CN207974168U - 测量不同位移模式下有限填土挡土墙压力的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种测量不同位移模式下有限填土挡土墙压力的装置，包括试验箱体和箱型框架，试验箱体包括活动挡墙和固定挡墙，活动挡墙外侧的上部和下部均连接有螺杆，活动挡墙的上端和下端还设置有百分表，与活动挡墙相对一侧设置有固定挡墙，试验箱体两侧壁为刚性墙体，刚性墙体与箱型框架固定连接；箱型框架上还设置有用于固定螺杆的固定板，固定板上开设与螺杆螺纹相匹配的螺纹孔；试验箱体内侧还设置有压力检测装置，实现模拟活动挡墙在不同位移模式下的土体破坏模式和挡墙土压力，在挡墙上布置若干土压力检测装置；能模拟有限填土不同的自然应力状态，实时量测有限填土的土压力，装置构造简单，操作方便。

Description

测量不同位移模式下有限填土挡土墙压力的装置

技术领域

本实用新型属于岩土工程中土压力实验装置领域，具体涉及一种测量不同位移模式下有限填土挡土墙压力的装置。

背景技术

墙后土压力计算是岩土工程领域的基本课题之一。目前常用的土压力计算大多采用朗肯或库仑土压力理论，但其前提是墙后土体为半无限土体。然而，实际工程中，墙后土体宽度有时并不满足该条件，如商业密集区基坑挡土墙与邻近既有建(构)筑物、山区挡墙与墙后岩体等此时，墙后土体破坏模式及土压力分布规律能否仍符合经典的朗肯或库仑土压力理论，成为密切关注的问题。针对墙后有限土体土压力计算尚缺乏公认合理的计算方法，因此不同填土宽度影响下作用在刚性挡土墙的土压力问题是迫切需要解决的。

现有研究均为针对墙后有限土体土压力计算的理论分析或数值模拟，仅从理论上阐明了有限土体土压力与常规土压力的差异，仍有待试验或工程实测结果验证。可见，开展墙后有限土体的试验工作，对于明确有限宽度土体的土压力发挥机制及变化规律，进一步完善土压力计算理论，具有重要的理论价值与工程意义。

鉴于此种情况，开展不同墙体变位模式和填土宽度的土压力室内模型试验，从而深入分析墙后有限土体破坏模式及主动土压力分布规律，为建立更为合理的有限土体土压力计算方法提供依据。

实用新型内容

为了解决了现有技术中存在的问题，本实用新型公开了一种测量不同位移模式下有限填土挡土墙压力的装置，在实现有限填土挡墙发生不同位移的情况下，能够准确的量测挡墙土压力的分布及土体位移的变化，解决了现有技术的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是，测量不同位移模式下有限填土挡土墙压力的装置，包括试验箱体和箱型框架，试验箱体包括均沿竖直方向设置的活动挡墙和固定挡墙，固定挡墙设置固定在箱型框架上，活动挡墙设置在固定挡墙相对一侧，活动挡墙外侧连接有螺杆，活动挡墙的上端和下端还设置有用于检测其移动量的百分表，试验箱体两侧壁为刚性墙体，刚性墙体与箱型框架固定连接；箱型框架上还设置有用于固定螺杆的固定板，固定板上开设与螺杆螺纹相匹配的螺纹孔；试验箱体内侧还设置有压力检测装置。

螺杆穿过固定板的螺纹孔，螺杆从动端与活动挡墙连接，螺杆驱动端设置有把手，螺杆包括上部的第一螺杆和下部的第二螺杆，螺杆与固定板连接处还设置有锁紧螺母。

活动挡墙与螺杆从动端之间采用球头球窝的连接方式，螺杆从动端上设置球头，球窝结构与活动挡墙固定连接。

压力检测装置包括设置在活动挡墙以及固定挡墙内侧若干压力盒，还包括沿水平方向设置在活动挡墙内侧面的若干压力盒。

活动挡墙和固定挡墙与试验箱体两侧壁的缝隙之间设置有密封层。

箱型框架上开设有用于将固定挡墙固定在不同位置的螺纹孔，试验箱体两侧壁的刚性墙体为透明的刚性墙体，且刚性墙体内侧壁涂覆有润滑层。

活动挡墙的下端设置有滑轮。

螺杆上还设置有三角支撑架，具体的，螺杆中部设置有一轴承，轴承固定连接一段圆管，圆管外侧铰接支撑杆的一端，支撑杆的另一端与活动挡墙外侧面可滑动连接，活动挡墙外侧面设置供支撑杆水平滑动的导向装置，支撑杆的滑动端连接有可沿导向装置滑动的滑块。

