应探究装置及试验方法，其具有能够实现平动、转动、主动及被动位移模式下的土工效应检测、操作简便、易于安装的效果。

本发明采用下述技术方案：

一种多位移模式下土拱效应探究装置，包括容纳砂土的模型箱，所述模型箱上安装有多个可平动或转动的位移加载装置，通过改变位移加载装置的位移量实现多种模式的切换；在模型箱和位移加载装置的内侧设置若干土压力计，土压力计检测到的砂土不均匀位移信息由监测系统监测并记录。

进一步的，所述位移加载装置包括多个设于模型箱侧面或底部开口槽中的挡板和控制挡板运动的驱动装置，挡板的两端分别连接驱动装置；多个同步移动的挡板形成活动门结构。

进一步的，所述驱动装置包括套筒和丝杠，套筒的一端与挡板铰接，使挡板能够完成绕端部转动的位移模式；套筒的另一端与丝杠螺纹连接，通过丝杠的顺时针、逆时针旋转控制挡板的移动方向。

进一步的，所述模型箱的侧面和底部设有用于支撑位移加载装置的框架，所述框架上设置多个用于丝杠穿过的开孔。

进一步的，所述丝杠穿过框架并通过螺母固定。

进一步的，所述挡板的外侧靠近其两端位置处设置用于监测挡板两端位移量的电子百分表。

进一步的，所述土压力计以设定间距均匀粘贴在挡板及模型箱的内侧，所述监测系统采用动态信号采集分析系统，对数据进行收集。

进一步的，所述模型箱的底部由支座支撑。

本发明的工作原理为:

挡板归位后，填筑砂土至试验设计高度并压实，打开监测系统，记录模型箱内的初始土压力分布；扭转丝杠，使底部挡板或侧向挡板产生位移，同步位移的挡板数量由试验设计的活动门宽度决定；由于模型箱体内的砂土在活动门的位移下产生了不均匀位移，箱体内的土压力将重新分布；通过记录土压力计数据，监测土压力变化。

多位移模式下土拱效应探究装置的试验方法，包括以下步骤：

步骤(1)在模型箱的侧面及底部布设挡板，选择土压力计和电子百分表的安装位置；

步骤(2)根据土压力重分布的影响因素选择不同工况的填土高度，砂土按照设定压实度分层填筑进模型箱内至设定填土高度；

步骤(3)每种工况均通过丝杠控制同步位移的挡板数目改变活动门宽度，电子百分表监测挡板两端的位移量；

步骤(4)选取一种或多种影响因素的耦合作用，通过动态信号采集分析系统采集土压力数据。

进一步的，所述步骤(2)中，砂土填筑过程中通过静压法压实，减少压实过程中振动对土压力计的扰动；填筑完成后，整平顶面。

进一步的，所述步骤(2)中土压力重分布的影响因素包括填土高度、活动门位置、活动门宽度和位移模式，位移模式包括主动、被动、平动和转动位移模式。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明的模型一次成型，通过控制不同块数挡板的同步位移实现不同宽度的活动门，无需生产每一宽度的活动门，节省原料及成本、操作方便；挡板具有一定的厚度，能有效防止活动门移动过程中砂土从缝隙处掉出；