[发明专利]一种可模拟干湿循环及地下水共同作用的挡土墙模型试验装置及方法

说明书

发明公开了及一种可模拟干湿循环及地下水共同作用的挡土墙模型试验装置及方法，其包括模型箱；蒸发量测试系统；温控系统；降雨系统；电机控制系统；轴承传动系统；地下水控制系统；土壤水分传感器；通过降雨系统实现挡土墙后填土料增湿；通过温控系统精准控制模型箱内部温度；通过蒸发量测试系统精准控制蒸发量；同时基于土壤水分传感器可时时监测填料中水分迁移变化；可通过激光位移传感器测量挡土墙的位移变化；可通过电机控制系统实现挡土墙缓慢位移。本发明结构合理，操作简便，可用于模拟挡土墙后填料在干湿循环和地下水作用下填料对挡土墙土压力的影响，为工程设计和相关模型试验研究提供了一种有效手段。

技术领域：

本发明涉及一种挡土墙试验装置，尤其涉及一种可实现干湿循环及地下水共同作用的挡土墙模型试验装置及方法。

背景技术：

经过碾压填筑的挡土墙后填料在施工完成后长期暴露于自然环境中，受多种自然外力作用下，土体强度会出现弱化，变形会增大，尤其是受干湿循环和地下水作用最为显著和突出。填料土体经历反复干湿循环过程，即一个由非饱和土到饱和土交替变化的过程，该过程地下水位也不断变化，进而影响土体内部的基质吸力水平和强度参数变化。

特别地，我国膨胀土分布广泛，在工程建设中不可避免地使用膨胀土作为挡土墙后填料。由于膨胀土具有吸水膨胀和失水收缩特性，反复的干湿循环和地下水变化作用会使挡土墙发生滑塌破坏概率急剧上升。现有的模型试验装置缺乏一个能模拟降雨和蒸发及地下水位变化过程对挡土墙土压力分布产生显著影响的装置，因此有必要开发此类装置，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，本发明提出一种可模拟干湿循环及地下水共同作用的挡土墙模型试验装置及方法。本发明结构合理，操作简便，可用于模拟挡土墙后填料在干湿循环和地下水作用下填料对挡土墙土压力的影响，为工程设计和相关模型试验研究提供了一种有效手段。

为实现上述目的，本发明提供技术方案如下：

一种可模拟干湿循环及地下水共同作用的挡土墙模型试验装置，包括:模型箱1-1；模型箱1-1上部安装有降雨系统；降雨系统下方安装有挡土墙1-3，挡土墙1-3一侧与模型箱1-1之间填充有填料，另一侧安装有横向移动装置；挡土墙1-3临近填侧安装有压力测量装置；模型箱1-1上部连通有降雨蒸发系统，填料下方安装有可关闭多孔板1-7；可关闭多孔板1-7下方的模型箱1-1连通有地下水控制系统。挡土墙1-3上下两端滑动连接有滑动导轨1-9，滑动导轨1-9固定在挡土墙1-3内。

进一步的改进，所述降雨系统包括喷头2-1，喷头2-1连通有导水PVC管路2-2，导水PVC管路2-2连通有三通阀门2-3、三通阀门2-3连通有流量计2-5和空压机2-4；流量计2-5连通有抽水泵2-6，抽水泵2-6连通有储水箱2-7。

进一步的改进，所述降雨蒸发系统包括与模型箱1-1上部两侧连通构成回路的通风管4-1，通风管4-1内安装有鼓风机4-2和干燥器4-4，干燥器4-4下方安装有电子称4-3。

进一步的改进，所述地下水控制系统包括供水箱7-1，供水箱7-1通过导水管7-2连通供水箱7-1底部，导水管7-2上安装有水阀7-3。

进一步的改进，所述横向移动装置包括电机控制系统和轴承传动系统；轴承传动系统包括活动套6-2，活动套6-2内螺纹连接有螺纹丝杆6-3；活动套6-2与挡土墙1-3之间铰接连接有可拆卸支承钢杆6-1；螺纹丝杆6-3一端轴接在交叉钢杆1-10上，另一端连接有电动机5-1，电动机5-1电连接电机控制系统；所述电机控制系统包括与电动机5-1电连接的伺服驱动器5-5，伺服驱动器5-5电连接有单轴脉冲控制器5-4。

进一步的改进，所述电动机5-1通过法兰板5-3连接有减速机5-2，减速机5-2与螺纹丝杆6-3的另一端相连；配合螺纹丝杆6-3安装有激光位移传感器1-6。