活动挡墙和固定挡墙的内侧表面开设有用于安装压力盒9的第一凹槽，以及用于设置压力盒线缆的第二凹槽。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：通过螺杆向活动挡墙施加压力，实现模拟活动挡墙在不同位移模式下的土体破坏模式和挡墙土压力；对土体的压力易于控制，且压力变化范围大，能模拟有限填土挡墙在不同位移模式下的自然应力状态，即试验时的土体应力状态与实际工程土体的状态想同；在挡墙上布置若干土压力检测装置，能实时量测有限填土的土压力，装置构造简单，操作方便。

进一步的，用把手驱动螺杆，操作方便，易于控制，设置两副螺杆能方便地实现活动挡墙上下同时推进，锁紧螺母防止螺杆松动，便于稳定试验压力。

进一步的，压力盒设置在第一凹槽内，避免挡墙内侧表面不平整而出现应力集中。

进一步的，位移检测装置为百分表，百分表测头可在一定角度内转动，能适应不同方向的测量，结构紧凑，测量精确。

进一步的，活动挡墙的下端设置有滑轮，减小活动挡墙与底板之间的摩擦力。

进一步的，箱型框架上开设用于固定安装固定挡墙的螺纹孔，便于调节固定挡墙的位置来改变试验箱体的大小，模拟不同工程条件的土体。

进一步的，活动挡墙与螺杆从动端之间采用球头球窝的连接方式使得螺杆的压力均匀地施加在活动挡墙上，而且活动挡墙受压发生变形时，球头在球窝中做相应的旋转，而螺杆不会产生弯曲，有利于压力的传导。

进一步的，试验箱体侧壁内表面涂覆润滑层，减小侧壁与土体之间的摩擦力，降低侧壁对试验应力的影响。

进一步的，固定挡墙内侧面设置用于粘附试验土样的粘层，固定挡墙内侧面能粘附一层试验用土，保证固定挡墙表面的粗糙度。

进一步的，挡墙与试验箱体侧壁的缝隙间设置有密封层，确保试验过程中试验土样不会漏出，避免压力缝隙卸压。

附图说明

图1为本实用新型模型箱的整体结构示意图。

图2为本实用新型活动挡墙内侧压力盒布置示意图。

图3为本实用新型模型箱的挡墙运动控制装置俯视图。

图4为活动挡墙下部滑轮图。

图5～9为不同挡墙位移模式图。

附图标记说明：1-把手；2-螺杆；3-三角支撑架；4-轴承；5-槽钢；6-活动挡墙；7-百分表；8-螺纹孔；9-压力盒；10-固定挡墙；11-透明钢化玻璃；12-试验箱体；13-滑轮；14-活动套；15-球头；16-垫板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

如图1和图2所示，本实用新型提供一种测量不同位移模式下有限填土挡土墙压力的装置，包括试验箱体12和箱型框架，试验箱体12包括活动挡墙6和固定挡墙10，活动挡墙6外侧上部和下部均连接有螺杆2，活动挡墙6的上端和下端还设置有用于检测其移动量的百分表7，与活动挡墙6相对一侧设置有固定挡墙，试验箱体12两侧壁为刚性墙体，刚性墙体与箱型框架固定连接；箱型框架上还设置有用于固定螺杆2的固定板，固定板上开设与螺杆螺纹相匹配的螺纹孔；试验箱体12内侧还设置有压力检测装置。

挡墙运动控制系统：螺杆穿过固定板的螺纹孔，螺杆从动端与活动挡墙6连接，螺杆驱动端设置有把手1，螺杆2包括上部的第一螺杆和下部的第二螺杆，螺杆2与固定板连接处还设置有锁紧螺母，活动挡墙6与螺杆从动端之间采用球头球窝的连接方式，螺杆从动端上设置球头，球窝结构与活动挡墙固定连接；螺杆2的驱动端还连接有用于驱动其转动的驱动装置，本实用新型优选的驱动装置为一把手1，同时，在螺杆中部设置有一轴承，轴承固定连接一段圆管，圆管外侧铰接支撑杆的一端，支撑杆的另一端与活动挡墙6外侧面可滑动连接，活动挡墙6外侧面设置供支撑杆水平滑动的导向装置，支撑杆的滑动端连接有可沿导向装置滑动的滑块，支撑杆安装后形成三角支撑架有助于为活动挡墙6提供稳定支撑，同时有保障活动挡墙倾斜的作用；活动挡墙下部有滑轮13，用于降低挡墙移动时活动挡墙6底部与垫板16之间的摩擦力。

作为本实用新型的另一实施例，螺杆2与固定板连接处还设置有锁紧螺母，螺杆2从动端套上槽钢，然后焊接一个活动球头，再将槽钢5固定在活动挡墙6上，螺杆2与槽钢连接处还设置有一轴承，轴承为螺杆2提供支承，如图3所示。

