CN113029790B - 一种预应力群锚式挡墙的试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种预应力群锚式挡墙的试验装置，包括模型箱、加载系统、预应力检测系统，所述模型箱内设有上端开口的填料腔，所述预应力检测系统安装在填料腔内，所述预应力检测系统包括自感知锚索、锚定板，所述自感知锚索一端与模型箱相连，所述锚定板安装在自感知锚索另一端，所述加载系统包括施压件，所述施压件位于填料腔的开口处。本发明利用自感知锚索实现对锚索拉力变化的实时监测，可有效研究不同填料下锚定板挡土墙的受力变形，又能方便监测锚索拉力变化的模型试验，可根据填料性质、锚定板密度、预应力大小、锚索长度、荷载大小、试验周期等制定不同的工况开展试验，具有操作简便，可重复性高的优点。

Description

一种预应力群锚式挡墙的试验装置

技术领域

本发明涉及一种试验装置，特别是涉及一种预应力群锚式挡墙的试验装置。

背景技术

锚定板挡墙是将锚定板埋于填料中并通过一定长度的拉杆或锚索与墙面相连而形成的一种轻型挡土墙，墙面、拉杆或锚索、锚定板以及充填在墙面与锚定板之间的填料共同形成一个整体墙，以此抵抗来自后方的水平土压力作用使挡墙保持稳定。实际工程中还会对锚定板挡土墙的拉杆或锚索施加预应力，从而提高锚定板挡墙的抗变形能力。而锚定板挡墙相比于传统重力式挡土墙，具有圬工更省、造价更低等优点，构件可在工厂预制，实现现场快速拼装施工，降低了用工成本，其结构柔性大因而能适用各种不良地基路段。

锚定板挡墙在上世纪70年代被提出，虽然本身具有传统重力式挡墙不具备的许多优点，但受制于某些因素，该类挡墙始终没能形成大规模的推广应用。其中一个重要的原因在于：该类挡墙结构性能会受到土体性质的显著影响，但是不同土壤的性质十分复杂，并且目前仍没任何一种理论能完全概括各种土壤的性能，而导致如何保证在不同地区的不同土质下该类挡墙的设计合理性具有一定困难。因此，设计该类挡墙时以实际工程中的真实土作为填料开展试验分析来为设计提供参考依据是十分重要的。

另一方面，锚索的应力是影响该类挡墙安全和稳定的重要因素，现有的挡墙试验一般是通过在锚定端安装应力环或者在锚索上粘贴应变片等方式间接监测锚索的应力状态，这些方式不仅操作繁琐并且在试验中也难以准确获得锚索真实应力，误差较大，试验结果可靠性低。

因此，开发一种低成本且能有效研究不同填料下锚定板挡土墙的受力变形规律，又能方便而准确地测量锚索拉力变化规律的试验装置和方法对于锚定板挡墙的设计以及普及是非常必要的。

发明内容

本发明提供了一种预应力群锚式挡墙的试验装置，可实时方便的监测锚索拉力变化。

本发明提供了一种预应力群锚式挡墙的试验装置，包括模型箱、加载系统、预应力检测系统，所述模型箱内设有上端开口的填料腔，所述预应力检测系统安装在填料腔内，所述预应力检测系统包括自感知锚索、锚定板，所述自感知锚索一端与模型箱相连，所述锚定板安装在自感知锚索另一端，所述加载系统包括施压件，所述施压件位于填料腔的开口处。

进一步地，所述自感知锚索包括索体、光纤光栅传感器，所述索体由若干个钢丝组成，所述光纤光栅传感器固定在索体内。

更进一步地，所述光纤光栅传感器外设有封装结构，所述封装结构为纤维复合筋。

进一步地，所述加载系统包括反力架、动力件，所述施压件通过动力件与反力架相连。

更进一步地，所述加载系统还包括荷载计，所述荷载计安装在反力架、动力件之间。

进一步地，所述模型箱由底板、若干个面板围绕而成，至少一个面板为测试面板，所述测试面板包括若干个墙面板横梁、若干个墙面板，所述自感知锚索与墙面板横梁相连，所述测试面板由墙面板横梁、墙面板依次组成，所述墙面板横梁、墙面板之间可拆卸相连，所述测试面板可拆卸的安装在底板上。

