CN113029780B - 一种土坡堆填过程模拟方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及岩土工程领域，提供了一种土坡堆填过程模拟方法，将待堆填土坡按预设比例建立土坡分析模型，并确定堆填层数和每层堆填荷载；通过在预设数量载荷板上逐级施加压力至每层堆填荷载，模拟土坡的堆填过程，通过调节载荷板宽度来模拟土坡的不同坡度，通过增设载荷板并施加压力至设定值，模拟土坡的平台。还提供了一种土坡堆填过程模拟装置，包括：模型箱用于填筑地基土体和载荷板；杠杆加载系统由多根中间镂空杠杆环环相套组成，分别独立施加堆填荷载；监测系统用于检验所模拟堆填荷载的准确性并获得地基土体表面沉降。本发明能够模拟不同形状土坡的堆填过程，并分析土坡堆填对地基土体产生的沉降变形，为实际工程提供参考。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程领域，涉及土坡堆填荷载的模拟，具体涉及一种土坡堆填过程模拟方法和装置。
背景技术
随着我国城市化进程的不断推进，形成了很多土坡堆填构筑物，例如，工程渣土堆山体、生活垃圾填埋场、建筑垃圾受纳场、路堤等。这些土坡堆填构筑物存在竖向荷载大、荷载分布不均匀等特点，对地基土体会产生较大的不均匀沉降，从而对土坡堆填过程带来安全隐患。因此，有必要在实际堆填工程施工之前，采用模型试验来模拟土坡的堆填过程，并研究相应的地基土体沉降变形规律。现有的土坡堆填过程模拟方法中，大多只能用于模拟单一坡度土坡的堆填过程，难以模拟不同形状土坡的堆填过程；现有的土坡堆填过程模拟装置中，大多只能在地基土体上一次性施加所有土层的堆填荷载，难以有效实现各层堆填荷载的独立加载和逐层加载过程。
文献CN107655743B公开了一种岩土工程加卸荷综合模拟箱体及操作方法，包括供注水、加压的密闭箱体以及箱体内水平延伸的多个相互平行的移动杆，箱体的一个侧面与待测试土箱接触固定，侧面由内至外顺序设置约束板、防漏膜和载荷板，移动杆的一端伸出箱体外，另一端穿过有机玻璃板、约束板、防漏膜并密封固定在载荷板上，载荷板包括十二块，载荷板的外表面上设置薄膜压力传感器，解决了长期存在的室内土体侧向加卸荷难模拟问题，通过十二块载荷板对土体侧面进行加卸荷，可以实现土体整体加卸荷和分级加卸荷，同时可以控制气压升降实现任意强度的土体加载模拟和卸载模拟，对诸如高填方堆载和超深基坑侧向开挖卸荷模拟具有实际意义，整个试验装置可控性强、功能性强，易于操作和推广使用。但是，该方法虽然能够实现多种强度的土体加载和卸载模拟，但是由于该方法依靠水体与气体配合进行压力模拟，在将压力方向转向重力方向时，难以有效模拟堆填荷载的逐层叠加和独立加载过程；同时，该方法的使用过程复杂、无法快捷调整模拟荷载大小、时间成本和设备成本较高。
文献CN103485371A公开了一种地基破坏形式模拟及承载力测试装置和试验方法，装置包括有机玻璃箱、盖板、小型电动机、齿轮固定板、电容式薄膜压力传感器、应力采集器、测压管，仪器外形为方形模型箱，箱盖上方锚固一小型电机，通过链条带动齿轮转动，使得齿轮杆下压；条形基础固定在齿轮杆下方；基底设置四个电容式薄膜压力传感器，条形基础压入地基时，通过实测应力绘制的p-S曲线获得不同基础设计情况下的地基承载力，同时以容重γ、粘聚力c、基础埋深d和基底宽度b及地下水位等参数通过理论公式计算地基承载力，可对各种承载力公式所计算的数值与实际测量的数值进行对比分析。但是，上述技术方案通过电动机作为动力源来模拟地基承载力，无法对地基承受上部逐层叠加荷载的过程进行模拟，传动机构复杂，操作复杂、实施成本高。
因此，亟需一种土坡堆填过程模拟方法和装置，用于模拟不同形状土坡的堆填过程，并实现各层堆填荷载的独立加载和逐层加载过程，为土坡堆填过程造成的地基土体不均匀沉降问题的研究提供方法和装置。
