一种横向受荷体土压力测量试验方法
【专利摘要】本发明涉及土木工程【技术领域】，尤其涉及一种横向受荷体土压力测量试验方法。该测量试验方法包括以下步骤：建造外槽，在外槽内设置一内槽；预制横向受荷体，在横向受荷体的顶部和底部预留安装孔，并将制成的横向受荷体竖向放置在内槽中；在横向受荷体的一侧设置加载组件，使加载组件的一端与横向受荷体连接，另一端抵在外槽的侧壁上；在横向受荷体上安装位移测量元件，按试验要求在内槽内填筑土体，并在横向受荷体侧面埋置多个土压力测量元件；驱动加载组件工作，使加载组件推动横向受荷体移动；记录位移测量元件所测得的横向受荷体位移值以及土压力测量元件所测得的横向受荷体侧面土压力值，从而可方便准确地获取横向受荷体侧面土压力分布规律。
【专利说明】一种横向受荷体土压力测量试验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及土木工程【技术领域】，尤其涉及一种横向受荷体土压力测量试验方法。
【背景技术】
[0002]目前，在深基坑工程、港口工程、桥梁工程、高层建筑和边坡等工程中，横向受荷体(例如受荷桩和挡土墙)应用较为广泛，其主要承受横向力及力矩的作用或者竖向荷载的作用。
[0003]以受荷桩为例，按其受力特点可分为竖向受荷桩(如桩基础)与横向受荷桩(如抗滑桩、围护桩)。在横向受荷桩的受力分析过程中，最大的难点在于如何准确确定作用于桩的侧向土压力。一方面，桩侧土压力与土体和桩的变形大小及模式相关，因此，需要将桩和土体作为整体来考虑；另一方面,风化、地震、降雨以及桩体施工等会改变土体密度、孔隙t匕、含水量等物理参数，引起土体力学参数(c，^等)发生变化，进而改变桩侧土压力的大小和分布规律。
[0004]目前，在横向受荷体(如抗滑桩、挡土墙)常规设计中土压力一般取静止土压力或极限状态下的主动土压力或被动土压力。然而实际工程中的土压力是土与横向受荷体之间相互作用的结果，横向受荷体的不同变位模式、土体的变形与强度特性都对土压力的大小和分布规律产生影响。传统设计理论所采用的许多假设都在不同程度地回避横向受荷体与土体相互作用问题，使得横向受荷体侧土压力计算方法缺乏理论依据，设计参数存在诸多假设和不确定性，横向受荷体的设计计算大多依靠设计师的经验，设计理论滞后，工程失效的情况也时有发生，造成了巨大的财产损失(例如，3mX 2m截面的抗滑桩造价基本上每米上万元，浙江省上三高速公路6#滑坡抗滑桩加固工程费用超过四千万)，且工程失效涉及民生安全，关系重大。因此，积极开展横向受荷体侧土压力的试验研究具有较强的工程应用背景，而且具有非常重要的理论与应用价值。
[0005]鉴于人为因素(桩体施工)、自然因素(降雨、地震等)及桩体(墙体)位移等扰动因素影响下横向受荷体与土体相互作用的复杂性，建立合理的横向体侧土压力计算模型必须基于大量的试验。然而，现场试验成本过高，模型试验成为研究横向受荷体(抗滑桩、挡土墙等)体侧土压力分布特性的有效手段。但目前关于这方面测量模拟试验装置和方法却不尽准确合理，成本较高，因此，开发一种横向受荷体体侧土压力测量模型试验方法，以满足受荷体体侧土压力分布规律研究的需要成为项目组迫切需要解决的问题。
[0006]因此，针对以上不足，本发明提供了一种横向受荷体土压力测量试验方法。
【发明内容】
[0007](一 )要解决的技术问题
[0008]本发明的目的是提供一种准确合理、成本较低的横向受荷体土压力测量试验方法以满足横向受荷体在承受荷载发生移动情况下土压力分布规律的研究需要。
[0009]( 二 )技术方案
[0010]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种横向受荷体土压力测量试验方法，其包括以下步骤:
[0011]步骤S1、建造外槽，在外槽内设置一内槽；
[0012]步骤S2、预制横向受荷体，在横向受荷体的顶部和底部预留安装孔，并将制成的横向受荷体竖向放置在内槽中；
[0013]步骤S3、在横向受荷体的一侧设置加载组件，使加载组件的一端与横向受荷体连接，另一端抵在外槽的侧壁上；
[0014]步骤S4、在横向受荷体上安装位移测量元件，按试验要求在内槽内填筑土体，并在横向受荷体侧面埋置多个土压力测量元件；
