[发明专利]框格预应力锚杆加固边坡振动台模型试验装置及施工方法

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及框格预应力锚杆加固边坡振动台模型试验装置。

背景技术

地震作用下边坡的稳定性是岩土工程和地球环境工程中十分关心的问题之一。我国是一个地震频发的国家，多山地、多地震的地理和地质条件不可避免地带来了大量和地震作用有关的边坡问题。随着国民经济的迅速发展，国家加大基础设施的发展力度，特别是西部大开发以来，能源、机场、公路、铁路等重点建设项目陆续上马，一些大型的边坡项目将建在强震区，在这些地区，地震通常诱发不同程度的边坡崩塌、滑坡和泥石流次生灾害，成为制约我国经济及社会可持续发展的重大问题，也是岩土工程和地震工程领域研究的热点和难点之一。

框格预应力锚杆支护结构是近几年随着支挡结构的发展而被提出的一种新型柔性支挡结构，其利用钢筋混凝土框格、锚杆和土体的空间协同作用来提高边坡土体力学性能，增加边坡的整体稳定性，具有良好的抗震性能；但是其理论尚不成熟，关于框格预应力锚杆加固边坡在地震作用下的破坏机制以及地震动对工程的破坏作用还处于研究阶段。

目前，边坡地震稳定性分析的常用方法主要基于极限平衡理论的应力-变形分析，有规范推荐的拟静力法、New-mark滑块分析法、动力有限元法等，按现有设计理论建造的工程尚未经历过地震实践的检验，理论尚不成熟。为了进一步了解地震作用下边坡失稳机制，为边坡地震稳定性分析提供科学的依据，必须对地震作用下边坡的动力特性和动力响应规律进行深入的研究。建立实际模型是不现实的，可通过室内相似模拟试验来获取地震作用下边坡的变形及动力响应规律的相关参数。掌握框格预应力锚杆加固下边坡在地震作用下的动力响应规律具有重要的经济意义及实用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种框格预应力锚杆加固边坡振动台模型试验装置及施工方法。

本发明是框格预应力锚杆加固边坡振动台模型试验装置及施工方法，框格预应力锚杆加固边坡振动台模型试验装置，包括振动台1，钢垫板2，模型箱3，土质边坡体4，框格20，预应力锚杆6，模型箱3由钢垫板2、方钢梁21、方钢柱22以及有机玻璃5经紧固件柔性连接而成，通过高强螺栓29与振动台1连接，模型箱3内装有框格20和土质边坡体4；土质边坡体4经分层压实后形成，土质边坡体4内铺设预应力锚杆6，由锚杆自由段30和锚杆锚固段31构成；框格20置于土质边坡体4前，由格构梁7、格构柱8和挡土板9组成；锚头19和垫板18将穿过框格20的预应力锚杆6通过螺母24锚定在框格20上，形成模拟支护边坡；位移传感器10安装于锚头19以及土质边坡体4坡顶预设位置处；在模型箱3内部设四组加速度计A14，模型箱3外部设三组加速度计B15；锚杆自由段30、锚杆锚固段31以及格构梁7、格构柱8预设位置处贴有应变片12；框格20与土质边坡体4接触的设定位置处布有土压力盒13；应变片12、加速度计A14、加速度计B15，位移传感器10与土压力盒13通过数据线27分别与应变采集仪35、加速度采集仪32、位移采集仪34、土压力采集仪33对应连接，通过数据线27一并连接到动态数据采集系统28。

框格预应力锚杆加固边坡振动台模型试验装置的施工方法，其步骤为：

（1）方案设计：制定模型结构构件方案及数据采集方案。按照重力相似率及量纲法推导出振动台模型的相似比，并按照相似关系确定土质边坡体4、预应力锚杆6、格构梁7、格构柱8、挡土板9的几何尺寸；土质边坡体4模型按照原状土的基本参数确定其质量配比、最优含水量及最大干密度；

（2）预制预应力锚杆6：用PVC管16作为模具，以预应力钢丝作为材料制作预应力锚杆6。锚杆自由段30和锚杆锚固段31按照既定方案贴应变片12，并用绝缘胶带包扎，然后将数据线27引出，将锚杆锚固段31插入PVC管16内，内部配合对中支架17，灌注水泥砂浆11，形成锚杆锚固段31，养护完成后，拆掉PVC管16；

（3）预制框格20：按照设计尺寸绑扎钢筋笼并支好模板，然后将钢筋笼放入模板内浇筑细骨料混凝土，同时预留好预应力锚杆6的出孔孔洞；待混凝土达到一定强度后拆除模板；

（4）组装模型箱3。先用方钢梁21、方钢柱22按照模型箱3设计尺寸组装出模型箱3框架，用螺栓36连接。然后将有机玻璃5经紧固件柔性连接在模型箱3框架上，最后通过螺栓36将钢垫板2与模型箱3底部的方钢梁21连接；

（5）将模型箱3用起吊装置通过模型箱3上的吊环26吊到振动台1上，并用高强螺栓29固定在振动台1台面上；