发明内容
为了能够模拟不同形状土坡堆填过程，并实现各层堆填荷载的独立加载和逐层加载，本发明提供了一种土坡堆填过程模拟方法和装置。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种土坡堆填过程模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将待堆填土坡原型按照预设比例建立待堆填土坡分析模型，确定模型尺寸；设定所述土坡分析模型的堆填层数N，通过所述土坡原型和所述堆填层数N确定每层土体所产生的竖向荷载；
S2：在模型箱底部填筑地基土体；在所述地基土体上水平布置2M块载荷板，立柱左右两侧各布置M块，其中，M≥N；
S3：设定n＝1；
S4：当n＝1时，自左向右，通过调节杠杆加载系统向第1块至第2M块所述载荷板施加竖向应力，使第1块至第2M块所述载荷板受到的竖向应力之和等于第1层土体的所述竖向荷载，模拟第1层土体的堆填；利用位移测试装置监测每块所述载荷板的竖向位移，从而获得第一层土体堆填期间的地基土体表面沉降线；
当n>1时，自左向右，保持第n-1块和第2M-(n-2)块载荷板上的竖向应力保持不变，通过所述杠杆加载系统调整第n块至第2M-(n-1)块所述载荷板施加竖向应力，使第n块至第2M-(n-1)块所述载荷板受到的竖向应力的增加值之和等于第n层土体的所述竖向荷载，模拟第n层土体的堆填；利用位移测试装置监测每块所述载荷板的竖向位移，从而获得第n层土体堆填期间的地基土体表面沉降线；
S5：判断n＝N是否成立，若是，则土体堆填模拟完成；若否，则使n＝n+1，重复步骤S4。
优选地，所述S2中，M≥2，所述载荷板为长条形，所述载荷板沿所述载荷板的宽度方向均匀排列。
优选地，在所述S2中，根据所述土坡分析模型的坡度，确定所述载荷板的宽度。
所述载荷板不满布于所述地基土体，以减小边界效应的影响。
优选地，所述土坡分析模型可以是非对称双向土坡、对称双向土坡、单向土坡、直立土坡的其中之一。
所述土坡分析模型为非对称双向土坡时，在所述S2中，所述立柱左右两侧的所述载荷板的宽度不同；所述土坡分析模型为对称双向土坡时，在所述S2中，所述立柱左右两侧的所述载荷板的宽度相同；所述土坡分析模型为单向土坡时，在所述S4中，通过调节所述杠杆加载系统向从左至右的第1块至第M块所述载荷板施加竖向应力；所述土坡分析模型为直立土坡时，对所有所述载荷板均施加相同竖向应力。
本发明还提供了一种土坡堆填过程模拟装置，其特征在于：包括模型箱、杠杆加载系统、反力系统、监测系统，所述杠杆加载系统包括杠杆套组、砝码托盘、砝码、传力杆、载荷板，所述反力系统包括反力梁、立柱、底板，所述监测系统包括位移采集设备、压力采集设备；所述模型箱顶部设置有开口，所述模型箱的外侧设置有所述立柱，所述模型箱的内侧设置有地基土体；所述立柱底部与所述底板固定连接，所述立柱顶部与所述反力梁固定连接；所述载荷板设置于所述地基土体上方，所述传力杆底部通过两支点与所述载荷板连接，所述传力杆顶部与所述杠杆套组连接；所述杠杆套组中间支点连接于所述反力梁，所述杠杆套组远离中间支点一侧连接有所述砝码托盘，所述砝码装载于所述砝码托盘；所述传力杆中间设置有所述压力采集设备，所述载荷板上设置有所述位移采集设备。
优选地，所述杠杆套组由多根中间镂空杠杆组成，所述中间镂空杠杆之间相互独立；其中，作为一种优选方案，所述传力杆、载荷板与所述子杠杆的数量相同。优选地，所述中间镂空杠杆上设置有滑轨，所述砝码托盘悬挂于滑动条上，所述滑动条与所述滑轨滑动连接。其中，作为一种优选方案，所述滑动条为弹性条绳，左右两端悬挂于子杠杆外壁所述滑轨上，通过移动所述滑动条，从而改变所述砝码托盘在所述杠杆上的位置。
