CN204944376U - 一种模型试验中土工格栅应变量测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模型试验中土工格栅应变量测装置，该量测装置包括基座、支架、不锈钢弦、位移计以及量测系统；支架固定设置在基座上；位移计活动设置在支架上并与量测系统相连；待测试土工格栅上设置有一个或多个测点，每个测点均通过不锈钢弦与位移计相连。本实用新型结构简单，安装、拆卸方便，可重复使用，简化了土工格栅应变量测过程，特别适用于土工格栅发生较大应变的情形，满足土工格栅上测点较多且沿量测方向有重叠时的应变量测需求。

Description

一种模型试验中土工格栅应变量测装置

技术领域

本实用新型属于岩土工程模型试验方法领域，涉及一种模型试验中土工格栅应变量测装置。

背景技术

土工格栅是一种具有独特网孔结构的土工合成材料，具有抗拉强度高、耐腐蚀老化、较好的柔性、制作和运输方便等优点。通过格栅表面与土体之间的摩擦作用和网孔对填料颗粒的嵌锁咬合作用，可以有效改善土体的强度和变形特性，从而提高格栅加筋土结构的整体性能和抗变形能力，在软土地基处理、陡坡和路堤的加筋防护、大型支挡结构、桥台及路基路面工程中得到了广泛的应用。

由于土工格栅为柔性材料，在荷载作用下会产生较大变形，从而对格栅加筋土结构的性能产生显著影响。通过模型试验对加筋土结构中格栅的变形特性进行研究可较好模拟实际工程情况，且费用较现场足尺试验大为降低，是一种经济有效的研究手段。

目前，与现场足尺试验中大量采用柔性位移计进行土工格栅应变量测不同的是，受限于模型试验自身的尺寸，模型试验中土工格栅的应变量测主要采用在格栅肋条上粘贴应变片的方法，但已有的模型试验研究表明采用粘贴应变片的方法量测土工格栅应变主要存在以下问题：

(1)土工格栅的网孔结构与填料颗粒之间的嵌锁咬合作用往往使肋条处于复杂的拉、弯、扭复合受力状态，从而在格栅肋条上粘贴应变片所测得的并非单一的拉伸应变，特别是对于三向土工格栅，受拉时其肋条会产生明显的平面内和平面外挠曲，从而使应变片的量测结果失真；

(2)国内常用电阻式应变片的量程只有2％左右，专用大量程应变片的量程也仅能达到10％，而塑料土工格栅的破坏应变一般超过10％，达15％左右，采用应变片无法对土工格栅临近破坏时发生的大应变进行量测；

(3)应变片的粘贴过程较为复杂，费时费力，同时应变片属于消耗品，不可重复使用，且在制样及试验过程中易发生损坏，影响试验数据的获取。

上述不足制约了粘贴应变片的方法在模型试验中的应用，不利于通过模型试验加深对土工格栅变形特性和变形规律的认识。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的不足，提出了一种结构简单，易于加工，安装、拆卸方便，适用于大应变量测，不易损坏，可重复使用，量测结果准确稳定，性能可靠的土工格栅应变量测装置。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种模型试验中土工格栅应变量测装置，其特征在于：所述模型试验中土工格栅应变量测装置包括基座、支架、不锈钢弦、位移计以及量测系统；所述支架固定设置在基座上；所述位移计活动设置在支架上并与量测系统相连；待测试土工格栅上设置有一个或多个测点，每个测点均通过不锈钢弦与位移计相连。

作为优选，本实用新型所采用的支架包括立柱、定位螺丝、滑动扣件以及滑槽；所述立柱固定设置在基座上；所述滑槽套装在立柱上并通过设置在滑槽上的定位螺丝固定；所述滑槽的位置可沿立柱进行调节；所述滑槽中嵌有滑动扣件；所述位移计设置在滑动扣件上；所述滑槽是一排或多排；所述滑槽是多排时，多排滑槽并行设置在立柱上。

作为优选，本实用新型所采用的基座上预留有螺栓孔，所述基座的底面积不小于200mm×200mm。

作为优选，本实用新型所采用的立柱上设置有刻度，所述立柱的高度不小于600mm。

作为优选，本实用新型所采用的量测系统包括静态应变采集仪以及便携式手提电脑；所述位移计通过静态应变采集仪接入便携式手提电脑；所述静态应变采集仪的通道数不少于30个，最小采样时间间隔不大于1s。

