CN202075920U - 挡土墙土压力模型试验装置 - Google Patents

Abstract

挡土墙土压力模型试验装置，属于岩土力学中土压力实验仪器领域，尤其涉及一种观察刚性挡土墙不同位移模式对主动土压力分布影响的模型试验装置。本实用新型开口模型箱内设置与侧壁平行的挡土板，挡土板通过导向支架与开口模型箱连接；挡土板上自上而下均匀布置若干个测压孔，每个测压孔上布置压力感应柔性膜，每个压力感应柔性膜上设置充水盒，每个充水盒上远离挡土板的一侧连接测压水管，若干根测压水管平行布置在刻度板上。本实用新型在挡土设备上安置压力感应薄膜，以及可以反映土压力变化的测压水管进行土体土压力观测，土体位移通过活动支架进行控制，可以观察挡土墙不同的位移模式对土压力分布的影响。

Description

挡土墙土压力模型试验装置

技术领域  

本实用新型属于岩土力学中土压力实验仪器领域，尤其涉及一种观察刚性挡土墙不同位移模式对主动土压力分布影响的模型试验装置。

背景技术

在挡土墙设计计算中最为常用的土压力理论为经典的库伦（Coulomb）土压力理论和朗肯(Rankine)土压力理论。基于极限平衡理论的库伦主动土压力，由于计算方法简单、适用范围广，计算主动土压力合力和实际土压力比较接近，大多数情况下能满足工程需要，因而得到广泛的应用。但是，库伦土压力理论没有充分考虑挡墙的变位模式、位移大小对土压力的影响，导致与实际土压力分布相差比较大。

目前研究表明：土压力分布与刚性挡墙位移模式有关。挡土墙墙体位移模式包括三种基本位移模式：平移、绕墙底转动、绕墙顶转动。刚性墙体绕墙底位移模式下，土压力近似线性分布；平移模式下，土压力呈重心偏下的抛物线形分布；绕墙顶位移模式下，在墙顶约l/3墙高范围存在明显的土拱效应，土体密度越大，土拱效应越明显。但是目前，对挡土墙的位移模式影响土压力的分布的规律研究还较少，缺乏合理的挡土墙位移模式模型试验装置。测量土压力多数是把土压力盒埋置于土体之中，利用读数仪进行读数，这样当土体变形时，土压力盒表面易形成拱效应，极大地影响到了土压力的准确值。若是在挡土设备上安置柔性薄膜进行土体土压力观测，土体位移通过螺杆进行控制，可以观察挡土墙位移模式影响土压力分布的现象，目前还没有这种实验装置。

发明内容

本实用新型所要解决的问题是提供一种观察刚性挡土墙不同位移模式对主动土压力分布影响的模型试验装置。在挡土设备上安置压力感应薄膜，以及可以反映土压力变化的测压水管进行土体土压力观测，土体位移通过活动支架进行控制，可以观察挡土墙不同的位移模式对土压力分布的影响。

挡土墙土压力模型试验装置，包括开口向上的开口模型箱、挡土板、充水盒、导向支架、刻度板、测压水管、压力感应柔性膜，开口模型箱内设置与侧壁平行的挡土板，挡土板通过导向支架与开口模型箱连接；挡土板上自上而下均匀布置若干个测压孔，每个测压孔上布置压力感应柔性膜，每个压力感应柔性膜上设置充水盒，每个充水盒上远离挡土板的一侧连接测压水管，若干根测压水管平行布置在刻度板上。

比较好的是，本实用新型的导向支架通过滑动螺栓与开口模型箱的侧壁连接。

比较好的是，本实用新型的滑动螺栓与开口模型箱的侧壁之间布置推拉支架。

比较好的是，本实用新型的充水盒内布置弹簧，弹簧一端固定连接在压力感应柔性膜上，另一端固定连接在充水盒盒体上。

比较好的是，本实用新型的充水盒为具有“凹”字形的圆盘。

本实用新型与现有的技术相比，具有的有益效果如下：

该设备能够演示挡土墙不同的位移模式对主动土压力分布的影响；能够方便地控制挡土墙的不同位移模式。试验结果表明，土压力的变化能够清晰地反映于测压水管的水头中，测压管水头的变化能够较好的反映土压力的分布特征；设备易于操作，方便携带，适合做土力学教学中挡土墙位移模式对主动土压力影响的演示实验。

附图说明

图1为本实验新型的前视图。

图2为本实验新型的侧视图。

图3为本实验新型的俯视图。

图中标号：1为开口模型箱，2为挡土板，3为充水盒，4为导向支架，5为刻度板，6为测压水管，7为推拉支架，8为滑动螺栓，9为压力感应柔性膜。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行进一步说明。

