CN108301447A - 压力分散型锚杆锚固机理可视化模型试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种压力分散型锚杆锚固机理可视化模型试验装置和试验方法，包括模型箱、加载装置、标准砂、用于夯实标准砂的手动夯击器、压力分散型锚杆以及设置于模型箱外的数码相机；所述的模型箱为顶端开口的透明玻璃箱体，所述标准砂及压力分散型锚杆置于模型箱内且压力分散型锚杆的杆体紧贴玻璃箱体的正面箱壁，压力分散型锚杆的杆体顶端设置有百分表；本发明提供了一种压力分散型锚杆锚固机理可视化模型试验装置及试验方法，更加方便、直观地通过可视化模型试验研究压力分散型锚杆在外荷载作用下的杆体周围土体变形及发展规律，以揭示压力分散型锚杆的锚固机理。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程和地质工程技术领域，涉及一种模型试验装置和试验方法，具体涉及一种压力分散型锚杆锚固机理可视化模型试验装置和试验方法。
背景技术
锚固技术是解决诸如边坡加固等岩土工程问题的最经济有效的方法之一。随着我国基础设施建设的发展，传统的拉力型锚杆由于其自身受力特点的限制已无法满足各种地质条件下的建筑物加固需求，因此开发与研究新型锚杆结构显得尤为重要，其中压力分散型锚杆是新型锚杆结构中最具代表性的一种。相对于传统的拉力型锚杆，压力分散型锚杆在土质边坡等岩土加固工程中的承载性能更加突出。
压力分散型锚杆作为一种新型锚杆，目前对其传力机制、工作特性及锚固机理的研究还处于起步阶段，，对杆体受力过程中周围土体的变形破坏规律缺乏深入研究，更缺乏对压力分散型锚杆在不同承载体直径、不同承载体间距及不同承载体数量等参数影响下的锚固机理试验研究成果。
综上所述，目前在压力分散锚杆锚固机理研究中还存在着诸多未知，而本发明提供了一种压力分散型锚杆锚固机理可视化模型试验装置及试验方法，可以更加方便、直观地通过可视化模型试验研究压力分散型锚杆在外荷载作用下的杆体周围土体变形及发展规律，以揭示压力分散型锚杆的锚固机理。
发明内容
为解决现有的对于压力分散型锚杆物理试验中存在的不可视化问题，本发明提供一种压力分散型锚杆可视化模型试验装置及试验方法。为实现上述技术目的，本发明可以通过以下技术方案来实现：压力分散型锚杆锚固机理可视化模型试验装置，包括模型箱、加载装置、标准砂、用于夯实标准砂的手动夯击器、压力分散型锚杆以及设置于模型箱外的数码相机；所述的模型箱为顶端开口的透明玻璃箱体，所述标准砂及压力分散型锚杆置于模型箱内且压力分散型锚杆的杆体紧贴玻璃箱体的正面箱壁，压力分散型锚杆的杆体顶端设置有百分表；所述的加载装置包括加载装置反力架、杠杆支架、加载杠杆、砝码以及加载装置连接线，杠杆支架下端连接加载装置反力架，上端铰接连接加载杠杆，加载杠杆一端挂有砝码，另一端经加载装置连接线通过设置于压力分散型锚杆上方的定滑轮接至压力分散型锚杆的杆体上端的孔洞。
所述手动夯击器为重2.5kg的夯锤，用于模拟密砂环境时夯实标准砂。本发明中的夯锤可改变标准砂密实度，便于营造试验中所需的不同密实度，操作简便并可重复使用。
数码相机设置于模型箱的正视面，用于拍摄模型箱箱侧标准砂的清晰图像。
所述的压力分散型锚杆是按照相似原理制成的半模锚杆。
本发明中的模型箱的箱侧壁由四块有机玻璃组装而成，可从各个角度直接观测箱内试验现象。
优选的，所述的模型箱顶端设有铁架，铁架上设有用于连接百分表的万向型磁力表座，百分表的表头压在锚杆杆体的上端面。
优选的，所述模型箱为顶端开口、底面和四个侧面由五块透明的有机玻璃拼接而成的长方体结构，且有机玻璃的连接处用防水胶进行密封。
优选的，所述的标准砂采用福建平潭标准砂，该标准砂质量稳定且可用于可视化试验中砂土颗粒的变形量测。
优选的，所述的加载装置连接线采用直径2.5mm的包塑钢丝绳。
优选的，所述加载装置反力架与杠杆支架的连接处设有一水平支撑杆，支撑杆末端、正对压力分散型锚杆上方设置定滑轮。
压力分散型锚杆锚固机理可视化模型试验方法，包括以下步骤：
步骤一、准备试验材料和器材
准备模型箱、加载装置、标准砂、手动夯击器、压力分散型锚杆、百分表以及数码相机；
步骤二、建造压力分散型锚杆锚固机理分析模型