作为优选，本实用新型所采用的位移计包括百分表以及拉线式位移传感器；所述百分表采用人工读数；所述拉线式位移传感器通过静态应变采集仪接入便携式手提电脑；所述拉线式位移传感器是电阻式传感器；所述拉线式位移传感器的最大量程100～300mm，测试精度不低于0.1％FS。

作为优选，本实用新型所提供的模型试验中土工格栅应变量测装置还包括设置在立柱上的分线架；所述不锈钢弦通过分线架并被分线架隔开；所述分线架与多排滑槽联合使用。

作为优选，本实用新型所采用的分线架包括滑轮、定位螺丝、曲臂以及一根或多根横杆；所述横杆固定设置在曲臂上；所述曲臂的末端设置有定位螺丝；所述曲臂通过定位螺丝设置在立柱上并可沿立柱进行调节；所述滑轮套装在横杆上并可在横杆上自如转动；与测点相连的不锈钢弦被套装在横杆上的滑轮分隔。

作为优选，本实用新型所采用的不锈钢弦的表面光滑，所述不锈钢弦直径0.4～0.8mm。

与现有技术相比，本实用新型具有以下突出优点：

本实用新型提供了一种结构简单，易于加工，安装、拆卸方便，不易损坏，可重复使用的模型试验中土工格栅应变量测装置，有效简化了土工格栅应变量测过程，从而提高工作效率，降低试验成本；本实用新型通过不锈钢弦和位移计的联合，将模型试验中土工格栅的应变量测转换成位移量测，特别适用于土工格栅发生较大应变的情形，有效避免了现有常规电阻式应变片量测结果失真、量程不足、不可重复使用和易发生损坏等不足；通过多排滑槽和分线架的联合，突破了单一平面对位移计布设的限制，大大拓展了位移计的布设空间，从而满足测点较多且沿量测方向有重叠时土工格栅应变的量测需求；通过拉线式位移传感器和由静态应变采集仪、便携式手提电脑组成的量测系统的联合，可对位移量测过程进行自动化控制，实现位移数据的自动、连续采集，并可实时查看格栅位移或应变的变化规律；本实用新型所提供的模型试验中土工格栅应变量测装置操作方法简便，易于掌握。

附图说明

图1为本实用新型所提供的土工格栅应变量测装置的结构示意图；

图2为本实用新型所采用的滑槽的俯视结构示意图；

图3-图5分别为不同土工格栅与不锈钢弦连接的示意图；

图6为本实用新型所采用的分线架的俯视结构示意图；

图7以及图8分别为本实用新型所采用的分线架的侧视结构示意图；

附图中各部件的标记说明如下：

1-不锈钢弦；21-单向土工格栅；22-双向土工格栅；23-三向土工格栅；3-测点；4-基座；5-螺栓孔；6-立柱；7-滑槽；8-滑动扣件；9-定位螺丝；10-位移计；11-静态应变采集仪；12-便携式手提电脑；13-滑轮；14-曲臂；15-横杆。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例做进一步说明。

实施例1

一种模型试验中土工格栅应变量测装置，如图1～图8所示，包括不锈钢弦1、基座4、支架(由立柱6、滑槽7、滑动扣件8和定位螺丝9共同组成)、分线架(由定位螺丝9、滑轮13、曲臂14和横杆15共同组成)、位移计10以及量测系统(由静态应变采集仪11和便携式手提电脑12组成)。支架固定设置在基座4上；位移计10活动设置在支架上并与量测系统相连；待测试土工格栅1上设置有一个或多个测点3，每个测点3均通过不锈钢弦1与位移计10相连。

参见图1以及图2，本实用新型所采用的支架包括立柱6、定位螺丝9、滑动扣件8以及滑槽7；立柱6固定设置在基座4上；滑槽7套装在立柱6上并通过设置在滑槽8上的定位螺丝9固定；滑槽7的位置可沿立柱6进行调节；滑槽7中嵌有滑动扣件8；位移计10设置在滑动扣件8上；滑槽7是一排或多排；滑槽7是多排时，多排滑槽7并行设置在立柱6上。

参见图6、图7以及图8，本实用新型所采用的分线架包括定位螺丝9、滑轮13、曲臂14以及一根或多根横杆15；横杆15固定设置在曲臂14上；曲臂14的末端设置有定位螺丝9；曲臂14通过定位螺丝9设置在立柱6上并可沿立柱6进行调节；滑轮13套装在横杆15上并可在横杆15上自如转动；与测点3相连的不锈钢弦1通过分线架并被横杆15上的滑轮13分隔。

