一种多锚固端挡土墙室内模型试验装置及试验方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及道路工程、铁路工程、岩土工程技术领域，具体涉及多锚固端挡土墙室 内模型试验装置及其试验方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国基础设施建设的大力推进，土地资源愈发短缺，而挡土墙结构因其优越 的使用性能在基建工程当中广泛使用，随着支挡结构技术的发展，挡土墙结构形式日新月 异，设计理念也在不断的发展优化。多锚固端挡土墙是为减少挡土墙自身占地，提高其承载 力而与近期发展起来的一种新的轻型挡土墙。但目前工程界关于多锚固端挡土墙受力机理 的相关研宄相对较少，研宄主要集中在数值模拟和现场试验方面，室内试验方面还几乎是 空白。
[0003] 中国第CN 103233486 B号发明专利公开了一种锚拉式挡土墙模型试验装置及试 验方法，但是该发明只是针对锚拉式挡土墙而设计的，对于多锚固端挡土墙该发明无法完 成实验要求，其预应力加载设备也只能完成单锚固端挡土墙的试验。
[0004] 中国第CN 104196064 A号发明专利公开了一种挡土墙失稳模型试验装置及安装、 试验方法，但是该发明只是针对挡土墙的失稳情况进行室内试验并不能满足多锚固端挡土 墙的试验要求。
[0005] 可见，目前的挡土墙室内模型试验装置，存在下述缺点：
[0006] 1.目前的挡土墙室内模型只能满足锚拉式挡土墙室内模型试验以及模拟一般挡 土墙的失稳破坏情况，而针对多锚固端挡土墙目前的挡土墙室内模型还没有涉猎。
[0007] 2.目前的挡土墙室内模型试验装置的预应力加载装置只是针对单锚固端或是对 拉式挡土墙的，还不能模拟出多锚固端挡土墙的预应力加载过程。
[0008] 3.目前的挡土墙室内模型试验装置的预应力加载装置还不能模拟出多锚固端挡 土墙的预应力损失过程。
【发明内容】
[0009] 为解决现有技术存在的上述不足，本发明提供一种多锚固端挡土墙室内模型试验 装置及试验方法。
[0010] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0011] 一种多锚固端挡土墙室内模型试验装置，包括充填有模拟土体的模型槽，所述模 型槽包括底座、侧板和悬臂式的挡土墙；所述底座的前端与所述挡土墙的底边铰接，所述底 座的其他三边与所述侧板的底端固定连接；所述挡土墙的内侧设有与所述土体锚固的锚索 系统，所述挡土墙的外侧设有与所述锚索系统配合作用的预应力加载系统；所述挡土墙上 设有供所述锚索系统穿过的孔洞；所述挡土墙上和所述锚索系统上设有监测系统；所述预 应力加载系统向所述锚索系统施加预应力，通过所述监测系统来监测所述多锚固端挡土墙 室内试验过程中的相关参数。
[0012] 通过底座的前端与悬臂式挡土墙的底边铰接，来模拟悬臂式挡土墙，利用铰接方 式可以允许挡土墙绕底座转动，有效的模拟悬臂式挡土墙受土压力后的位移特性。通过与 锚索系统连接的预应力加载装置可以模拟出锚固端挡土墙的预应力损失过程。
[0013] 所述锚索系统包括：模拟锚固端的前后依次排列的若干个钢板，与所述钢板固定 连接的由钢筋模拟的若干根锚索，所述锚索的另一端与所述预应力加载系统连接。
[0014] 通过设置多个钢板来模拟具有多锚固端的挡土墙，以此来模拟多锚固端所具有的 用以增加预应力量值，减小预应力损失的作用。通过调整各个钢板之间的距离，可以模拟锚 固端不同的现场情况。
[0015] 所述钢板上设有孔洞，所述孔洞供与其他所述钢板连接的锚索通过。
[0016] 在钢板上设有孔洞，可以避免各个钢板和锚索间的交叉影响，提高模拟的准确度。