优选地，所述杠杆上设置有刻度，所述刻度沿所述杠杆的长度方向均匀分布，用于计算施加到传力杆上的压力。
优选地，所述砝码的质量能够增加或减小，所述砝码在所述杠杆套组上的位置能够变化，从而调整所述载荷板对所述地基土体的压力。
作为一种优选方案，所述载荷板通过锚固螺栓固定，同时可以通过锚固螺栓扩展成不同宽度，从而实现不同土坡坡度的堆填模拟。
施加到传力杆上的压力通过杠杆原理进行计算，同时通过压力采集设备进行验证。
优选地，所述位移采集设备为两个，对称分布于所述传力杆两侧，用于相互验证地基土体沉降测试结果。
本发明具有以下有益效果：
(1)通过杠杆加载系统在载荷板上逐级施加压力至每层堆填荷载，模拟土坡的堆填过程，通过增减砝码质量或移动砝码托盘悬挂位置可以调节所模拟的堆填荷载的大小，具有操作简便、成本低廉等优点；
(2)通过调节载荷板宽度来模拟土坡的不同坡度，通过增设载荷板并施加压力至设定值，模拟土坡的平台，从而可以实现不同形状土坡堆填过程的模拟，具有操作简便、成本低廉、适用范围广泛等优点；
(3)通过设置多根中间镂空杠杆环环相套组成的杠杆套组，可以实现各自独立加载，从而模拟各层土体的堆填过程，节约了空间和材料，且各层堆填土体的加载过程互不干扰，具有设计巧妙、节约空间和材料等优点；
(4)通过压力采集设备验证杠杆加载系统传递到传力杆的压力，确保所模拟堆填荷载的准确性，通过设置对称分布于传力杆两侧位移采集设备，用于相互验证地基土体沉降测试结果，具有模拟过程准确、采集数据可靠等优点。
附图说明
图1为一种土坡堆填过程模拟装置的侧视图。
图2为一种土坡堆填过程模拟装置的俯视图。
图3为一种土坡堆填过程模拟装置的A-A截面图。
图4为作为待堆填土坡原型的非对称双向土坡的主视图。
图5为作为待堆填土坡原型的非对称双向土坡的俯视图。
图6为作为待堆填土坡原型的对称双向土坡的主视图。
图7为作为待堆填土坡原型的对称双向土坡的俯视图。
图8为一种土坡堆填过程模拟装置的第五子杠杆截面图。
图中：1为杠杆套组，2为砝码，3为砝码托盘，4为传力杆，5为载荷板，6为底板，7为立柱，8为模型箱，9为锚固螺栓，10为反力梁，11为地基土体，12为位移采集设备，13为压力采集设备，14为第一子杠杆，15为第二子杠杆，16为第三子杠杆，17为第四子杠杆，18为第五子杠杆，19为第一传力杆，20为第二传力杆，21为第三传力杆，22为第四传力杆，23为第五传力杆，24为滑轨，25为滑动条。
具体实施方式
下面，结合附图具体实施方式，对本发明作进一步描述。
需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下所描述的各个实施例之间或各个技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
实施例一：
如图1至图5所示，一种土坡堆填过程模拟方法，本实施例模拟非对称双向土坡的堆填过程，待堆填土坡原型如图4、图5所示，坡底宽为100m，坡顶宽为20m，坡高为10m，长度为50m，顶底等长，体积为30000m3，填土容重为20kN/m3，确定堆填设计方案为分五层进行填筑，确定缩尺比例为1:100，具体步骤如下：
S1：将待堆填土坡原型按照1:100缩尺比例建立待堆填土坡分析模型，确定模型尺寸为：土坡上部宽度为0.2m，下部宽度为1m，高度为0.1m，长度为0.5m，左侧坡度为1：4.8，右侧坡度为1：3.2；根据堆填设计方案确定所述待分析模型的堆填层数为五层，即N＝5，通过所述土坡原型和所述堆填层数N确定每层土体的竖向荷载：第一层填土荷载为2000kN，第二层填土荷载为1600kN，第三层填土荷载为1200kN，第四层填土荷载为800kN，第五层填土荷载为400kN；
S2：在模型箱8底部填筑地基土体11；在地基土体11上水平布置十块载荷板5，立柱7左右两侧各布置五块：立柱7左侧载荷板5宽度为0.12m，右侧载荷板5宽度为0.08m，用以模拟立柱7两侧不同坡度的土坡；