参见图3至图5，不锈钢弦1采用吉他弦，直径0.6mm，表面光滑，一根不锈钢弦1对应一个测点3，连接方式为绑扎、穿孔或扣接，连接原则是在不明显降低测点3处土工格栅1强度的前提下保证连接的可靠，并尽量减小连接方式对筋土界面相互作用的影响。

基座4底面积为200mm×200mm，厚50mm，设有四个螺栓孔5，采用插销将基座4固定在地面上；支架固定在基座4上，立柱6直径15mm，高度600mm，其上标有以mm为单位的刻度；滑槽7长300mm，宽20mm，厚6mm，内部开孔面积为280mm×8mm，内嵌六个滑动扣件8。

分线架固定在立柱6上，与多排滑槽7联合使用；横杆15长300mm，与滑槽7长度一致，每根横杆15上设有六个滑轮13，曲臂14向上布置；分线架固定后横杆15之间的竖向间距为60mm。

位移计10采用拉线式位移传感器，为电阻式传感器，固定在滑动扣件8上，量程为0～200mm，测试精度为0.05％～0.1％FS。

静态应变采集仪11与位移计10相连，有64个通道，最小采样时间间隔为1s；便携式手提电脑12与静态应变采集仪11相连，通过配套软件对静态应变采集仪11的数据采集过程进行控制，并实时输出/显示采集结果。

本实用新型的工作原理：本实用新型结构简单，安装、拆卸方便，可重复使用，有效简化了土工格栅应变量测过程；通过不锈钢弦1与位移计10的联合，将模型试验中土工格栅1的应变量测转换成位移量测，特别适用于土工格栅1发生较大应变的情形；通过多排滑槽7和分线架的联合，突破了单一平面对位移计10布设的限制，大大拓展了位移计10的布设空间，从而满足测点3较多且沿量测方向有重叠时土工格栅1应变的量测需求；通过拉线式位移传感器和由静态应变采集仪11、便携式手提电脑12组成的量测系统的联合，实现了位移数据的自动、连续采集，并可实时查看土工格栅位移或应变的变化规律。

实施例2

将实施例1的土工格栅应变量测装置应用于三向土工格栅23室内拉拔试验中的格栅应变量测，具体步骤为：

1)将不锈钢弦1和三向土工格栅23上的测点3相连，一个测点3对应一根不锈钢弦1，共计采用十二根不锈钢弦1；

2)将连接好不锈钢弦1的三向土工格栅23置于拉拔仪中，不锈钢弦1的另一端在拉拔仪外与位移计10相连；将三排滑槽7与分线架联合使用，每排滑槽7上固定四个位移计10，共十二个；

3)调整基座4的位置，使不锈钢弦1处于张紧状态；调整滑槽7和分线架的高度，使经过分线架之前和之后的不锈钢弦1均处于水平位置；调整滑动扣件8，使位移计10的布置方向与应变量测方向保持一致，然后继续填筑直至试样完成；

4)开启静态应变采集仪11和便携式手提电脑12，通过配套软件检测位移计10与静态应变采集仪11的连接情况，确保连通，设置采样间隔为4s，实时输出采样结果；

5)将位移计10的初始读数清零，设置拉拔速率为1mm/min，法向应力50kPa，然后开始进行拉拔试验和位移数据采集，当拉拔位移达30mm时，停止试验；

6)导出采集的数据至Excel表进行处理，计算相应测点之间的位移差Δl与初始间距l₀之比，即为相应位置三向土工格栅23的平均应变ε，有ε＝Δl/l₀×100％。

实施例3

将实施例1的土工格栅应变量测装置应用于降雨条件下单向土工格栅21加筋膨胀土边坡稳定性研究模型试验中的格栅应变量测，此时由于需要同时量测分布于不同高度、竖向间隔150mm的三层单向土工格栅21的应变，但每层格栅上的测点3较少，测试时间和读数间隔均较长，因此位移计10采用百分表，人工读数，滑槽7为三排，不需要分线架和量测装置，具体步骤为：

