考虑刚性挡墙变位模式的土压力试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉建筑与土木工程试验测试技术领域，尤其涉及一种考虑刚性挡墙变位模式的土压力试验装置，它适用于模拟刚性挡墙不同位移模式下的主动、被动土压力试验，也适用于模拟不同荷载条件下的刚性挡墙土压力试验。
【背景技术】
[0002]土建工程中许多构筑物如挡土墙、桥台、基坑围护结构等挡土结构，都支撑着土体，保持着土体稳定，它们经常承受着土体侧压力的作用，为了进行土压力相关理论研究，需要一套功能完善的试验装置来进行土压力的实验室物理模拟。
[0003]目前，目前工程实践中广泛采用的土压力评价方法仍是基于极限平衡理论的库伦(Coulomb)和朗肯(Rankine)的土压力理论以及基于库仑滑楔理论和拟静力法概念的Mononobe-Okabe地震土压力公式。经典的土压力理论均假定挡墙的位移量足够大，能使得墙后填土处于主动或被动极限状态，只能计算墙后填土处于主动和被动极限状态时的土压力，没有充分考虑挡土墙位移对土压力的影响。然而实际工程中的土压力是土体与挡土结构之间相互作用的结果，挡土结构的不同变位模式、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。许多实际工程中，能够使得墙后填土达到被动极限平衡状态的墙体位移量常常不会发生，土压力可能是介于主动土压力和被动土压力之间的某一值。
[0004]传统设计理论所采用的许多假设都在不同程度地回避受荷体与土体相互作用问题，因此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，因此，有必要研究挡墙的位移，亦即填土的侧向变形，对土压力大小及分布规律的影响。
[0005]模型试验是揭示土压力随挡墙位移变化发展规律和验证土压力理论的有力工具。为解决上述问题，研制一种考虑刚性挡墙变位模式的土压力试验装置，在工程上，为设计挡土结构时，更好的确定土压力的性质、大小、方向和作用点，对于土压力理论的发展，以及工程技术水平的提高都具有重要意义。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的是针对土建工程中承受着土体侧压力的构筑物，是在于提供了一种考虑刚性挡墙变位模式的土压力试验装置，结构合理，使用方便，满足了不同地面荷载条件下，刚性挡墙发生不同位移模式下土压力分布规律的研究需要，对于土压力理论的发展，以及工程技术水平的提高具有重要意义。
[0007]为解决上述问题，本实用新型采用以下技术措施来实现上述目的:
[0008]—种考虑刚性挡墙变位模式的土压力试验装置，它由箱体、第一水平作动器、第二水平作动器、第一位移传感器、第二位移传感器、刚性挡板、翼板、滑动座板、滑动支板、刚性压板、水囊、反力框架、薄膜式压力传感器等部件构成。
[0009]其特征在于:箱体为长方体容器，四侧面与底面封闭，上面开口。箱体底部与顶部在前后侧板间焊接滑动座板，顶部的滑动座板之下、底部的滑动座板之上分别有滑动支板焊接于箱体前后侧板上。滑动座板和滑动支板距左侧板45?50cm。刚性挡板布置于滑动座板和滑动支板靠近土体的一侧，刚性挡板的顶端和底端通过铰接连接有二片翼板，翼板长35?4 O c m，翼板分别从箱体内顶部和底部的滑动座板和滑动支板间水平穿过。滑动座板和滑动支板与翼板的接触面上均有滚动杆，保证翼板可以在滑动座板和滑动支板间自由滑动。第一水平作动器和第二水平作动器水平布置于刚性挡板1/3高度处和2/3高度处，第一水平作动器和第二水平作动器分别与箱体左侧板和刚性挡板背向土体侧连接。第一位移传感器水平连接在箱体左侧板与刚性挡板中部之间，第二位移传感器水平连接在箱体左侧板与刚性挡板1/4高度处之间。刚性挡板与滑动座板、箱体前侧板、箱体后侧板、箱体右侧板围成的空间内填有土体。土体顶面压有刚性压板，刚性压板下与土体之间放置水囊，通过水囊加压，可土体模拟竖向荷载施加，也保证土体与刚性压板之间的柔性接触，受力均匀，减小测试误差。刚性压板上连接四只立柱，立柱末端固定在反力框架上。反力框架穿过连接在箱体左侧板和右侧板上方的四根螺杆，并通过螺母固定，保证在加载过程中反力框架不被顶起。刚性挡板中央面向土体侧连接薄膜式压力传感器。
[0010]所述的箱体尺寸为3.0m长X 1.2m宽X 1.5m高，由五片钢板焊接而成，箱体内侧面光滑。
[0011]所述的第一水平作动器和第二水平作动器各有二个，分别位于刚性挡板竖向轴线两侧同一高度处，保证施力均匀。
[0012]所述的滑动座板和滑动支板为钢板和槽钢制成的组合式钢板，厚度约为1c m，可以承受较普通钢板更大的压力。滑动座板高度20cm，滑动支板高度5?8cm。滑动座板和滑动支板与翼板接触的侧面中部均开有条状槽，槽中是滚动杆，滚动杆是空心柱状杆，中间空心部分有焊接于箱体前侧板和后侧板上的钢杆。
