[实用新型]一种柔性支挡后有限土体土压力及变形同步测试装置

说明书

本实用新型涉及一种柔性支挡后有限土体土压力及变形同步测试装置，涉及物理测量领域。包括：控制系统、土体变形观测系统和土压力模型箱，所述土压力模型箱为无盖的中空长方体，所述土压力模型箱的左侧面或右侧面设有第一敞口，所述土压力模型箱的前方侧壁设有第二敞口，所述第二敞口上设有透明玻璃；所述控制系统包括控制器和交互终端，所述交互终端与所述控制器连接；所述土体变形观测系统包括相机，所述相机与所述控制器连接，所述相机设置在所述土压力模型箱的前方。本方案解决了以往试验中无法准确获得土压力和土体变形对应关系的技术问题，适用于对土体土压力及变形进行测试。

技术领域

本实用新型涉及物理测量领域，特别涉及一种柔性支挡后有限土体土压力及变形同步测试装置。

背景技术

在挡墙、基坑支护等工程结构物的设计施工过程中，土压力计算和支护结构变形监测是必不可少的重要环节。现有技术中广泛采用库伦或朗肯土压力理论进行土压力计算，这些理论均假定支挡结构后方土体为半无限体，且土体在发生破坏时均达到极限平衡状态。然而，随着地下空间的广泛利用，地下结构物越来越密集，支挡结构后方填土往往为有限土体；同时，柔性支挡结构与填土之间存在相对位移，支挡结构物上的土压力随相对位移的改变而不断发生变化，难以判断各部分土体是否达到极限平衡状态；因此，根据库伦或朗肯土压力理论计算柔性支挡结构的土压力分布将会产生较大误差。

目前，研究人员主要通过理论分析及数值模拟对柔性支挡后有限宽度土体进行研究，而极少通过模型试验对其进行研究，这主要是因为已有的有限土体试验模型无法实现土压力分布与土体位移的同步测量导致试验数据无法准确反映土压力和相对位移的对应关系。因此，研究一种对柔性支挡结构上土压力及土体位移进行同步观测的装置具有重要的研究价值和工程意义。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是如何准确获得土压力和土体变形对应关系。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种柔性支挡后有限土体土压力及位移同步测试装置，包括：控制系统、土体变形观测系统和土压力模型箱，所述土压力模型箱为无盖的中空长方体，所述土压力模型箱的左侧面或右侧面设有第一敞口，所述土压力模型箱的前方侧壁设有第二敞口，所述第二敞口上设有透明玻璃；所述控制系统包括控制器和交互终端，所述交互终端与所述控制器连接；所述土体变形观测系统包括相机，所述相机与所述控制器连接，所述相机设置在所述土压力模型箱的前方；所述土压力模型箱包括数据采集子系统、活动柔性挡墙和动力推进组件，所述数据采集子系统包括土压力传感器和数据转换器，所述数据转换器分别与所述控制器和所述土压力传感器相连，所述土压力传感器设置在所述活动柔性挡墙上，所述动力推进组件分别与所述活动柔性挡墙和所述控制器连接，所述动力推进组件设置在所述第一敞口处，所述动力推进组件、所述土压力传感器与所述控制器连接。

本实用新型的有益效果是：首先从土压力模型箱顶部向土压力模型箱内放置测试土体，再通过控制系统对土压力模型箱内的动力推进组件进行调节，使柔性挡板发生挠曲变形，从而改变测试土体的受力状态，同时，控制系统开始读取经所述数据转换器转换后的土压力传感器数据，并控制设置在土压力模型箱前方的相机透过第二敞口上设置的透明玻璃对土体的变化进行记录，控制器对相机获取到的土体变形照片进行颗粒图像测速(Particle Image Velocimetry)分析，得到测试土体的变形数据，最后将测试土体的变形数据和土压力传感器获取的数据进行匹配，从而解决了以往试验中无法准确获得土压力和土体变形对应关系的技术问题。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述活动柔性挡墙上设有至少一个可转动的横向联系；所述动力推进组件包括至少一个动力组，所述动力组与所述横向联系一一对应，每个所述动力组包括变速器、传动轴、水平限位器和电机，每个所述动力组内的所述电机与所述控制器连接，所述电机上设有变速器和传动轴，所述传动轴与一个所述横向联系螺纹连接，所述水平限位器设置在所述传动轴与所述横向联系接触处。