参照图1、图2和图3，本实用新型主要由开口模型箱、挡土板及位移控制系统和测压系统三部分组成，包括开口模型箱1、挡土板2、充水盒3、导向支架4、刻度板5、测压水管6、推拉支架7、滑动螺栓8、压力感应柔性膜9。挡土板2被夹在开口模型箱1一侧约1/3距离处，挡土板2的一侧装填实验用土样（可用砂土），另一侧连接位移控制装置。挡土板2上等距离布置5个测压孔，每个测压孔处安装一个由压力感应柔性膜9密封的充水盒3（盒内充满水）。

参照图1、图2和图3，本实用新型中挡土板2、导向支架4、推拉支架7和滑动螺栓8组成挡土板及位移控制系统，连结在挡土板2上的可以活动的导向支架4有四根，开口模型箱1侧壁上穿有4个直径约为两倍于导向支架4直径的孔，导向支架4通过如前所述的孔穿过开口模型箱1侧壁，并被其里外两侧的滑动螺栓8固定。推拉支架7有上下两根，每根和对应的两根导向支架4由滑动螺栓8连结在开口模型箱1侧壁外侧。旋转放松滑动螺栓8，导向支架4就可以通过推拉支架7的推拉前后移动，挡土板2便产生位移。

参照图1、图2和图3，本实用新型中由充水盒3、刻度板5、测压水管6和压力感应柔性膜9组成测压系统，充水盒3为一具有“凹”字形的圆盘，压力感应柔性膜9设置在充水盒3的开口上，并处于绷紧状态，,充水盒3底座连接测压水管6，测压水管6为透明橡胶管，5个测压水管6并排在刻度板5上。受到压力后，充水盒3表面的压力感应柔性膜9向内变形，压缩充水盒3体积，充水盒3内的水被挤出，连接在测压装置上的测压水管6水头高度升高。这样，作用在挡土板2上土压力较大，则测压水管6水头就高。测压水管6水头的高低直观反映了作用在挡土板2上土压力的大小。

为了测压水管6水位在较大压力作用下不致上升过高，又能反映较小的压力变化，具有一定的灵敏度，在充水盒3中设置了一个一定刚度的弹簧，一侧固定在压力感应柔性膜9上，一侧固定在充水盒3底座上。

本实用新型在具体使用过程中，首先组装好挡土板2及位移控制系统和测压系统，并放入开口模型箱1；用滑动螺栓8和推拉支架7将导向支架4固定在开口模型箱1上；在开口模型箱1的侧壁涂抹硅油，并且在和砂土接触的一侧贴聚四氟乙烯薄膜，用以减小土体和侧壁的摩擦；挡土板2的底部需涂抹适量黄油，以减小挡土板运动过程中的摩擦力；在挡土板2与开口模型箱1侧壁的缝隙间涂适量真空泥，防止实验过程中砂土从缝隙中漏出。往测压水管6中注水，调整测压水管6中水头的高度，让若干个测压水管水头保持在较低的同一个平面内。为便于观察，可在水中加入红色或蓝色的染料。往开口模型箱1中分层填入砂土。稳定大约5分钟后，观察测压水管6水头的变化。分别旋松固定上下端导向支架4的滑动螺栓8，拉动推拉支架7，使挡土板2与土体产生不同形式和大小的位移。稳定5分钟后，观察测压水管水头变化。当位移较大时，土体产生破坏，观察其破坏形态和位移。

Claims (5)

1.挡土墙土压力模型试验装置，其特征在于包括开口向上的开口模型箱（1）、挡土板（2）、充水盒（3）、导向支架（4）、刻度板（5）、测压水管（6）、压力感应柔性膜（9），开口模型箱（1）内设置与侧壁平行的挡土板（2），挡土板（2）通过导向支架（4）与开口模型箱（1）连接；挡土板（2）上自上而下均匀布置若干个测压孔，每个测压孔上布置压力感应柔性膜（9），每个压力感应柔性膜（9）上设置充水盒（3），每个充水盒（3）上远离挡土板（2）的一侧连接测压水管（6），若干根测压水管（6）平行布置在刻度板（5）上。

2.根据权利要求1所述的挡土墙土压力模型试验装置，其特征在于上述导向支架（4）通过滑动螺栓（8）与开口模型箱（1）的侧壁连接。

3.根据权利要求2所述的挡土墙土压力模型试验装置，其特征在于上述滑动螺栓（8）与开口模型箱（1）的侧壁之间布置推拉支架（7）。

4.根据权利要求1所述的挡土墙土压力模型试验装置，其特征在于上述充水盒（3）内布置弹簧，弹簧一端固定连接在压力感应柔性膜（9）上，另一端固定连接在充水盒（3）盒体上。

5.根据权利要求1所述的挡土墙土压力模型试验装置，其特征在于上述充水盒（3）为具有“凹”字形的圆盘。

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