[0013]所述的翼板与刚性挡板均与箱体同宽，刚性挡板为中间厚，向上下两端逐渐变薄的钢板，保证在转动过程中不与翼板发生冲突。刚性挡板与箱体侧板的接触面均连接有密封圈，刚性挡板前后约有8?1cm的移动空间。
[0014]所述的立柱沿箱体的纵向中心截面对称分布，每侧各二根，固定立柱的反力框架保持水平，立柱竖直。反力框架上开有四个孔，位置与箱体左侧板上的二根螺杆和右侧板上的二根螺杆位置对应。
[0015]所述的薄膜式压力传感器为一条状，竖向连接于刚性挡板上，并配有二个仪表。
[0016]所述的第一位移传感器和第二位移传感器采用弹簧回弹式位移计，并配有二个仪表。
[0017]所述的一种考虑刚性挡墙变位模式的土压力试验装置的操作过程是:
[0018]I)通过水平作动器将刚性挡板拉至最左侧，与上下滑动座板和滑动支板相贴。
[0019]2)在进行被动土压力试验时，在箱体内进行土体分层填筑，采用人工或机械压实，控制土体含水率与干密度，直至土体高度填筑至水囊底面，整平土体表面;在进行主动土压力试验时，先填筑土体至刚性挡板下端翼板以下，通过水平作动器将刚性挡板向右侧伸出5?6cm，再在箱体内进行土体分层填筑，采用人工或机械压实，控制土体含水率与干密度，直至土体高度填筑至水囊底面，整平土体表面；
[0020]3)根据试验所需荷载条件通过水囊进行加压，模拟地面荷载；
[0021]4)在荷载达到要求时，通过分别推拉第一水平作动器和第二水平作动器来控制刚性挡板的移动；
[0022]5)通过薄膜式压力传感器测试得到刚性挡板上土压力的分布规律，再进行土压力合力与作用点的计算。
[0023]该装置对于刚性挡板位移模式的控制，具体来说:同时等量推拉水平作动器可实现刚性挡板的向土体平动和背离土体平动，同时不等量推水平作动器可实现刚性挡板向土体的转动，同时不等量拉水平作动器可实现刚性挡板背离土体的转动，如例:第一水平作动器推动较第二水平作动器推动大，刚性挡板向土体移动，并绕底部转动;第一水平作动器拉回较第二水平作动器大，刚性挡板背离土体移动，并绕底部转动。刚性挡板平动时，第一位移传感器和第二位移传感器读数相同，可通过其控制位移量;刚性挡板绕顶部转动时，第二位移传感器读数较大，刚性挡板绕底部转动时，第一位移传感器读数较大，由于刚性挡板刚度大，转动时，位移呈线性分布，可通过二只传感器的读数计算出刚性挡板各处位移，从而控制转动角度。
[0024]本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果:
[0025]I)装置可实现挡土结构平动、绕顶部转动、绕底部转动等多种不同的位移模式，并可精确控制平动位移和转动位移、角度，从而测试各种工况下土压力的分布情况；
[0026]2)通过两组水平作动器不同时不等量的推拉，可研究整体主动土压力、被动土压力的分布，以及上部(下部)土体承受主动土压力而下部(上部)土体承受被动土压力的特殊工况的规律性探讨；
[0027]3)设置滑动座板，降低了土体边界效应对土压力测试结果的影响；设置了翼板，可防止土体挤出，减小了试验误差；
[0028]4)设置竖向加压装置，更好的模拟地面荷载作用下的土压力。
[0029]该考虑刚性挡墙变位模式的土压力试验装置，满足了在不同位移模式下，挡土结构土压力的性质、大小、方向和作用点的确定需求，对工程设计、施工有较好的指导作用，对于土压力理论的发展，以及工程技术的提高都具有重要意义。
【附图说明】
[0030]图1为一种考虑刚性挡墙变位模式的土压力试验装置可主视图。
[0031 ]图2为一种考虑刚性挡墙变位模式的土压力试验装置俯视图。
[0032]图3为一种滑动座板、滑动支板与翼板间连接结构示意图。
[0033]图4为一种刚性挡板与箱体间连接结构示意图。
[0034]图5为一种薄膜式压力传感器结构示意图。
[0035]图6为一种理想试验结果中主动土压力分布随位移演化特征图。
[0036]图7为一种理想试验结果中被动土压力分布随位移演化特征图。
[0037]图中:
[0038]I一箱体，2—滑动座板，21—滚动杆，3—滑动支板，4一刚性挡板，41 一密封圈，5—翼板，61—第一水平作动器(满足油缸行程150_的电液伺服作动器)，62—第二水平作动器(满足油缸行程150_的电液伺服作动器)，71—第一位移传感器(符合量程100?150mm，精度大于5/1000的各种弹簧回弹式位移计)，72—第二位移传感器(符合量程100?150_，精度大于5/1000的各种弹簧回弹式位移计)，8—水囊，9 一刚性压板，10—立柱，11 一反力框架，12—螺杆，13—螺母，14—土体，15—薄膜式压力传感器(符合压力量程lkg/cm2以上的电容式或电阻式压力传感器)。
【具体实施方式】
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