堆石体的现场倾斜试验测试装置的制作方法

本发明涉及堆石体的现场倾斜试验测试装置，适用于堆石体的现场倾斜试验及其倾斜角获得，属于工程技术领域。

背景技术：
堆石体是由大小不一、形状各异的块石或碎石组成的集合体，常用于建筑地基、河岸、石坝等工程。堆石体的破坏主要表现为颗粒间的抗剪强度破坏，涉及堆石体抗剪强度破坏准则的相关参数有：(1)颗粒间相对错动时的粗糙起伏程度；(2)抗压强度；(3)加载应力；(4)基本摩擦角。由于影响因素的复杂性，使得堆石体抗剪强度的破坏准则呈现出非线性模式，这些参数中颗粒间相对错动时的粗糙起伏程度受颗粒尺寸、形状影响大，而且与施工条件及方式相关，因此难以通过理论计算获得，需要通过倾斜角反分析获得。倾斜试验是获得倾斜角的有效方法，由于受室内试验的场地、施工条件等因素限制，难以模拟现场真实的堆石体性状，无法实现与工程实际相一致的倾斜试验，也就无法获得堆石体的粗糙起伏程度。

技术实现要素：
为了克服已有技术受到室内试验的场地、施工条件等的限制无法获得与工程实际相一致的堆石体倾斜角的不足，本发明提供一种不但能获得与工程实际相符合的倾斜角，而且简单易行、操作方便、费用低、周期短的堆石体的现场倾斜试验测试装置。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种堆石体的现场倾斜试验测试装置，所述测试装置包括顶盖板、顶盒、中盒和底盒，所述顶盒是无上、下面的盒状结构，所述顶盖板固定在顶盒上，所述顶盒位于中盒上，所述中盒是无上、下面的盒状结构，所述中盒分为左半盒和右半盒，所述左半盒和右半盒可拆卸式连接，所述中盒位于底盒上，底盒是无上面的盒状结构，所述顶盖板、顶盒、中盒和底盒围成供待测试堆石体放置的容腔；所述底盒的一个侧面的两端安装起吊环，与安装了起吊环相邻的另一个侧面上安装测角仪。进一步，所述顶盒的侧面上安装伸缩旋压杆，所述伸缩旋压杆包括旋杆、压杆和底座，所述旋杆可上下移动地套装在底座上，所述旋杆上部开有孔洞，所述压杆的底端可转动地套装在所述孔洞内，所述压杆与所述顶盖板接触。再进一步，所述底座固定在顶盒侧面的中部。更进一步，所述顶盒的下端与中盒的上端卡接，所述顶盒的下端设有下台阶，所述中盒的上端设有上台阶，所述下台阶卡接在所述上台阶上。所述中盒的下端与底盒的上端卡接，所述中盒的下端设有下卡槽，所述底盒的上端设有上卡槽，所述下卡槽卡接在所述上卡槽上。本发明的技术构思为：本发明给出了堆石体倾斜角的现场倾斜试验测试装置及其测试方法，能在现场较准确地测量出堆石体的倾斜角，并通过反分析获得颗粒间相对错动时的粗糙起伏程度，建立堆石体的抗剪强度破坏模型，从而评价堆石体的稳定性及安全系数。本发明的有益效果主要表现在：(1)针对性强，适用面广。不同工程的现场施工条件及施工区域是差异的，本测试装置可以在现场任何需要测试的工程区域进行堆石体的现场倾斜试验，而且施工条件和区域均能与现场条件保持一致，从而可获得与该工程、区域及施工条件相匹配的倾斜角。(2)成本低。该装置所采用的材料均为常见钢材，应用广泛，制作工艺简单，成本低，可以大规模地推广。(3)速度快，操作方便。本装置结构简单，组装方便，测试方法简单，测试速度快，可适合不同层次的工程技术人员。附图说明图1是堆石体的现场倾斜试验测试装置的示意图。图2是底盒的示意图。图3是顶盒的示意图。图4是中盒的示意图。图5是图1的剖面组合图。图6是伸压旋压杆的收缩状态的示意图。图7是伸缩旋压杆的半伸展状态的示意图。