S3：设定n＝1；
S4：n＝1，模拟第一层填土荷载，自左向右，通过调节杠杆加载系统向第一块至第五块载荷板5施加竖向应力240kN，向第六块至第十块载荷板5施加竖向应力160kN，第一至第十块载荷板5受到的竖向应力之和为2000kN，以模拟第一层土体的堆填；在本实施例中，位移测试装置为位移采集设备12，利用位移采集设备12监测每块所述载荷板的竖向位移，从而获得第一层土体堆填期间的地基土体表面沉降线；
S5：判断n＝N不成立，使n＝2，重复模拟过程，模拟第二层填土荷载，自左向右，第一块载荷板5上的竖向应力240kN和第十块载荷板5上的竖向应力160kN保持不变；通过调节杠杆加载系统向第二块到第五块载荷板5施加竖向应力480kN，向第六块到第九块载荷板5施加竖向应力320kN，使第二至第九块载荷板5受到的竖向应力的增加值之和的为1600kN，以模拟第二层土体的堆填；利用位移采集设备12监测每块所述载荷板的竖向位移，从而获得第二层土体堆填期间的地基土体表面沉降线；
S6：判断n＝N不成立，使n＝3，重复模拟过程，模拟第三层填土荷载，自左向右，第一块载荷板5上的竖向应力240kN和第十块载荷板5上的竖向应力160kN保持不变；第二块载荷板5上的竖向应力480kN和第九块载荷板5上的竖向应力320kN保持不变；通过调节杠杆加载系统向第三块到第五块载荷板5施加竖向应力720kN，向第六块到第八块载荷板5施加竖向应力480kN，使第三至第八块载荷板5受到的竖向应力的增加值之和为1200kN，以模拟第三层土体的堆填；利用位移采集设备12监测每块所述载荷板的竖向位移，从而获得第三层土体堆填期间的地基土体表面沉降线；
S7：判断n＝N不成立，使n＝4，重复模拟过程，模拟第四层填土荷载，自左向右，第一块载荷板5上的竖向应力240kN和第十块载荷板5上的竖向应力160kN保持不变；第二块载荷板5上的竖向应力480kN和第九块载荷板5上的竖向应力320kN保持不变；第三块载荷板5上的竖向应力720kN和第八块载荷板5上的竖向应力480kN保持不变；通过调节杠杆加载系统向第四块和第五块载荷板5施加竖向应力960kN，向第六块和第七块载荷板5施加竖向应力640kN，使第四至第七块载荷板5受到的竖向应力的增加值之和为800kN，以模拟第四层土体的堆填；利用位移采集设备12监测每块所述载荷板的竖向位移，从而获得第四层土体堆填期间的地基土体表面沉降线；
S8：判断n＝N不成立，使n＝5，重复模拟过程，模拟第五层填土荷载，自左向右，第一块载荷板5上的竖向应力240kN和第十块载荷板5上的竖向应力160kN保持不变；第二块载荷板5上的竖向应力480kN和第九块载荷板5上的竖向应力320kN保持不变；第三块载荷板5上的竖向应力720kN和第八块载荷板5上的竖向应力480kN保持不变；第四块载荷板5上的竖向应力960kN和第七块载荷板5上的竖向应力640kN保持不变；通过调节杠杆加载系统向第五块载荷板5施加竖向应力1200kN，向第六块载荷板5施加竖向应力800kN，使第五至第六块载荷板受到的竖向应力的增加值之和为400kN，以模拟第五层土体的堆填；利用位移采集设备12监测每块所述载荷板的竖向位移，从而获得第五层土体堆填期间的地基土体表面沉降线；
S9：判断n＝N成立，土体堆填模拟完成。至此，五层土体堆填过程全部模拟完成。
通过上述土坡堆填过程模拟方法，完成了非对称双向土坡堆填过程的模拟。
此外，还可以通过增设载荷板5并施加压力至设定值，模拟土坡的平台，从而可以实现不同形状土坡堆填过程的模拟。
进一步地，在需要进一步细化模拟荷载的变化时，可以进一步增加载荷板5的数量，使载荷板5在宽度方向上均匀排列，细化模拟荷载沿载荷板5排列方向的变化，从而满足模拟需求。载荷板5的数量越多，模拟结果越精确。