模拟松砂环境时，将标准砂倒入模型箱中，直至模型箱内填土达到设计垫层高度，整平土体，安置压力分散型锚杆，使压力分散型锚杆和模型箱正面的玻璃紧密接触；再次向模型箱内填入标准砂至设计高度，整平土体；
模拟密砂环境时，将标准砂倒入模型箱中，直至模型箱内填土达到设计垫层高度，整平土体，安置压力分散型锚杆，使压力分散型锚杆和模型箱正面的玻璃紧密接触；再次向模型箱内填入标准砂至设计高度，采用夯锤重2.5kg的手动夯击器，落距5cm，夯击两遍，整平土体；
步骤三、安装并调试试验设备
将模型箱移至加载杠杆一端正下方；将加载杠杆一端的加载装置连接线通过定滑轮接至压力分散型锚杆上端的孔洞；在模型箱的正视面架设数码相机，调整相机的位置及参数，使其焦平面与模型箱正面平行且能拍摄到清晰的标准砂图像；将百分表的表头压在压力分散型锚杆的顶端面；
步骤四、开始试验
通过施加砝码，对压力分散型锚杆进行分级加载，用数码相机分别拍摄试验过程中各级荷载下箱侧标准砂的图像，加载直至压力分散型锚杆周围土体破坏；
步骤五、试验结果分析
试验加载结束后，通过图像处理软件对试验过程中数码相机所拍摄的图像进行分析，得到不同荷载下的桩周土的位移场和剪应变场，通过百分表得到杆体的荷载-位移曲线。
本发明提供了一种压力分散型锚杆锚固机理可视化模型试验装置及试验方法，更加方便、直观地通过可视化模型试验研究压力分散型锚杆在外荷载作用下的杆体周围土体变形及发展规律，以揭示压力分散型锚杆的锚固机理。
附图说明
图1为本发明的主视图；
图2为压力分散型锚杆的结构示意图；
图3为模型箱俯视图；
1、砝码，2、加载杠杆，3、杠杆支架，4、加载装置连接线，5、定滑轮，6、模型箱，7、加载装置反力架，8、压力分散型锚杆，8a、杆体，8b、孔洞，8c、半圆形锚板，9、铁架，10、百分表，11、磁力表座。
具体实施方式
压力分散型锚杆锚固机理可视化模型试验装置，包括模型箱6、加载装置、标准砂、用于夯实标准砂的手动夯击器、压力分散型锚杆8以及设置于模型箱6外的数码相机；所述的模型箱6为顶端开口的透明玻璃箱体，所述标准砂及压力分散型锚杆8置于模型箱6内且压力分散型锚杆8的杆体8a紧贴玻璃箱体6的正面箱壁，压力分散型锚杆8的杆体8a顶端设置有百分表10；所述的加载装置包括加载装置反力架7、杠杆支架3、加载杠杆2、砝码1以及加载装置连接线4，杠杆支架3下端连接加载装置反力架7且上端铰接连接加载杠杆2，加载杠杆2一端挂有砝码1，另一端经加载装置连接线4通过设置于压力分散型锚杆8上方的定滑轮5接至压力分散型锚杆8的杆体上端的孔洞8b。
所述压力分散型锚杆8包括杆体8a、杆体8a上端的孔洞8b以及焊接于杆体8a上的半圆形锚板8c，所述的半圆形锚板8c的上、下表面均呈半圆形，外侧面呈半圆弧面，内侧面为矩形；半圆形锚板8c的上、下表面垂直于杆体8a的高度方向；所述杆体8a的前、后侧面及外侧面与半圆形锚板8c焊接的部分均嵌入半圆形锚板8c内且半圆形锚板8c内侧面与杆体8a的内侧面位于同一个平面内。
优选的，所述的模型箱6顶端设有铁架9，铁架9上设有用于连接百分表10的万向型磁力表座11，百分表10的表头压在锚杆杆体8a的上端面。
优选的，所述模型箱6为顶端开口、底面和四个侧面由五块透明的有机玻璃拼接而成的长方体结构，且有机玻璃的连接处用防水胶进行密封。
优选的，所述的标准砂采用福建平潭标准砂。
优选的，所述的加载装置连接线4采用直径2.5mm的包塑钢丝绳。
优选的，所述加载装置反力架7与杠杆支架3的连接处设有一水平支撑杆，支撑杆末端、正对压力分散型锚杆8上方设置定滑轮5。
压力分散型锚杆锚固机理可视化模型试验方法，包括以下步骤：
步骤一、准备试验材料和器材
准备模型箱6、加载装置、标准砂、手动夯击器、压力分散型锚杆8以及数码相机；
步骤二、建造压力分散型锚杆锚固机理分析模型
模拟松砂环境时，将标准砂倒入模型箱6中，直至模型箱6内填土达到设计垫层高度，整平土体，安置压力分散型锚杆8，使压力分散型锚杆8的杆体8a和模型箱6正面的玻璃紧密接触；再次向模型箱6内填入标准砂至设计高度，整平土体；
模拟密砂环境时，将标准砂倒入模型箱6中，直至模型箱6内填土达到设计垫层高度，整平土体，安置压力分散型锚杆8，使压力分散型锚杆8的杆体8a和模型箱6正面的玻璃紧密接触；再次向模型箱6内填入标准砂至设计高度，采用夯锤重2.5kg的手动夯击器，落距5cm，夯击两遍，整平土体；
步骤三、安装并调试试验设备
