[发明专利]水平荷载作用下压力型锚杆承载特性模型试验装置及方法

权利要求书

1.水平荷载作用下压力型锚杆承载特性模型试验装置，其特征在于，包括模型箱(5)、加载装置和土压力监测装置，模型箱(5)为侧面开口的透明模型箱，所述加载装置位于模型箱(5)开口的一侧；

所述模型箱(5)与开口相邻的一侧面、紧贴箱体内壁设有压力型锚杆，所述压力型锚杆包括杆体(8a)和垂直于杆体(8a)的锚定板(8c)，所述杆体(8a)平行于箱体底面；杆体(8a)顶端设有百分表(9)；模型箱(5)开口一侧设有挡板(7)，所述挡板(7)上设有用于杆体(8a)穿过的孔；所述加载装置包括可调节加载支架(2)、可调节加载支架(2)上的定滑轮(3)、绕定滑轮(3)的连接线(4)，所述连接线(4)一端连接锚杆，另一端连接用于盛放砝码的砝码盘(1)；

所述土压力监测装置按一定的排列方式分布于模型箱(5)内的试验用砂石土中。

2.根据权利要求1所述的水平荷载作用下压力型锚杆承载特性模型试验装置，其特征在于，杆体(8a)到定滑轮(3)之间的连接线为水平方向，定滑轮(3)到砝码盘(1)之间的连接线为竖直向下。

3.根据权利要求1所述的水平荷载作用下压力型锚杆承载特性模型试验装置，其特征在于，所述可调节加载支架(2)包括水平的固定台和固定台下方的可调节支腿，定滑轮(3)固定安装在固定台上。

4.根据权利要求3所述的水平荷载作用下压力型锚杆承载特性模型试验装置，其特征在于，所述支腿包括上部结构(2a)和下部结构(2b)，所述下部结构(2b)为中空结构，上部结构(2a)嵌插入下部中空结构中。

5.根据权利要求4所述的水平荷载作用下压力型锚杆承载特性模型试验装置，其特征在于，所述上部结构(2a)和下部结构(2b)上设有若干螺栓孔，上部结构(2a)和下部结构(2b)通过螺栓(2c)固定连接。

6.根据权利要求1所述的水平荷载作用下压力型锚杆承载特性模型试验装置，其特征在于，所述压力型锚杆的锚定板(8c)为长方形。

7.根据权利要求1所述的水平荷载作用下压力型锚杆承载特性模型试验装置，其特征在于，所述百分表(9)的底座连接在保护装置上，表头紧压在杆体(8a)顶端。

8.根据权利要求1所述的水平荷载作用下压力型锚杆承载特性模型试验装置，其特征在于，所述土压力监测装置为土压力计(12)，所述土压力计(12)的排布方式为：以杆体为对称轴上、下对称分布。

9.根据权利要求1所述的水平荷载作用下压力型锚杆承载特性模型试验装置，其特征在于，所述锚杆至少为一根，多根锚杆通过加载条(11)连接成一个整体，加载条(11)连接多根锚杆的顶端。

10.水平荷载作用下压力型锚杆承载特性模型试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、建造可视化模型试验装置

将模型箱放进保护装置内，将挡板放入保护装置与玻璃箱之间的预留缝内，保证挡板与玻璃箱开口的一侧紧密贴合；

步骤二、分层填入试验用砂石土并埋置锚杆、土压力监测装置

向模型箱(5)内分层填入试验用砂石土，并逐层夯实，以保证试验用砂石土在模型箱(5)内的密实度；待填筑至设计高度时将压力型锚杆水平放入，锚杆侧面和模型箱正面的玻璃紧密接触；在预定位置埋设土压力计(12)；而后再分层填入试验用砂石土并逐层夯实，直至填土至设计高度，整平试验用砂石土表面；在外延底板上放置重物，以保证试验装置的稳固；

步骤三、调试试验设备

将连接线(4)绕过可调节加载支架上部的定滑轮(3)，一端接至砝码盘(1)，一端连接压力型锚杆，在模型箱(5)的主视面架设数码相机，调整相机的位置及参数，使其焦平面与模型箱(5)主视面平行且能拍摄到清晰的试验用砂石土图像；将百分表(9)的表头压在压力型锚杆的顶端面；将土压力计(12)导线依次连接至静态应变仪，并将静态应变仪连接至电脑并完成调试；

步骤四、开始试验

通过在砝码盘(1)添加砝码，对压力型锚杆进行分级加载，通过静态应变仪记录土压力计(12)受力数据，用数码相机分别拍摄试验过程中各级荷载下箱侧试验用砂石土的图像，加载直至恒定水平荷载下位于压力型锚杆顶端的百分表数值持续增加；

步骤五、试验结果分析

试验加载结束后，通过分析土压力计数值得到分级荷载下锚杆周围土体压应力场；通过图像处理软件对试验过程中数码相机所拍摄的图像进行分析，得到不同荷载下的杆周土位移场和剪应变场；通过百分表得到杆体的荷载-位移曲线。