更进一步地，其余所述面板为固定面板，所述底板上还设有若干个箱柱，所述固定面板与箱柱抵接，所述箱柱与底板固定相连。

更进一步地，所述固定面板为钢化玻璃。

更进一步地，所述试验装置还包括激光位移计，所述激光位移计安装在测试面板外侧，且所述激光位移计检测方向垂直于测试面板。

进一步地，所述试验装置还包括线性位移计，所述线性位移计安装在施压件上方，且所述线性位移计检测方向垂直于水平面，并朝向施压件。

本发明相对于现有技术，利用自感知锚索实现对锚索拉力变化的实时监测，可有效研究不同填料下锚定板挡土墙的受力变形，又能方便监测锚索拉力变化的模型试验，可根据填料性质、锚定板密度、预应力大小、锚索长度、荷载大小、试验周期等制定不同的工况开展试验，具有操作简便，可重复性高的优点。

附图说明

图1为本发明实施例试验装置的轴测图；

图2为本发明实施例试验装置的剖面图；

图3为本发明实施例自感知锚索与墙面板和锚定板的连接示意图；

图4为本发明实施例试验自感知锚索的截面图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。

本发明实施例提供了一种预应力群锚式挡墙的试验装置，包括模型箱1、加载系统、预应力检测系统，所述模型箱1内设有上端开口的填料腔，所述预应力检测系统安装在填料腔内，所述预应力检测系统包括自感知锚索16、锚定板18，所述自感知锚索16一端与模型箱1相连，所述锚定板18安装在自感知锚索16另一端，所述加载系统包括施压件5，所述施压件5位于填料腔的开口处。

其中，模型箱1为方形箱，模型箱1内的填料腔用于根据实验需要来添加不同类型的土壤。自感知锚索16具有若干个，且每个自感知锚索16的一端插于锚定板18上。

在测试前，向填料腔内添加填料10，并将每个自感知锚索16拉直至与水平面平行，使锚定板18垂直于水平面。

在测试过程中，控制加载系统的施压件5对填料10加压，使填料10之间产生应力变化，并通过自感知锚索16监测锚索的应力变化，达到实时监测效果。

本发明实施例利用自感知锚索16实现对锚索拉力变化的实时监测，可有效研究不同填料10下锚定板18挡土墙的受力变形，又能方便监测锚索拉力变化的模型试验，可根据填料10性质、锚定板18密度、预应力大小、锚索长度、荷载大小、试验周期等制定不同的工况开展试验，具有操作简便，可重复性高的优点。

