[实用新型]一种被动变形模式下土拱效应探究试验装置

说明书

技术领域

本实用新型属于“土拱效应”探究试验范畴，涉及一种新型装置结构及连接形式，是一种新型土拱效应模型试验装置，对探讨土拱效应对锚间墙受力特征的影响规律，确定锚固截面与锚间墙荷载分担比等都具有重要的理论和实践价值。

背景技术

支护结构引起的“土拱效应”是地下工程中最关键的问题，其广泛存在于各种岩土工程中，如隧道开挖、基坑支护、边坡支挡等工程。土拱效应是指土体内部应力从屈服区域转移到临近静止区域的现象。

现阶段，“土拱效应”对于土体应力传递规律有着不可忽视的作用，因此板桩墙、桩承式路堤、锚拉桩等加固技术都对其展开研究。桩板墙背侧由于土拱效应的出现，使得桩背侧与挡板背侧所受荷载存在较大差异，土拱效应已对桩板墙背侧土压力传递的方式产生了显著的影响。常规桩承式路堤设计方法中首先确定路堤填土的土拱效应极限能力，然后根据作用在加筋材料顶面的荷载确定加筋材料需承受的拉力并选定加筋材料。锚拉桩桩板结构后的大部分土压力通过土体不均匀变形而形成的空间土拱直接传递到锚头，剩余部分的土压力才经桩板结构再传递到锚头。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。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服现有技术的不足，提供一种新型土拱效应模型试验装置，完善上述现有探究“土拱效应”室内试验，通过利用本实用新型装置进行室内试验，来探究“土拱效应”原理，为工程实践提供一定的理论基础。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种被动变形模式下土拱效应探究试验装置，包括支架，所述支架上支撑模型盒，所述模型盒上部开口，模型盒底部设置固定在支架上的第一底板和第二底板，所述第一底板和第二底板支撑整个模型盒；第一底板上侧搭接放置第一挡板，第二底板上侧搭接放置第二挡板，第一挡板与第二挡板之间设置变刚度挡板；所述第一挡板和第二挡板底部均固定可转动的压板，压板转动至工作位时，与变刚度挡板接触并支撑住变刚度挡板，用于模拟铰接情况；所述第一挡板、第二挡板和变刚度挡板上均有螺栓孔，刚性连接情况由带有螺栓孔的小钢片进行模拟，上下叠加于第一挡板与变刚度挡板以及第二挡板与变刚度挡板之间，用螺栓进行连接，此时压板转动至非工作位；所述第一挡板与第二挡板下部设置同步加载千斤顶，千斤顶下部设置底座；所述模型盒一侧设置高速摄像机。

进一步的，所述模型盒还包括与第一底板垂直的第一侧板、第二侧板、第三侧板和第四侧板，所述第一侧板和第二侧板相对，第三侧板和第四侧板相对，第一侧板、第二侧板、第三侧板和第四侧板围成盒体。

进一步的，所述第三侧板和第四侧板均与第一侧板固定连接，第三侧板和第四侧板均与第二侧板固定连接。

进一步的，所述第一侧板和第二侧板底部均通过第一连接件固定于支架上。以防模型盒倾覆。

进一步的，所述第一底板下表面与第一侧板、第二侧板、第三侧板和第四侧板的下表面相平齐。

进一步的，所述第二底板下表面与第一侧板、第二侧板、第三侧板和第四侧板的下表面相平齐。

进一步的，所述支架顶部固定第一底板和第二底板，第一挡板支撑于第一底板上，第二挡板支撑于第二底板上。

进一步的，所述第一底板和第二底板之间的间距大于第一挡板和第二挡板之间的间距；所述第一挡板和第二挡板之间的间距大于变刚度挡板之间的间距。

进一步的，所述变刚度挡板由至少一个基础尺寸挡板拼接而成。

土拱效应探究模型装置为铰接时的试验方法，包括以下步骤：

步骤1：将第一刚度的挡板放置于第一挡板和第二挡板之间，将压板转动至与第一刚度挡板接触；

步骤2：在模型盒内以设定间隔埋置土压力传感器；在第一刚度挡板下侧设定间隔布置应变片；在同步加载千斤顶与第一挡板以及第二挡板之间设置压力传感器；同步加载千斤顶的底座中间，对准第一刚度挡板设定间隔布置激光测距仪；在模型盒的一侧设置高速摄像机；

步骤3：将透明石英砂按设定压实度分层填筑至模型盒内；

步骤4：启动同步加载千斤顶，每阶段上升0.6mm，在第一挡板和第二挡板的带动下，第一刚度挡板也向上移动，土体内力重新分布，监测土压力变化情况以及第一刚度挡板变形情况，并用高速摄像机进行摄像；

步骤5：更换第一刚度挡板为第二刚度挡板(或更换第一刚度挡板尺寸)，重复进行步骤1―步骤4，完成试验。

土拱效应探究模型装置为刚接时的试验方法，包括以下步骤：