[0015]步骤S5、驱动加载组件工作，以使加载组件推动横向受荷体移动；
[0016]步骤S6、记录位移测量元件所测得的横向受荷体位移值以及土压力测量元件所测得的横向受荷体侧面土压力值；
[0017]步骤S7、根据步骤S6中测得的横向受荷体位移值和横向受荷体侧面土压力值，结合受荷体侧面的土体物理参数，获取受荷体侧面的土压力分布规律。
[0018]其中，步骤S3中，加载组件包括上加载组件和下加载组件，上加载组件和下加载组件水平设置且位于横向受荷体的同侧，将上加载组件的一端抵在外槽的侧壁上，另一端与横向受荷体的顶部连接，将下加载组件的一端抵在外槽的侧壁上，另一端与横向受荷体的底部连接。
[0019]其中，所述横向受荷体为多个并列设置的受荷桩，上加载组件包括相配合的第一传力杆和第一千斤顶，下加载组件包括相配合的第二传力杆和第二千斤顶，在步骤S3中，沿受荷桩底部安装孔穿过第二导杆，用螺栓组件将第二导杆的两端分别与两个第二传力杆连接；沿受荷桩顶部安装孔穿过第一导杆，用螺栓组件将第一导杆两端分别与两个第一传力杆连接。
[0020]其中，根据两个第一传力杆和两个第二传力杆的位置分别在外槽的槽壁上相应地布置两个第一千斤顶和两个第二千斤顶，并使第一千斤顶与第一传力杆接触，使第二千斤顶与第二传力杆接触。
[0021]其中，步骤S5中，两个第一千斤顶和两个第二千斤顶同步施加荷载，对应于横向受荷体发生平动的位移模式。
[0022]其中，步骤S5中，两个第一千斤顶同步施加荷载，对应于横向受荷体发生绕底部转动的位移模式。
[0023]其中，步骤S5中，两个第二千斤顶同步施加荷载，对应于横向受荷体发生绕顶部转动的位移模式。
[0024]其中，所述位移测量元件为百分表。
[0025]其中，所述土压力测量元件为土压力计。
[0026]其中，所述横向受荷体为挡土墙。
[0027](三)有益效果
[0028]本发明的上述技术方案具有如下优点:本发明提供的横向受荷体土压力测量试验方法通过建造外槽和内槽，在内槽中设置预制的横向受荷体，将加载组件的一端与横向受荷体连接，另一端抵在外槽的侧壁上，从而可以对横向受荷体进行加载，由于在横向受荷体上安装位移测量元件，在横向受荷体侧面埋置多个土压力测量元件，从而在横向受荷体受力的过程中，可以测得横向受荷体的位移值及横向受荷体侧面的土压力值，进而可得出受荷体在不同位移模式下的土压力分布规律，这种测量试验方法简单实用，测量准确，且成本较低。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1是本发明实施例横向受荷体土压力测量试验方法所采用的土压力测模试验装置的正视结构示意图；
[0030]图2是本发明实施例横向受荷体土压力测量试验方法所采用的土压力测模试验装置的俯视结构示意图。
[0031]图中，1:夕卜槽；2:内槽；3:位移测量兀件；4:横向受荷桩；5:第一导杆；6:土压力测量兀件-J:第一传力杆；8:第一千斤顶；9:第二传力杆；10:土体；12:第二导杆；13:第二千斤顶。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图和实施例对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0033]本发明提供的横向受荷体土压力测量试验方法包括以下步骤:
[0034]步骤S1、建造外槽，在外槽内设置一内槽；
[0035]步骤S2、预制横向受荷体，在横向受荷体的顶部和底部预留安装孔，并将制成的横向受荷体竖向放置在内槽中；
[0036]步骤S3、在横向受荷体的一侧设置加载组件，使加载组件的一端与横向受荷体连接，另一端抵在外槽的侧壁上；
[0037]步骤S4、在横向受荷体上安装位移测量元件，按试验要求在内槽内填筑土体，并在横向受荷体侧面埋置多个土压力测量元件；
[0038]步骤S5、驱动加载组件工作，以使加载组件推动横向受荷体移动；
[0039]步骤S6、记录位移测量元件所测得的横向受荷体位移值以及土压力测量元件所测得的横向受荷体侧面土压力值；
[0040]步骤S7、根据步骤S6中测得的横向受荷体位移值和横向受荷体侧面土压力值，结合受荷体侧面的土体物理参数，获取受荷体侧面的土压力分布规律。