在S2中，根据土坡分析模型的坡度，确定载荷板5的宽度。载荷板5宽度越小，则模拟的土坡的坡度越大。
实施例二：
如图1至图3、图8所示，一种土坡堆填过程模拟装置，包括模型箱8、杠杆加载系统、反力系统、监测系统；
所述杠杆加载系统包括杠杆套组1、砝码托盘3、砝码2、传力杆4、载荷板5；
所述反力系统包括反力梁10、立柱7、底板6；
所述监测系统包括位移采集设备12、压力采集设备13；
所述模型箱8顶部设置有开口，所述模型箱8的外侧设置有所述立柱7，所述模型箱8的内侧设置有地基土体11；所述立柱7底部与所述底板6固定连接，所述立柱7顶部与所述反力梁10固定连接；所述载荷板5设置于所述地基土体11上方，所述传力杆4底部通过两支点与所述载荷板5连接，所述传力杆4顶部与所述杠杆套组1连接；所述杠杆套组1中间支点连接于所述反力梁10，所述杠杆套组1远离中间支点一侧连接有所述砝码托盘3，所述砝码2装载于所述砝码托盘3；所述传力杆4中间设置有所述压力采集设备13，所述载荷板上设置有所述位移采集设备12。
在本实施例中，杠杆套组1由第一子杠杆14、第二子杠杆15、第三子杠杆16、第四子杠杆17、第五子杠杆18组成；第一子杠杆14、第二子杠杆15、第三子杠杆16、第四子杠杆17、第五子杠杆18均为中间镂空杠杆；第一子杠杆14、第二子杠杆15、第三子杠杆16、第四子杠杆17、第五子杠杆18之间相互独立。
以图8为例，第五子杠杆18上设置有滑轨24，所述砝码托盘3悬挂于滑动条25，所述滑动条25与所述滑轨24滑动连接。第一子杠杆14、第二子杠杆15、第三子杠杆16、第四子杠杆17的结构与图8所示的第五子杠杆18的结构相似，均设置有有滑轨24，砝码托盘3悬挂于滑动条25，滑动条25与滑轨24滑动连接。
在所述实施例一土坡堆填过程模拟方法基础上，通过本实施例的一种土坡堆填过程模拟装置，具体模拟非对称双向土坡的堆填过程，包含以下步骤：
S1：在模型箱8底部填筑地基土体11；在地基土体11上水平布置十块载荷板5，立柱7左右两侧各布置五块：立柱7左侧五块载荷板5宽度为0.12m，右侧五块载荷板5宽度为0.08m，用以模拟立柱7两侧坡度分别为1：4.8和1：3.2的土坡；
S2：移动立柱7左侧第一子杠杆14上的滑动条25至远离杠杆套组1支点0.6m处，移动立柱7左侧第二子杠杆15上的滑动条25至远离杠杆套组1支点0.768m处，移动立柱7左侧第三子杠杆16上的滑动条25至远离杠杆套组1支点0.72m处，移动立柱7左侧第四子杠杆17上的滑动条25至远离杠杆套组1支点0.427m处，移动立柱7左侧第五子杠杆18上的滑动条25至远离杠杆套组1支点0.3m处；移动立柱7右侧第一子杠杆14上的滑动条25至远离杠杆套组1支点0.4m处，移动立柱7右侧第二子杠杆15上的滑动条25至远离杠杆套组1支点0.512m处，移动立柱7右侧第三子杠杆16上的滑动条25至远离杠杆套组1支点0.48m处，移动立柱7右侧第四子杠杆17上的滑动条25至远离杠杆套组1支点0.366m处，移动立柱7右侧第五子杠杆18上的滑动条25至远离杠杆套组1支点0.2m处；
S3：在立柱7左侧五根子杠杆上分别悬挂总重120kN的砝码2，在立柱7右侧五根子杠杆上分别悬挂总重80kN的砝码2，以模拟第一层土体堆填荷载的加载过程，并通过压力采集设备13校核堆填荷载施加量的准确性，通过位移采集设备12监测每块载荷板5的竖向位移，从而获得第一层土体堆填期间的地基土体表面沉降线；
S4：在立柱7左侧第二子杠杆15、第三子杠杆16、第四子杠杆17、第五子杠杆18上分别增加悬挂总重30kN的砝码2，在立柱7右侧第二子杠杆15、第三子杠杆16、第四子杠杆17、第五子杠杆18上分别增加悬挂总重20kN的砝码2，以模拟第二层土体堆填荷载的加载过程，并通过压力采集设备13校核堆填荷载施加量的准确性，通过位移采集设备12监测每块载荷板5的竖向位移，从而获得第二层土体堆填期间的地基土体表面沉降线；