图8是图7的剖面图。图9是伸缩旋压杆的全伸展状态的示意图。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步描述。参照图1～图9，一种堆石体的现场倾斜试验测试装置，所述测试装置包括顶盖板1、顶盒2、中盒3和底盒4，所述顶盒2是无上、下面的盒状结构，所述顶盖板1固定在顶盒2上，所述顶盒2位于中盒3上，所述中盒3是无上、下面的盒状结构，所述中盒3分为左半盒和右半盒(即中盒A板和中盒B板)，所述左半盒和右半盒可拆卸式连接，所述中盒3位于底盒4上，底盒4是无上面的盒状结构，所述顶盖板1、顶盒2、中盒3和底盒4围成供待测试堆石体放置的容腔；所述底盒4的一个侧面的两端安装起吊环5，与安装了起吊环相邻的另一个侧面上安装测角仪6。进一步，所述顶盒2的侧面上安装伸缩旋压杆7，所述伸缩旋压杆7包括旋杆8、压杆9和底座10，所述旋杆8可上下移动地套装在底座10上，所述旋杆8上部开有孔洞11，所述压杆9的底端可转动地套装在所述孔洞11内，所述压杆9与所述顶盖板1接触。再进一步，所述底座10固定在顶盒2侧面的中部。更进一步，所述顶盒2的下端与中盒3的上端卡接，所述顶盒2的下端设有下台阶，所述中盒3的上端设有上台阶，所述下台阶卡接在所述上台阶上。所述中盒3的下端与底盒4的上端卡接，所述中盒3的下端设有下卡槽，所述底盒4的上端设有上卡槽，所述下卡槽卡接在所述上卡槽上。所述上下卡槽也可以采用台阶的形式。本实施例中，顶盖板是长1980mm,宽980mm，厚20mm的长方形板。顶盖板放置在顶盒上，并被伸缩旋压杆固定在顶盒上。顶盒是无上、下面的盒状结构，高350mm，根据厚度不同在高度方向可分上、中、下三部分，尺寸分别为20mm、280mm、50mm。下部布置有20个螺栓孔，其中：长边有7个螺孔，短边有3个螺孔。中盒有中盒A板(左半盒)和中盒B板(右半盒)组成，高400mm；根据厚度不同在高度方向可分上、中、下三部分，尺寸分别为50mm、250mm、100mm。A、B两板在中盒长边分隔，分别长1350mm和650mm，A板向外伸出50mm,相应的B板向内收缩50mm，A、B板用螺栓连接，2个螺孔沿高度等距布置。中盒上、下部各布置有20个螺栓孔，其中：长边有7个螺孔，短边有3个螺孔。底盒是无上面的盒状结构，底盒总高为400mm，根据厚度不同在高度方向可分上、下两部分，尺寸分别为100mm、300mm。底盒上部布置有20个螺栓孔，其中：长边有7个螺孔，短边有3个螺孔。顶盒、中盒、底盒在相邻位置采用螺栓连接。伸缩旋压杆7由8、9、10、11组成。伸缩旋压杆位于顶盒四边的中间位置，其底座与顶盒外侧采用焊接相连。旋杆8既可以在底座上360度旋转也可以在一定幅度内上下移动。为了将旋杆与压杆相接，在旋杆中开设孔洞，用于给压杆提供旋转空间；压杆利用球绞约束可以与旋杆进行可靠连接并能够绕球绞中心转动。伸缩旋压杆分收缩状态、半伸展状态、全伸展状态等三种状态。收缩状态是旋杆和压杆都自由垂落；半伸展状态是旋杆上拔但是旋杆未旋出；全伸展状态是旋杆上拔且旋杆完全旋出。某水电站大坝为混凝土面板堆石坝，钢筋混凝土面板堆石坝坝高58m，坝长150m，坝顶宽7.5m，上游坝坡为1:1.5，下游坝坡为1:1.7。大坝内堆石料是由颗粒级配良好的硅质板岩碎石填充。整个场地采用梅花型堆料，用推土机推平；按设计要求进行铺料厚度；采用直线行车往返错距式振动碾压，满足设计铺料厚度要求后，即进行充分洒水，然后用跟水洒进的方式进行碾压。