可选的，所述自感知锚索16包括索体、光纤光栅传感器，所述索体由若干个钢丝组成，所述光纤光栅传感器固定在索体内。

其中，自感知锚索16的索体由若干个钢丝绞合而成，光纤光栅传感器固定在索体内。

本发明实施例通过采用光纤光栅传感器，实现对索体在应力作用下产生微小形变的有效监测，从而实现方便使用者对自感知锚索16受力情况的采集。

特别的，所述光纤光栅传感器外设有封装结构，所述封装结构为纤维复合筋24。

其中，所述纤维复合筋为纤维增强塑料-光纤光栅复合传感筋。

本发明实施例通过采用纤维复合筋，可对光纤光栅传感器进行有效保护，避免损坏。

可选的，所述加载系统包括反力架2、动力件，所述施压件5通过动力件与反力架2相连。

其中，反力架2可采用龙门架结构，动力件可采用千斤顶4等伸缩动力装置，施压件5由工字钢垫、若干个木枕6组成，木枕6固定在工字钢垫的下表面，形成平整的施压面。

本发明实施例在测试过程中，动力件伸长，使施压件5下降，由木枕6形成的施压面对填料10施加压力。

特别的，所述加载系统还包括荷载计3，所述荷载计3安装在反力架2、动力件之间。

本发明实施例通过采用荷载计3，可对动力件所施加的压力进行有效监测，实现压力与锚索拉力变化的实时监测。

可选的，所述模型箱1由底板15、若干个面板围绕而成，至少一个面板为测试面板，所述测试面板包括若干个墙面板横梁11、若干个墙面板12，所述自感知锚索16与墙面板横梁11相连，所述测试面板由墙面板横梁11、墙面板12依次组成，所述墙面板横梁11、墙面板12之间可拆卸相连，所述测试面板可拆卸的安装在底板15上。

其中，墙面板12上下边缘具有半圆状的凸起，墙面板横梁11由钢板条制作而成，钢板条厚度与墙面板12相同，其上下边缘具有半圆状的凹槽，使墙面板12可与墙面板横梁11组合卡固；底板15在测试面板处设有凹槽，墙面板12的凸起与底板15凹槽扣嵌固定。墙面板横梁11上设有用于固定自感知锚索16的圆通孔，圆通孔的数量由实际试验每层墙面板12的数量拟定。

本发明实施例通过采用墙面板横梁11、墙面板12组成的测试面板，使测试面板可根据测试的需要来调节受力面积，同时使测试面板易于拆卸，方便试验装置的使用。

特别的，其余所述面板为固定面板14，所述底板15上还设有若干个箱柱13，所述固定面板14与箱柱13抵接，所述箱柱13与底板15固定相连。

其中，箱柱13为工型钢、底板15为钢板，箱柱13、底板15均采用焊接固定。固定面板14与箱柱13粘接，固定面板14、测试面板围成填料腔，而测试面板处不具有箱柱13结构。

本发明实施例通过采用箱柱13，可对固定面板14进行有效固定，使测试过程中填料10所受压力可对测试面板产生微小形变，进而测量测试面板的形变与锚索拉力之间的关系。

特别的，所述固定面板14为钢化玻璃。

其中，钢化玻璃与箱柱13、底板15之间采用玻璃胶进行密封固定。

本发明实施例通过采用钢化玻璃作为固定面板14，在对填料10进行支撑的同时，可有效观察填料腔内的填料10变化情况。

特别的，所述试验装置还包括激光位移计19，所述激光位移计19安装在测试面板外侧，且所述激光位移计19检测方向垂直于测试面板。

其中，试验装置还包括用于固定激光位移计19的支架立柱8，支架立柱8安装在测试面板外侧，并与测试面板具有距离间隔，激光位移计19安装在支架立柱8上，并监测测试过程中测试面板的位移变化(在填料10压力下所产生的形变)。

本发明实施例通过激光位移计19，可有效监测测试面板在试验过程中的位移变化，从而获得测试面板的形变或位移变化与锚索拉力之间的关系，实现对挡墙受力及是否易坍塌的有效模拟。

可选的，所述试验装置还包括线性位移计9，所述线性位移计9安装在施压件5上方，且所述线性位移计9检测方向垂直于水平面，并朝向施压件5。

其中，试验装置还包括支架横梁7，线性位移计9安装在支架横梁7上，并对施压件5的高度变化进行有效监测。

本发明实施例通过采用线性位移计9，对施压件5的高度变化进行有效监测，从而确定填料10的压缩空间与受力之间的关系，进而模拟填料10受力塌陷情况。

本发明实施例测试过程如下：

1)确定试验场地，在反力架2下方空间放置模型箱11，试验场地应当选择在具有足够强度且能固定反力架2的平整的混凝土地面进行；

2)将自感知锚索16两端连接活结螺栓20，活结螺栓20的螺纹端穿过墙面板横梁11和锚定板18的圆通孔后拧上螺母21进行固定，锚定板18和螺母21之间设置一块垫片22，墙面板横梁11和螺母21之间设置两块垫片22，两块垫片涂抹有无机润滑油；墙面板横梁11端的活结螺栓20穿过圆通孔后，活结螺栓20与自感知锚索16的连接点距离墙面板横梁11不小于10cm，以此来为自感知锚索16预应力的张拉留有足够的距离；

