[发明专利]一种可调控基质吸力的挡土墙模型试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种可调控基质吸力的挡土墙模型试验装置及方法，其特征在于：它包括模型箱，稳压真空泵，土壤水分传感器，激光位移传感器，PIV测试系统，供水系统，电机控制系统，轴承传动系统；通过在模型箱支承滑轨上设置螺纹孔，可实现挡土墙后填料为有限和无限宽度；通过稳压真空泵控制填料的基质吸力，同时基于土壤水分传感器可时时监测填料含水量的迁移变化；通过激光位移传感器可监控挡土墙运动过程的位移变化；通过电机控制系统可实现挡土墙足够缓慢的运动，以模拟实际工程中挡土墙的位移变化过程；通过轴承传动系统实现挡土墙不同的位移模式，以模拟实际工程中挡土墙的不同破坏模式。

技术领域：

本发明涉及一种挡土墙试验装置，尤其涉及一种可调控基质吸力的挡土墙模型试验装置及方法。

背景技术：

自然界中浅层土体均处于非饱和状态，如何考虑基质吸力对土压力的影响是亟需解决的问题，目前非饱和土压力研究均是基于理论求解及现场监测，很少有模型试验研究，而模型试验中大多是采用先配置一定含水量的填料土样，再通过静力或动力击实方法分层击实填料，然而这种方法获得的非饱和土样，其基质吸力分布并非均匀的，原因在于土样击实过程中，击实上层土样时，下层土样会在上层传递的动力作用下出现脱水，致使填料土样出现了基质吸力的非均质性。相反，一般采用砂雨法制备干砂样可获得均质土样。

同时基质吸力控制一般采用两种方式：一种是采用悬挂柱法，即通过控制U型管液面低于土样高度形成负压，使土样本身在压差作用下吸收水分，最终达到平衡状态时负压为基质吸力；另一种是采用轴平移技术，该方法需要借助高进气值陶土板进水不进气特性，施加的气压便为基质吸力。但对于模型试验而言，悬挂柱法由于施加基质吸力力的范围只有1-40kPa，并且难以在模型试验中操作，并且耗时过长，而轴平移技术难以获得满足模型尺寸的高进气值陶土板，上述两种方法均无法在模型试验中应用。因而有必要开发一种可调控填料基质吸力的备样试验方法，并且把该方法应用到挡土墙模型试验中，以研究基质吸力对挡土墙土压力影响，同时也可为工程设计和相关模型试验研究提供一种有效手段。

发明内容：

为解决上述技术问题，本发明提出一种可调控基质吸力的挡土墙模型试验装置及方法。本发明能够有效控制制备土样的基质吸力，特别地，这套装置及方法可以用于分析在各种位移模式及有限及无限填料宽度下基质吸力对挡土墙土压力分布的影响。

为实现上述目的，本发明提供技术方案如下：

一种可调控基质吸力的挡土墙模型试验装置，包括模型箱1-1，模型箱1-1上部连通有稳压真空泵1-10；模型箱1-1内安装有竖向设置的挡土墙1-3；挡土墙1-3一侧安装有压力检测装置并与模型箱1-1侧壁之间填充有填料；挡土墙1-3另一侧连接有横向平移结构；填料下方固定有可关闭多孔板1-7，可关闭多孔板1-7下方安装有可控温加热管1-12；模型箱可关闭多孔板1-7下方的模型箱1-1部分连通有供水系统；模型箱1-1上成形有冷空气入口1-15和冷空气出口1-16；冷空气入口1-15和冷空气出口1-16均安装有阀门；填料内安装有土壤水分传感器1-2。

进一步的改进，还包括PIV测试系统，所述PIV测试系统包括工业相机5-1，工业相机5-1点连接有计算机5-2。

进一步的改进，所述横向平移结构包括轴承传动系统和电机控制系统；所述轴承传动系统包括与挡土墙1-3轴接的螺纹丝杆3-3，螺纹丝杆3-3连接有电动机2-1，电动机2-1电连接电机控制系统的伺服驱动器2-5，伺服驱动器2-5电连接有单轴脉冲控制器2-4；螺纹丝杆3-3上螺纹连接有活动套3-2，活动套3-2与挡土墙1-3之间铰接有可拆卸支承钢杆3-1。

进一步的改进，所述电动机2-1通过法兰板2-3连接有减速机2-2，减速机2-2与螺纹丝杆3-3相连，配合螺纹丝杆3-3安装有激光位移传感器1-6。

进一步的改进，所述填料上方固定有铜丝网1-11，铜丝网1-11的孔径小于填料的颗粒径粒。