[0041]上述技术方案中，通过建造外槽和内槽，在内槽中设置预制的横向受荷体，将加载组件的一端与横向受荷体连接，另一端抵在外槽的侧壁上，从而可以对横向受荷体进行加载，由于在横向受荷体上安装位移测量元件，在横向受荷体侧面埋置多个土压力测量元件，从而在横向受荷体受力的过程中，可以测得横向受荷体的位移值及横向受荷体侧面的土压力值，结合受荷体侧面的土体物理参数，进而可得出受荷在荷载下的土压力分布规律。
[0042]具体地，步骤S3中，加载组件可包括上加载组件和下加载组件，上加载组件和下加载组件水平设置且位于横向受荷体的同侧，将上加载组件的一端抵在外槽的侧壁上，另一端与横向受荷体的顶部连接，将下加载组件的一端抵在外槽的侧壁上，另一端与横向受荷体的底部连接。这样，根据试验要求，上加载组件和下加载组件同时加载动作，可以对横向受荷体进行平动式驱动，也可以仅仅使上加载组件或下加载组件单独加载，形成对横向受荷体的顶部驱动加载或底部驱动加载，以适应不同的试验要求。
[0043]优选地，所述横向受荷体为多个并列设置的横向受荷桩，上加载组件包括相配合的第一传力杆和第一千斤顶，下加载组件包括相配合的第二传力杆和第二千斤顶，在步骤S3中，沿横向受荷桩底部安装孔穿过第二导杆，用螺栓组件将第二导杆的两端分别与两个第二传力杆连接；沿横向受荷桩顶部安装孔穿过第一导杆，用螺栓组件将第一导杆两端分别与两个第一传力杆连接；根据两个第一传力杆和两个第二传力杆的位置分别在外槽的槽壁上相应地布置两个第一千斤顶和两个第二千斤顶，并使第一千斤顶与第一传力杆接触，使第二千斤顶与第二传力杆接触。通过驱动千斤顶，通过传力杆的传动，实现对横向受荷桩的驱动加载，且这种加载方式简单、实用、高效。
[0044]步骤S5中，两个第一千斤顶和两个第二千斤顶可同步施加荷载；当然可以单独使两个第一千斤顶同步施加荷载，或者两个第二千斤顶同步施加荷载。这样即可实现上加载组件和下加载组件的同步或单个驱动加载。
[0045]具体地，所述位移测量元件为百分表；所述土压力测量元件为土压力计，一般采用JTM-V2000型振弦式土压力计。
[0046]当然，本发明的横向受荷体土压力测量试验方法中，所述横向受荷体也可以选用挡土墙，该挡土墙也需要进行预制，之后放入内槽中，通过设置加载组件进行加载和试验。
[0047]另外，为了更好地理解本发明的横向受荷体土压力测量试验方法，下面进一步地介绍下本发明的横向受荷体土压力测量试验方法所采用的土压力测模试验装置，如图1和图2所示，相应的土压力测模试验装置包括外槽1、内槽2、上加载组件、下加载组件、土压力测量元件6及位移测量元件3，外槽I可在地面开挖然后用混凝土浇筑而成，然后再外槽I内设置内槽2，内槽2的一侧可以敞开，内槽2中设置有土体10，横向受荷体位于土体10中，该土体10可以阶梯状，也可以具有一定坡度，多个土压力测量元件6依次埋置于横向受荷体侧面的土体10中，位移测量元件3设置在横向受荷体上，上加载组件和下加载组件水平设置且位于横向受荷体的同侧。
[0048]具体地，上加载组件的一端抵在外槽I的侧壁上，另一端与横向受荷体的顶部连接，下加载组件的一端抵在外槽I的侧壁上，另一端与横向受荷体的底部连接。其中，上述横向受荷体为横向受荷桩4，横向受荷桩4可为圆柱状或为棱柱状；模型外槽I与内槽2 —般均用混凝土浇筑而成，上加载组件包括第一千斤顶8和第一传力杆7，第一千斤顶8的底部固定在外槽I侧壁上，第一千斤顶8的顶端与第一传力杆7的一端连接，第一传力杆7的另一端与横向受荷体的顶部连接；下加载组件包括第二千斤顶13和第二传力杆9，第二千斤顶13的底部固定在外槽I侧壁上，第二千斤顶13的顶端与第二传力杆9的一端连接，第二传力杆9的另一端与横向受荷体的底部连接，所述第一千斤顶8和第二千斤顶13采用FCY-20长型液压千斤顶。
[0049]其中，横向受荷体可为单个横向受荷桩4，也可为多个并列设置的横向受荷桩4。当采用多个并列设置的横向受荷桩4时，多个横向受荷桩4顶部通过第一导杆5连接，第一导杆5的两端分别通过并行的两套上加载组件与外槽I的内壁连接，也即第一导杆5的两端分别通过一个第一传力杆7与固定在外槽I侧壁上的第一千斤顶8连接；多个横向受荷桩4底部通过第二导杆12连接，第二导杆12的两端分别通过并行的两套下加载组件与外槽I的内壁连接，也即第二导杆12的两端分别通过一个第二传力杆9与固定在外槽I侧壁上的第二千斤顶13连接，这样横向受荷桩4的顶部有两个第一传力杆7驱动，横向受荷桩4的底部由两个第二传力杆9驱动，横向受荷桩4平动受力更均匀，传力杆的传动更精确稳当。