将模型箱6移至加载杠杆2一端正下方；将加载杠杆2一端的加载装置连接线4通过定滑轮5接至压力分散型锚杆8上端的孔洞8b；在模型箱6的正视面架设数码相机，调整相机的位置及参数，使其焦平面与模型箱6正面平行且能拍摄到清晰的标准砂图像；将百分表10的表头压在压力分散型锚杆8的顶端面；
步骤四、开始试验
通过施加砝码1，对压力分散型锚杆8进行分级加载，用数码相机分别拍摄试验过程中各级荷载下箱侧标准砂的图像，加载直至压力分散型锚杆周围土体破坏；
步骤五、试验结果分析
试验加载结束后，通过图像处理软件对试验过程中数码相机所拍摄的图像进行分析，得到不同荷载下的桩周土的位移场和剪应变场，通过百分表5得到杆体的荷载-位移曲线。
Claims (7)
1.压力分散型锚杆锚固机理可视化模型试验装置，其特征在于：包括模型箱、加载装置、标准砂、用于夯实标准砂的手动夯击器、压力分散型锚杆以及设置于模型箱外的数码相机；所述的模型箱为顶端开口的透明玻璃箱体，所述标准砂及压力分散型锚杆置于模型箱内且压力分散型锚杆的杆体紧贴玻璃箱体的正面箱壁，压力分散型锚杆的杆体顶端设置有百分表；所述的加载装置包括加载装置反力架、杠杆支架、加载杠杆、砝码以及加载装置连接线，杠杆支架下端连接加载装置反力架，上端铰接连接加载杠杆；加载杠杆一端挂有砝码，另一端经加载装置连接线通过设置于压力分散型锚杆上方的定滑轮接至压力分散型锚杆的杆体上端的孔洞。
2.根据权利要求1所述的压力分散型锚杆锚固机理可视化模型试验装置，其特征在于：所述的模型箱顶端设有铁架，铁架上设有用于连接百分表的万向型磁力表座，百分表的表头压在锚杆杆体的上端面。
3.根据权利要求1所述的压力分散型锚杆锚固机理可视化模型试验装置，其特征在于：所述模型箱为顶端开口、底面和四个侧面由五块透明的有机玻璃拼接而成的长方体结构，且有机玻璃的连接处用防水胶进行密封。
4.根据权利要求1所述的压力分散型锚杆锚固机理可视化模型试验装置，其特征在于：所述的标准砂采用福建平潭标准砂。
5.根据权利要求1所述的压力分散型锚杆锚固机理可视化模型试验装置，其特征在于：所述的加载装置连接线采用直径2.5mm的包塑钢丝绳。
6.根据权利要求1所述的压力分散型锚杆锚固机理可视化模型试验装置，其特征在于：所述加载装置反力架与杠杆支架的连接处设有一水平支撑杆，支撑杆末端、正对压力分散型锚杆上方设置定滑轮。
7.根据权利要求1所述的压力分散型锚杆锚固机理可视化模型试验装置进行试验的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、准备试验材料和器材
准备模型箱、加载装置、标准砂、手动夯击器、压力分散型锚杆、百分表以及数码相机；
步骤二、建造压力分散型锚杆锚固机理分析模型
模拟松砂环境时，将标准砂倒入模型箱中，直至模型箱内填土达到设计垫层高度，整平土体，安置压力分散型锚杆，使压力分散型锚杆和模型箱正面的玻璃紧密接触；再次向模型箱内填入标准砂至设计高度，整平土体；
模拟密砂环境时，将标准砂倒入模型箱中，直至模型箱内填土达到设计垫层高度，整平土体，安置压力分散型锚杆，使压力分散型锚杆和模型箱正面的玻璃紧密接触；再次向模型箱内填入标准砂至设计高度，采用夯锤重2.5kg的手动夯击器，落距5cm，夯击两遍，整平土体；
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将模型箱移至加载杠杆一端正下方；将加载杠杆一端的加载装置连接线通过定滑轮接至压力分散型锚杆上端的孔洞；在模型箱的正视面架设数码相机，调整相机的位置及参数，使其焦平面与模型箱正面平行且能拍摄到清晰的标准砂图像；将百分表的表头压在压力分散型锚杆的顶端面；
步骤四、开始试验
通过施加砝码，对压力分散型锚杆进行分级加载，用数码相机分别拍摄试验过程中各级荷载下箱侧标准砂的图像，加载直至压力分散型锚杆周围土体破坏；
步骤五、试验结果分析
试验加载结束后，通过图像处理软件对试验过程中数码相机所拍摄的图像进行分析，得到不同荷载下的桩周土的位移场和剪应变场；通过百分表得到杆体的荷载-位移曲线。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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