为了获得所填充堆石体的颗粒间相对错动时的粗糙起伏程度，利用堆石体的现场倾斜试验就可方便、快速、准确的获得堆石体倾斜角，并通过获得的倾斜角反分析得到颗粒的粗糙起伏程度。本发明的实施方案是：(a)选择测试地点。根据所要测试的区域及其高程位置，选择适合的测试地点。(b)确定碎石体测试厚度及分层厚度。碎石体总厚度即为倾斜试验装置的高度，为了保证分层厚度的密实度，分层厚度按总厚度的1/3进行碎石体的填料。考虑碾压后的沉陷，碎石体填筑时需预留碾压后高度的1％为堆填超高。(c)放置底盒4，充填、碾压石料，达到工程所要求的密实度。在碾压平整的场地上放置底盒4，开口向上；利用挖土机在场地上均匀的铺碎石，保证底盒内及其外面5m范围均铺满碎石,碎石应高于装置上口高度1％。采用工程所要求的满足碾压能量的压实机进入场地进行压实，并达到工程设计所要求的密实度。(d)组装中盒3，并放置于底盒4上，用螺栓相连，然后充填、碾压第二层碎石料，达到工程所要求的密实度。组装中盒3的中盒A板、中盒B板，采用螺栓12将A，B板栓接；清理底盒外侧周边碎石，通过起吊装置把中盒3放置于底盒4上；利用挖土机在第一层已压实的碎石料上均匀的铺洒碎石，保证下部盒内及其外面5m范围均铺满碎石,碎石应高于装置上口的高度1％。采用工程所要求的满足碾压能量的压实机进入场地进行压实，并达到工程设计所要求的密实度。(e)放置顶盒2在中盒上部，用螺栓相连，然后充填、碾压第三层碎石料，达到工程所要求的密实度。伸缩旋压杆7未工作时都是处于收缩状态，此时其顶面与顶盒2的顶面齐平，防止被压坏。将旋杆8旋转，使孔洞11面向盒内，避免孔洞11被压入石料。清理中盒外侧周边碎石，通过起吊装置把顶盒2放置于中盒3上。利用挖土机在第二层已压实的碎石料上均匀的铺碎石，保证底盒4内及其外面5m范围均铺满碎石,碎石应高于装置上口的高度1％。采用工程所要求的满足碾压能量的压实机进入场地进行压实，并达到工程设计所要求的密实度。(f)将顶盖板1放置于顶盒2上，并通过伸缩旋压杆7约束顶盖板1。清理伸缩旋压杆7周围的碎石，先将旋杆上拔20mm高度达到半伸展状态；再旋转旋杆8使孔洞11对外，便可以将压杆9从孔洞11中完全旋出，达到伸展状态。旋转旋杆8使压杆9压在顶盖板1上对其固定，防止在起吊过程中顶盖板1由于没有固定滑落。(g)清理倾斜装置外侧5m范围内的碎石。清理倾斜装置外四周的压实碎石，为接下来的倾斜试验测试装置起吊提供足够的空间。(h)去除中盒3。拆除中盒B板上与中盒A板连接的螺栓12，按先去A板，后B板的顺序，把中盒3从倾斜试验装置上取下来，这样装置内中盒位置处的碎石体就会露出来，形成倾斜试验的碎石体滑移面。(i)安装测角仪6，并记录测角仪6的起始角度。把测角仪6采用磁铁放置于下盒长度方向面板外侧，并记录测角仪6的起始角度。(j)起吊倾斜装置。将起吊缆绳一端与预先留在倾斜试验装置底部侧的两个吊环5连接，另一端与起吊装置连接，如起重机等。缓缓地将装置起吊，倾斜试验装置会绕另一侧的底部进行旋转。在重力作用下，去除中盒位置的堆石体会有滑动趋势，且随着起吊高度的提升，装置内中盒位置处的碎石体会错开，发生滑动，这时停止倾斜试验装置的提升。(k)记录滑移后角度。滑动时，利用装置上附带的测角仪6读出并记录该次试验的终止角，终止角减起始角度，就可得到该次所测试的碎石体倾斜角。(l)重复(C)至(j)三次试验，得到三次碎石体倾斜角，然后取平均值，可得到该堆石体的平均倾斜角。