3)分层进行填筑，铺设第一层墙面板12后填筑填料10，墙面板12下凸起嵌在箱底板15的凹槽上，填筑填料10到第一层墙面板12的顶部标高后，将通过连接件连接了自感知锚索16和锚定板18的墙面板横梁11搭在下方墙面板12之上，墙面板横梁11的凹槽需对准墙面板12的上边缘凸起；之后继续填筑填料10到第一层锚定板18的中心位置的标高，此时将自感知锚索16的跳线23先沿箱体横向导到模型箱11的侧壁，再沿侧壁牵向模型箱11后方并最后沿箱体角部向上导出模型箱11连接外部仪器以进行数据读取；之后开始填筑第二层，第二层墙面板12的凸起嵌在第一层墙面板横梁11的凹槽上，之后的操作与第一层填筑的步骤相同；反复直到进行最后一层的填筑；最后一层的墙面板横梁11布置之后在箱体后方继续填筑填料10使其达到设计的填筑标高，此时填料10顶部与墙面形成斜坡，试验设计的该斜坡的坡角应小于试验所用填料10的休止角；之后夯实填料10进行下一步操作；

4)布置加载系统，在设计的加载范围内埋设木枕6，木枕6并列排放，顺着木枕6排列方向放置一块工字钢垫5，工字钢垫5上放置千斤顶4，工字钢垫5所选用的工字钢翼缘宽度应当大于千斤顶4的底面直径；千斤顶4顶部与反力架2底部之间放置荷载计3；

5)布置位移测量系统，于模型箱1前后设立支架立柱8，将支架横梁7两端搭载两个支架立柱8顶端；将激光位移计19固定于支架立柱8之上，激光位移计19测点对准其所对应的墙面板12中心；线性位移计9等间隔布置固定于支架横梁7上测量顶面竖向位移；

6)由下往上对自感知锚索16施加预应力，采用两个扳手，一个扳手夹紧活结螺栓20的棱柱状凸起，另一个扳手缓慢地旋转螺母21使活结螺栓20螺纹段不断往墙面板横梁11外伸出，进而张拉墙面板横梁11与锚定板18之间的自感知锚索16实现预应力施加；当每条自感知锚索16的应力读数达到试验设计预应力值时停止张拉，静置24小时后再次读取自感知锚索16的应力，若自感知锚索16应力损失幅度在5％以上再次补张拉，之后再次静置24小时，直到两次自感知锚索16的应力读数小于5％再开展下一步操作；

7)开始加载，以加载面1kPa的增量逐步增大荷载进行加载，每一级加载后静置10分钟再读取荷载计3的读数，若读数与上次读数的误差大于5％则再次调整千斤顶4作用力到该级荷载的设计值，之后再次静置10分钟，反复直到荷载计3两次读数误差小于5％后，记录此时各传感器的读数作为该级荷载下的试验数据，最终得到各级荷载下的自感知锚索16应力、墙面板12的水平位移、顶面竖向位移的变化规律；

8)以研究锚定板18挡墙的极限承载力为目的的试验，不断增加荷载直到墙面板12塌落或位移出现突然增大的现象终止加载，可得到极限承载力；以研究锚定板18挡墙的长期工作状态为目的的试验，将荷载施加达到设计值后记录各传感器的读数作为初始值，之后每隔24小时对所有传感器进行一次读数，若荷载计3显示的荷载值小于试验设计值则补增荷载，反复直到时间达到试验设计的监测期，得到该工况下试验模型的长期工作性能；