S5：在立柱7左侧第三子杠杆16、第四子杠杆17、第五子杠杆18上分别增加悬挂总重30kN的砝码2，在立柱7右侧第三子杠杆16、第四子杠杆17、第五子杠杆18上分别增加悬挂总重20kN的砝码2，以模拟第三层土体堆填荷载的加载过程，并通过压力采集设备13校核堆填荷载施加量的准确性，通过位移采集设备12监测每块载荷板5的竖向位移，从而获得第三层土体堆填期间的地基土体表面沉降线；
S6：在立柱7左侧第四子杠杆17、第五子杠杆18上分别增加悬挂总重30kN的砝码2，在立柱7右侧第四子杠杆17、第五子杠杆18上分别增加悬挂总重20kN的砝码2，以模拟第四层土体堆填荷载的加载过程，并通过压力采集设备13校核堆填荷载施加量的准确性，通过位移采集设备12监测每块载荷板5的竖向位移，从而获得第四层土体堆填期间的地基土体表面沉降线；
S7：在立柱7左侧第五子杠杆18上增加悬挂总重30kN的砝码2，在立柱7右侧第五子杠杆18上分别增加悬挂总重20kN的砝码2，以模拟第五层土体堆填荷载的加载过程，并通过压力采集设备13校核堆填荷载施加量的准确性，通过位移采集设备12监测每块载荷板5的竖向位移，从而获得第五层土体堆填期间的地基土体表面沉降线。至此，五层土体堆填过程全部模拟完成。
通过上述土坡堆填过程模拟装置，完成了非对称双向土坡五层土体堆填过程的模拟，实现了各层土体堆填过程的独立加载和互不干扰，并且在实施过程中实时校核了各层土体堆填荷载加载量的准确性，获得了各层土体堆填期间的地基土体表面沉降线。
其中，载荷板5可以通过如螺栓连接等方式与立柱7连接，便于根据需要更换适当宽度的载荷板5，从而实现不同土坡坡度的模拟。
作为本实施例的进一步方案，第一子杠杆14、第二子杠杆15、第三子杠杆16、第四子杠杆17、第五子杠杆18上均设置有刻度，所述刻度沿所述中间镂空杠杆的长度方向均匀分布，从而便于确定砝码托盘3的位置，便于计算施加到传力杆上的压力，同时通过压力采集设备13验证传力杆上的压力的计算值与实际值是否一致。
砝码2的质量能够增加或减小，从而调整杠杆对载荷板5的压力，模拟不同的荷载；砝码2在杠杆套组上的位置能够变化，即砝码2在第一子杠杆14、第二子杠杆15、第三子杠杆16、第四子杠杆17、第五子杠杆18上的位置能够变化，从而调整杠杆对载荷板5的压力，模拟不同的荷载。
进一步地，位移采集设备12为两个，对称分布于所述传力杆两侧，从而相互验证地基土体沉降测试结果。
实施例三：
如图1至图3所示，本实施例模拟对称双向土坡的堆填过程，待堆填土坡原型如图6、图7所示，坡底宽为100m，坡顶宽为20m，坡高为10m，长度为50m，顶底等长，体积为30000m3，填土容重为20kN/m3，土坡总重为600000kN，两侧坡度均为1：4。
按实施例一所述土坡堆填模拟方法，设置立柱7两侧所有载荷板5宽度为0.1m，实施步骤相似，仅在载荷板5上施加的竖向应力不同；按实施例二所述土坡堆填模拟装置，调整滑动条25在滑轨24上的位置，改变悬挂砝码2的重量，即可完成对称双向土坡堆填过程的模拟。
此外，当土坡分析模型为单向土坡时，在实施例一的基础上，在S4-S9中，仅对从左至右的第1块至第5块载荷板5施加竖向应力；当土坡分析模型为直立土坡时，对所有载荷板5均施加相同竖向应力。
最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (9)
1.一种土坡堆填过程模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将待堆填土坡原型按照预设比例建立待堆填土坡分析模型，确定模型尺寸；设定所述土坡分析模型的堆填层数N，通过所述土坡原型和所述堆填层数N确定每层土体所产生的竖向荷载；
