[发明专利]等效弹性边界下锚链与土切向和法向抗力测试方法

权利要求书

1.一种等效弹性边界下锚链与土切向和法向抗力测试方法，其特征在于，所采用的试验装置包括支撑架、试验箱、传动装置、气压加载系统、竖向位移施加单元、切向锚链单元、法向锚链单元；所述的试验箱固定于支撑架上，由底板、前后壁、左右固定板及可拆卸顶板固接构成，在试验箱内顶板下方依次设置有气囊、滑动顶板、土样、滑动底板，试验箱内前侧壁后方依次设置有滑动前壁、土样、滑动后壁，滑动底板与底板间、滑动前壁与前壁间、滑动后壁与后壁之间均通过弹簧连接；在左右固定板上各开孔安装有直线轴承套筒，内置直线轴承导杆与埋于土样中的切向锚链单元两端通过挂钩相连，传动装置与直线轴承导杆连接；竖向位移施加单元贯穿顶板、气囊及滑动顶板直接与法向锚链单元连接，用于向法向锚链单元整体施加竖向位移；气压加载系统用于调控气囊内的压力；

所述的等效弹性边界下锚链与土切向抗力测试方法包括如下步骤：

1)首先用钢绞线代替切向锚链对传动装置及加载装置摩擦进行标定,记为T₁：通过伺服电机施加预张荷载,保证试验箱内的钢绞线被拉紧拉直；

按照试验要求进行土样的安装，控制至指定的密实度；其次安装可滑动顶板、气囊、顶板，并将顶板通过固定插销固定在左右侧壁上；

对气囊施加压力，控制气囊内压力达到指定值进行固结；

通过伺服电机施加制定位移，通过左右力传感器进行力的测量，记左右力传感器示数为f₁与f₂，则T₁＝|f₁-f₂|＝f_{钢绞线与土}+f_{系统固有摩擦}，由于钢绞线直径较小，可忽略其与土体摩擦；

2)进行锚链与土的切向抗力的测试：

将钢绞线替换为切向锚链单元，其余与步骤1)相同，将滑轮及钢缆连接到位，通过伺服电机施加预张荷载,保证试验箱内的切向锚链被拉紧拉直；

按照试验要求进行土样的安装，控制至指定的密实度；其次安装可滑动顶板、气囊、顶板，并将顶板通过固定插销固定在左右侧壁上；

对气囊施加压力，控制气囊内压力达到指定值进行固结；

通过伺服电机施加制定位移，通过左右力传感器进行力的测量，设两个力传感器示数为F₁、F₂，由此可以测出土体与锚链的的切向抗力F_τ＝|F₁-F₂|-T₁＝|F₁-F₂|-|f₁-f₂|；

所述的等效弹性边界下锚链与土法向抗力测试方法包括如下步骤：

将法向锚链单元与导杆及步进电机连接，步进电机使其做匀速运动，读取力传感器示数，记为T₂，即为锚链及部分导杆重力；

按照试验要求进行土样的安装，控制至指定的密实度；其次安装可滑动顶板、气囊、顶板，并将顶板通过固定插销固定；

通过空压机对气囊施加压力，控制气囊内压力达到指定值进行固结；

通过步进电机以一定速率施加法向位移，读取力传感器示数，记为F₃,考虑锚链及导杆重力计算出锚链与土体法向抗力F_n＝T₂+F₃。

2.根据权利要求1所述的等效弹性边界下锚链与土切向和法向抗力测试方法，其特征在于，所述的传动装置包括四只定滑轮、伺服电机、钢绞线、两只力传感器，四只定滑轮固定于支撑架上，并两两分设于试验箱的左右两侧，钢绞线依次绕过四只定滑轮一端连接一只力传感器后与一直线轴承导杆连接，钢绞线另一端连接另一只力传感器后与另一直线轴承导杆连接，伺服电机与钢绞线连接用于施加位移。

3.根据权利要求1所述的等效弹性边界下锚链与土切向和法向抗力测试方法，其特征在于，所述的气压加载系统包括气管、气压计以及气压调控系统，气囊通过气管与气压调控系统相连，气管上设置有气压计。

4.根据权利要求1所述的等效弹性边界下锚链与土切向和法向抗力测试方法，其特征在于，所述的竖向位移施加单元包括固定于支撑架上的反力梁、与反力梁固定的步进电机、及导杆；步进电机连接导杆，导杆与法向锚链单元相连，导杆上设有竖向力传感器。