[发明专利]基于极限平衡理论的土压力模型实验方法

摘要

本发明涉及一种基于极限平衡理论的土压力模型实验方法，具体步骤为：人工安装教学实验系统，实验系统包括挡墙模型系统、位移与土压力数据采集系统和同步控制系统；人工填置夯实土样；操作同步控制系统在控制挡墙模型移动的同时实时测量墙背土压力和土体位移变化；根据土体产生的滑裂面，按照《土力学》课堂教学中的方法建立土压力计算模型，推导理论公式。本发明实现了快速对土压力经典理论进行实验教学的方法；通过PIV系统可直观观测土体位移场；建立了各系统的同步关系，能够观测到实验过程中的土压力与土体位移变化情况；可进行多种挡墙墙背形式、位移模式的实验；设备系统具有灵活性，即可完成课程教学的土压力实验，也方便学生自主设计试验和科学研究。

主权项

1.基于极限平衡理论的土压力模型的实验方法，具体步骤为：（a）安装教学实验系统，所述教学实验系统包括挡墙模型系统、位移与土压力数据采集系统和同步控制系统；挡墙模型系统包括模型箱装置和电动荷载装置，模型箱装置包括开口模型箱、可控制移动的挡墙和透明挡板，将电动荷载装置由推拉杆连接在可控制移动挡墙上；位移与土压力数据采集系统包括PIV图像采集系统、高精度土压力传感器、高精度位移传感器、计算机（处理器），PIV图像采集系统包括CCD相机、无影光源；同步控制系统包括同步器和调速器，均与计算机（处理器）相连；（b）将标定好的高精度土压力传感器、位移传感器布设在可控制移动的挡墙上，传感器均与同步器、计算机（处理器）相连；（c）将可控制移动的挡墙上固定的电动荷载装置与调速器、同步器相连；（d）在挡墙模型系统前方布设CCD相机和无影光源，CCD相机与同步器、计算机（处理器）相连；（e）使用计算机控制同步器，将控制挡墙移动的电动荷载装置启动时间、土压力传感器、位移传感器开始采集的时间以及CCD相机开始拍照的时间设为同一时刻；（f）调节调速器的初始参数，使在其控制下的电动荷载装置转速与挡墙移动速度满足实验要求；（g）将土样置入模型箱内分层夯实后开始实验，在计算机上发送同步器开始信号，控制挡墙开始移动的同时，采集墙背土压力数据、土体位移场图片，通过计算机相关软件进行分析，得到墙后土体达到极限平衡状态过程中的土体位移分布与墙后土压力变化规律和相关关系；（h）学生可根据实验土体产生的滑裂面，按照《土力学》课堂教学中的方法建立土压力计算模型，推导理论公式，并和实际量测的挡墙土压力进行比较，更深入的认识土压力经典理论。