S2：在模型箱底部填筑地基土体；在所述地基土体上水平布置2M块载荷板，立柱左右两侧各布置M块，其中，M≥N；
S3：设定n＝1；
S4：当n＝1时，自左向右，通过调节杠杆加载系统向第1块至第2M块所述载荷板施加竖向应力，使第1块至第2M块所述载荷板受到的竖向应力之和等于第1层土体的所述竖向荷载，模拟第1层土体的堆填；利用位移测试装置监测每块所述载荷板的竖向位移，从而获得第1层土体堆填期间的地基土体表面沉降线；
当n>1时，自左向右，保持第n-1块和第2M-(n-2)块载荷板上的竖向应力不变，通过所述杠杆加载系统调整第n块至第2M-(n-1)块所述载荷板施加竖向应力，使第n块至第2M-(n-1)块所述载荷板受到的竖向应力的增加值之和等于第n层土体的所述竖向荷载，模拟第n层土体的堆填；利用位移测试装置监测每块所述载荷板的竖向位移，从而获得第n层土体堆填期间的地基土体表面沉降线；
S5：判断n＝N是否成立，若是，则土体堆填模拟完成；若否，则使n＝n+1，重复步骤S4；
所述土坡堆填过程模拟方法涉及一种土坡堆填过程模拟装置，包括模型箱、杠杆加载系统、反力系统、监测系统；
所述杠杆加载系统包括杠杆套组、砝码托盘、砝码、传力杆、载荷板；
所述反力系统包括反力梁、立柱、底板；
所述监测系统包括位移测试装置、压力采集设备；
所述模型箱顶部设置有开口，所述模型箱的外侧设置有所述立柱，所述模型箱的内侧设置有地基土体；所述立柱底部与所述底板固定连接，所述立柱顶部与所述反力梁固定连接；所述载荷板设置于所述地基土体上方，所述传力杆底部通过两支点与所述载荷板连接，所述传力杆顶部与所述杠杆套组连接；所述杠杆套组中间支点连接于所述反力梁，所述杠杆套组远离中间支点一侧连接有所述砝码托盘，所述砝码装载于所述砝码托盘；所述传力杆中间设置有所述压力采集设备，所述载荷板上设置有所述位移测试装置。
2.如权利要求1所述的一种土坡堆填过程模拟方法，其特征在于：所述S2中，M≥2，所述载荷板为长条形，所述载荷板沿所述载荷板的宽度方向均匀排列。
3.如权利要求1所述的一种土坡堆填过程模拟方法，其特征在于：在所述S2中，根据所述土坡分析模型的坡度，确定所述载荷板的宽度。
4.如权利要求1所述的一种土坡堆填过程模拟方法，其特征在于：所述土坡分析模型为非对称双向土坡、对称双向土坡、单向土坡、直立土坡的其中之一。
5.如权利要求4所述的一种土坡堆填过程模拟方法，其特征在于：所述土坡分析模型为非对称双向土坡时，在所述S2中，所述立柱左右两侧的所述载荷板的宽度不同；所述土坡分析模型为对称双向土坡时，在所述S2中，所述立柱左右两侧的所述载荷板的宽度相同；所述土坡分析模型为单向土坡时，在所述S4中，通过调节所述杠杆加载系统向从左至右的第1块至第M块所述载荷板施加竖向应力；所述土坡分析模型为直立土坡时，在所述S4中，对所有所述载荷板均施加相同竖向应力。
6.如权利要求1所述的一种土坡堆填过程模拟方法，其特征在于：所述杠杆套组由多根中间镂空杠杆组成，所述中间镂空杠杆之间相互独立；所述中间镂空杠杆上设置有滑轨，所述砝码托盘悬挂于滑动条，所述滑动条与所述滑轨滑动连接。
7.如权利要求6所述的一种土坡堆填过程模拟方法，其特征在于：所述中间镂空杠杆上设置有刻度，所述刻度沿所述中间镂空杠杆的长度方向均匀分布。
8.如权利要求1所述的一种土坡堆填过程模拟方法，其特征在于：所述砝码的质量能够增加或减小，所述砝码在所述杠杆套组上的位置能够变化。
9.如权利要求1所述的一种土坡堆填过程模拟方法，其特征在于：所述位移测试装置为两个，对称分布于所述传力杆两侧。
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