9)移除试验构件、仪器等结束试验。

综上所述，本发明具有如下显著效果：

(1)本发明的试验装置用于研究不同填料10下的多种工况模型试验具有极大的便利性，本发明墙面板12实现了快速拼装化建立模型，结束后只需从顶部依次拆除墙面板横梁11、墙面板12，可实现安全而快速地拆除；

(2)一般的试验会在锚索的锚定端安装应力环进行测力，这种方法会受到锚具以及锚索与墙面孔洞之间摩擦力的影响而形成误差；而传统的粘贴应变片的方法，粘贴的应变片会因胶水性能、粘贴质量等引起误差，得到的锚索应力准确性低；本发明在试验中采用了自感知锚索16，该装置和方法可高精度(锚索测量精度<＝0.5％F.S)地测量得到锚索的应变从而准确地得到锚索的拉力值，提高了试验的准确度和可信度。

(3)本发明装置采用的自感知锚索16在加工捻制时便将光纤光栅传感器植入了锚索内部，使其成为锚索的一部分，在试验过程中损耗低、抗电磁干扰、耐久性等都有优秀的表现。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，技术人员阅读本申请说明书后依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均未脱离本发明申请待批权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种预应力群锚式挡墙的试验装置，其特征在于，所述试验装置包括模型箱、加载系统、预应力检测系统，所述模型箱内设有上端开口的填料腔，所述预应力检测系统安装在填料腔内，所述预应力检测系统包括自感知锚索、锚定板，所述自感知锚索一端与模型箱相连，所述锚定板安装在自感知锚索另一端，所述加载系统包括施压件，所述施压件位于填料腔的开口处；

所述模型箱由底板、若干个面板围绕而成，至少一个面板为测试面板，所述测试面板包括若干个墙面板横梁、若干个墙面板，所述自感知锚索与墙面板横梁相连，所述测试面板由墙面板横梁、墙面板依次组成，所述墙面板横梁、墙面板之间可拆卸相连，所述测试面板可拆卸的安装在底板上；

墙面板上下边缘具有半圆状的凸起，墙面板横梁上下边缘具有半圆状的凹槽，墙面板与墙面板横梁组合卡固；底板在测试面板处设有凹槽，墙面板的凸起与底板凹槽扣嵌固定；

墙面板横梁上设有用于固定自感知锚索的圆通孔；

所述自感知锚索两端分别通过活结螺栓与墙面板横梁和锚定板相连；所述自感知锚索包括索体、光纤光栅传感器，所述索体由若干个钢丝组成，所述光纤光栅传感器固定在索体内。

2.根据权利要求1所述一种预应力群锚式挡墙的试验装置，其特征在于，所述光纤光栅传感器外设有封装结构，所述封装结构为纤维复合筋。

3.根据权利要求1所述一种预应力群锚式挡墙的试验装置，其特征在于，所述加载系统包括反力架、动力件，所述施压件通过动力件与反力架相连。

4.根据权利要求3所述一种预应力群锚式挡墙的试验装置，其特征在于，所述加载系统还包括荷载计，所述荷载计安装在反力架、动力件之间。

5.根据权利要求1所述一种预应力群锚式挡墙的试验装置，其特征在于，其余所述面板为固定面板，所述底板上还设有若干个箱柱，所述固定面板与箱柱抵接，所述箱柱与底板固定相连。

6.根据权利要求5所述一种预应力群锚式挡墙的试验装置，其特征在于，所述固定面板为钢化玻璃。

7.根据权利要求6所述一种预应力群锚式挡墙的试验装置，其特征在于，所述试验装置还包括激光位移计，所述激光位移计安装在测试面板外侧，且所述激光位移计检测方向垂直于测试面板。

8.根据权利要求1所述一种预应力群锚式挡墙的试验装置，其特征在于，所述试验装置还包括线性位移计，所述线性位移计安装在施压件上方，且所述线性位移计检测方向垂直于水平面，并朝向施压件。

Images