[0050]综上所述，本发明提供的横向受荷体土压力测量试验方法通过建造外槽和内槽，在内槽中设置预制的横向受荷体，将加载组件的一端与横向受荷体连接，另一端抵在外槽的侧壁上，从而可以对横向受荷体进行加载，由于在横向受荷体上安装位移测量元件，在横向受荷体侧面埋置多个土压力测量元件，从而在横向受荷体受力的过程中，可以测得横向受荷体的位移值及横向受荷体侧面的土压力值，进而可得出横向受荷体在发生不同位移模式下的土压力分布规律，这种测量试验方法简单实用，测量准确，且成本较低。
[0051]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种横向受荷体土压力测量试验方法，其特征在于，其包括以下步骤: 步骤S1、建造外槽，在外槽内设置一内槽； 步骤S2、预制横向受荷体，在横向受荷体的顶部和底部预留安装孔，并将制成的横向受荷体竖向放置在内槽中； 步骤S3、在横向受荷体的一侧设置加载组件，使加载组件的一端与横向受荷体连接，另一端抵在外槽的侧壁上； 步骤S4、在横向受荷体上安装位移测量元件，按试验要求在内槽内填筑土体，并在横向受荷体侧面埋置多个土压力测量元件； 步骤S5、驱动加载组件工作，以使加载组件推动横向受荷体移动； 步骤S6、记录位移测量元件所测得的横向受荷体位移值以及土压力测量元件所测得的横向受荷体侧面土压力值； 步骤S7、根据步骤S6中测得的横向受荷体位移值和横向受荷体侧面土压力值，结合受荷体侧面的土体物理参数，获取受荷体侧面的土压力分布规律。
2.根据权利要求1所述的横向受荷体土压力测量试验方法，其特征在于，步骤S3中，力口载组件包括上加载组件和下加载组件，上加载组件和下加载组件水平设置且位于横向受荷体的同侧，将上加载组件的一端抵在外槽的侧壁上，另一端与横向受荷体的顶部连接，将下加载组件的一端抵在外槽的侧壁上，另一端与横向受荷体的底部连接。
3.根据权利要求2所述的横向受荷体土压力测量试验方法，其特征在于，所述横向受荷体为多个并列设置的受荷桩，上加载组件包括相配合的第一传力杆和第一千斤顶，下加载组件包括相配合的第二传力杆和第二千斤顶，在步骤S3中，沿受荷桩底部安装孔穿过第二导杆，用螺栓组件将第二导杆的两端分别与两个第二传力杆连接；沿受荷桩顶部安装孔穿过第一导杆，用螺栓组件将第一导杆两端分别与两个第一传力杆连接。
4.根据权利要求3所述的横向受荷体土压力测量试验方法，其特征在于，根据两个第一传力杆和两个第二传力杆的位置分别在外槽的槽壁上相应地布置两个第一千斤顶和两个第二千斤顶，并使第一千斤顶与第一传力杆接触，使第二千斤顶与第二传力杆接触。
5.根据权利要求4所述的横向受荷体土压力测量试验方法，其特征在于，步骤S5中，两个第一千斤顶和两个第二千斤顶同步施加荷载，对应于横向受荷体发生平动的位移模式。
6.根据权利要求4所述的横向受荷体土压力测量试验方法，其特征在于，步骤S5中，两个第一千斤顶同步施加荷载，对应于横向受荷体发生绕底部转动的位移模式。
7.根据权利要求4所述的横向受荷体土压力测量试验方法，其特征在于，步骤S5中，两个第二千斤顶同步施加荷载，对应于横向受荷体发生绕顶部转动的位移模式。
8.根据权利要求1所述的横向受荷体土压力测量试验方法，其特征在于，所述位移测量元件为百分表。
9.根据权利要求1所述的横向受荷体土压力测量试验方法，其特征在于，所述土压力测量元件为土压力计。
10.根据权利要求1所述的横向受荷体土压力测量试验方法，其特征在于:所述横向受荷体为挡土墙。
【文档编号】G01N3/02GK104181044SQ201410374516
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年7月31日 优先权日:2014年7月31日
【发明者】李剑虹, 朱剑锋, 孟湘黔, 陈媛 申请人:宁波市市政设施景观建设有限公司