1)将不锈钢弦1和单向土工格栅21上的测点3相连，一个测点3对应一根不锈钢弦1，每层单向土工格栅21上有五个测点3，共计采用十五根不锈钢弦1；

2)将连接好不锈钢弦1的单向土工格栅21置于模型槽中，不锈钢弦1的另一端在模型槽外与百分表相连；调整基座4的位置，使不锈钢弦1处于张紧状态；调整滑槽7的高度，使不锈钢弦1均处于水平位置；调整滑动扣件8，使位移计10的布置方向与应变量测方向保持一致；

3)继续逐层填筑模型并依次安装连接好不锈钢弦1的单向土工格栅21，每层单向土工格栅21对应一排滑槽7，每排滑槽7上固定五个位移计10，三层单向土工格栅21共对应三排滑槽7，共计连接十五个位移计10；

4)模型填筑完成后，记录各百分表初始读数，然后开启模型槽上多点布设的雾化喷头实施人工降雨，人工降雨分三轮进行，每轮降雨时长4h，间隔20h，单轮降雨强度10mm/h；

5)以第一轮降雨为起点，降雨期间，每隔15min记录一次各百分表读数，降雨间隔期，按照0.5h、1h、1.5h、2h、2h……的频率记录百分表读数，试验持续总时长为72h，共记录数据84组；

6)将试验数据输入至Excel表进行处理，计算相应测点之间的位移差Δl与初始间距l₀之比，即为相应位置单向土工格栅21的平均应变ε，有ε＝Δl/l₀×100％。

以上实施例仅用以说明本实用新型的具体实施方式，并非是对本实用新型保护范围的限制，凡在本实用新型技术方案基础上所作的等效结构或等效流程变换，均应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种模型试验中土工格栅应变量测装置，其特征在于：所述模型试验中土工格栅应变量测装置包括基座、支架、不锈钢弦、位移计以及量测系统；所述支架固定设置在基座上；所述位移计活动设置在支架上并与量测系统相连；待测试土工格栅上设置有一个或多个测点，每个测点均通过不锈钢弦与位移计相连。

2.根据权利要求1所述的模型试验中土工格栅应变量测装置，其特征在于：所述支架包括立柱、定位螺丝、滑动扣件以及滑槽；所述立柱固定设置在基座上；所述滑槽套装在立柱上并通过设置在滑槽上的定位螺丝固定；所述滑槽的位置可沿立柱进行调节；所述滑槽中嵌有滑动扣件；所述位移计设置在滑动扣件上；所述滑槽是一排或多排；所述滑槽是多排时，多排滑槽并行设置在立柱上。

3.根据权利要求2所述的模型试验中土工格栅应变量测装置，其特征在于：所述基座上预留有螺栓孔，所述基座的底面积不小于200mm×200mm。

4.根据权利要求3所述的模型试验中土工格栅应变量测装置，其特征在于：所述立柱上设置有刻度，所述立柱的高度不小于600mm。

5.根据权利要求4所述的模型试验中土工格栅应变量测装置，其特征在于：所述量测系统包括静态应变采集仪以及便携式手提电脑；所述位移计通过静态应变采集仪接入便携式手提电脑；所述静态应变采集仪的通道数不少于30个，最小采样时间间隔不大于1s。

6.根据权利要求5所述的模型试验中土工格栅应变量测装置，其特征在于：所述位移计包括百分表以及拉线式位移传感器；所述拉线式位移传感器通过静态应变采集仪接入便携式手提电脑；所述拉线式位移传感器是电阻式传感器；所述拉线式位移传感器的最大量程100~300mm，测试精度不低于0.1%FS。

7.根据权利要求1-6任一权利要求所述的模型试验中土工格栅应变量测装置，其特征在于：所述模型试验中土工格栅应变量测装置还包括设置在立柱上的分线架；所述不锈钢弦通过分线架并被分线架隔开。

8.根据权利要求7所述的模型试验中土工格栅应变量测装置，其特征在于：所述分线架包括滑轮、定位螺丝、曲臂以及一根或多根横杆；所述横杆固定设置在曲臂上；所述曲臂的末端设置有定位螺丝；所述曲臂通过定位螺丝设置在立柱上并可沿立柱进行调节；所述滑轮套装在横杆上并可在横杆上自如转动；与测点相连的不锈钢弦被套装在横杆上的滑轮分隔。

9.根据权利要求8所述的模型试验中土工格栅应变量测装置，其特征在于：所述不锈钢弦的表面光滑，所述不锈钢弦直径0.4~0.8mm。