[0017] 所述预应力加载系统包括与所述挡土墙固定连接的横向反力架，所述横向反力架 的两侧设有导轨，所述横向反力架两侧通过所述导轨与若干拉板垂直连接，所述若干拉板 与所述若干跟锚索一一对应，并固定连接；通过张拉各个拉板来给相应锚索施加预应力，并 通过固定装置将所述拉板与所述导轨固定，以锁紧预应力。
[0018] 通过设置横向反力架和与之连接的拉板，来固定锚索的另一端，代替了传统锚头 的作用，使模拟锚索的张拉更加方便可行。拉板与锚索一一对应，可以分别模拟各锚固端的 受力情况。
[0019] 当进行预应力加载或预应力损失时，所述横向反力架的内部，设有千斤顶，所述千 斤顶通过空心支座与需要张拉的所述拉板连接，所述千斤顶利用与所述挡土墙的推力来为 与所述拉板连接的所述锚索提供张拉力。
[0020] 通过设置千斤顶和空心支座来施加预应力，使预应力的加载模拟更加方便快捷。 使用千斤顶和配套工作的空心支座这一巧妙设计，可以实现模拟多锚固端挡土墙的预应力 加载过程和预应力损失过程。
[0021] 所述空心支座位于需要张拉的所述拉板和所述千斤顶之间，包括两个空心垫块和 连接两个所述空心垫块的支撑钢筋；进行预应力加载时，一个所述空心垫块与需要张拉的 拉板接触，另一个所述空心垫块与所述千斤顶接触连接。
[0022] 空心支座的结构设计，可以方便进行预应力的加载和损失；模型加工方便，易于拆 卸和搬运，可以重复利用。
[0023] 所述预应力加载系统还包括位于所述挡土墙和所述空心支座之间的用于测量所 述锚索预应力的锚索计。
[0024] 锚索计可以位于空心支座和挡土墙之间的任一个受力位置，锚索计所显示的压力 即为被测锚索的预应力值。通过锚索计，可以测量被张拉锚索所承受的预应力的大小，进而 可以控制所测锚索的预应力值。
[0025] 所述预应力加载系统还包括锚头，所述锚头位于所述挡土墙与所述千斤顶之间， 所述锚头固定连接一垫板，并通过所述垫板与所述挡土墙接触；所述锚头和所述垫板上设 有若干个供所述锚索穿过的孔洞。
[0026] 设置锚头可以起到固定锚索方向的作用。
[0027] 所述监测系统包括土压力监测装置、位移监测装置和锚索应力监测装置；所述土 压力监测装置包括竖向埋设于所述挡土墙墙背上的土压力盒；所述位移监测系统包括安装 在所述挡土墙外侧的百分表；所述锚索应力监测装置包括设置在所述锚索上的应变片。
[0028] 通过设置检测系统可以满足不同试验要求下，对不同参数的测量要求。
[0029] 所述侧板中的两个面板由钢架拼接组装而成；所述钢架内侧设有钢化玻璃。
[0030] 一种多锚固端挡土墙室内模型试验装置的试验方法，包括以下步骤：
[0031] 步骤1 :根据现场实体和室内模型的大小以及受力情况对比，确定出一个合适的 相似比，并根据相似比确定出室内模型的各部件的尺寸；
[0032] 步骤2 :安装模型槽和土压力检测装置，并在安装好的模型槽内填料并压实；
[0033] 步骤3 :在锚索上粘贴应变片并安装锚索，锚索系统在安装时采用反开挖的方式 安装，并且安装预应力加载系统；在挡土墙外侧安装位移监测系统；
[0034] 步骤4 :根据试验要求进行相应的操作，进行预应力加载或预应力损失，观测相应 的测量数据。
[0035] 步骤4中，在进行预应力加载时，对若干锚索分别进行张拉，张拉时，按照距离挡 土墙由远至近的顺序，依次张拉各个锚索。
[0036] 步骤4中，进行预应力加载或预应力损失的过程包括：安装空心支座，把其中一块 空心垫块顶在锚索计的一边，另一块空心垫块顶在需要张拉的拉板的一边，松开固定装置； 调整千斤顶的长度，千斤顶顶着空心垫块改变位置，进而改变被张拉的拉板的位置，当锚索 计达到设定值时，锁紧固定装置。
[0037] 本发明的有益效果为：
[0038] 1.本发明提出了一种多锚固端挡土墙受力机理的试验模