量测系统：试验过程中将改变两挡墙间距(即改变墙后土体宽度)及变位模式，对挡墙上的土压力进行监测，在两挡墙上不同位置处设置若干微型压力盒9，如图1和图2所示，在活动挡墙6以及固定挡墙10内侧竖直方向上的中线区域设置所需数量压力盒；在活动挡墙6内侧水平方向布置3个压力盒，监测土样与钢化玻璃间的摩擦情况，观测三个水平压力盒的读数是否相差较大，从而保证采用挡墙中线上土压力盒的读数来代表挡墙所受土压力的合理性；为了减少压力盒9对活动挡墙和固定挡墙内侧面平整度的影响，活动挡墙和固定挡墙的内侧表面开设有用于安装压力盒9的第一凹槽，以及用于设置压力盒线缆的第二凹槽，安置完毕后将压力盒9电缆线从凹槽侧边引出；活动挡墙6和固定挡墙10与试验箱体12两侧壁的缝隙之间设置有密封层；箱型框架上开设有用于将固定挡墙10固定在不同位置的螺纹孔8。

本实用新型优选的，试验箱体12：由宽50mm方钢连接而成的箱型框架；框架左侧为活动挡墙6，其移动量由外侧的螺杆2控制，移动量大小由活动挡墙6上下端安装的百分表7测得；框架右侧为固定挡墙10，用螺栓通过螺栓孔固定，通过改变其位置来控制墙后填土的宽度；其中活动挡墙6和固定挡墙10都为透明的刚性挡墙，试验箱体12两侧为厚15mm的透明钢化玻璃，方便观察活动挡墙6移动时土体的破坏模式，水平方向压力盒设置在活动挡墙中部靠上的位置。

本实用新型优选的，活动挡墙从上往下的第二个压力盒9左右对称位置沿水平方向各设置一个压力盒，即水平方向的压力盒。

进行试验操作时，有以下模式：同速率转动第二螺杆，模拟挡墙平动模式(T模式)；控制第一螺杆转动速率为第二螺杆6倍，模拟挡墙绕墙底转动(RB模式)；控制第一螺杆转动速率为第二螺杆3倍，模拟挡墙绕墙底转动(RBT模式)；相反，控制第二螺杆转动速率为第一螺杆6倍，模拟挡墙绕墙顶转动(RT模式)；控制第二螺杆转动速率为第一螺杆3倍，模拟挡墙绕墙顶转动(RTT模式)。

采用本实用新型所述装置测量不同位移模式下有限填土的挡土墙压力通过以下步骤实现：

步骤1，将压力盒9安装在固定挡墙10以及活动挡墙6内侧面的指定位置，引出电缆线，用玻璃胶将孔洞塞实；

步骤2，用固体胶将布置压力盒的固定挡墙内侧面黏满试验土样，保证固定挡墙10表面的粗糙度；

步骤3，将固定挡墙移至设计好的填土宽度距离，通过螺栓将固定挡墙与箱体框架固定；

步骤4，在挡墙与试验箱体12侧壁的缝隙间填充密封层，以确保试验过程中砂土不会漏出；

步骤5，在试验箱体12的侧壁均匀涂覆润滑层，减少土样与侧壁的摩擦；

步骤6，将试验土样移至试验箱体12内，封住试验箱体顶部；

步骤7，调整第一螺杆和第二螺杆控制活动挡墙6的位移，记录此时主动土压力强度沿墙高的分布数值，并记录百分表数值，同时观测土样破坏过程及最终状态；

步骤8，撤去螺栓，移动固定挡墙，将里面的土样移至箱外；

步骤9，重复步骤1～8，开展不同填土宽度和不同位移情况下的土压力试验；步骤9中进行试验操作时，有以下模式：同速率转动第二螺杆，模拟挡墙平动模式(T模式)；控制第一螺杆转动速率为第二螺杆6倍，模拟挡墙绕墙底转动(RB模式)；控制第一螺杆转动速率为第二螺杆3倍，模拟挡墙绕墙底转动(RBT模式)；相反，控制第二螺杆转动速率为第一螺杆6倍，模拟挡墙绕墙顶转动(RT模式)；控制第二螺杆转动速率为第一螺杆3倍，模拟挡墙绕墙顶转动(RTT模式)。

Claims (9)

1.测量不同位移模式下有限填土挡土墙压力的装置，其特征在于，包括试验箱体(12)和箱型框架，试验箱体(12)包括均沿竖直方向设置的活动挡墙(6)和固定挡墙(10)，固定挡墙(10)设置固定在箱型框架上，活动挡墙(6)设置在固定挡墙(10)相对一侧，活动挡墙(6)外侧连接有螺杆(2)，活动挡墙(6)的上端和下端还设置有用于检测其移动量的百分表(7)，试验箱体(12)两侧壁为刚性墙体，刚性墙体与箱型框架固定连接；箱型框架上还设置有用于固定螺杆(2)的固定板，固定板上开设与螺杆螺纹相匹配的螺纹孔；试验箱体(12)内侧还设置有压力检测装置。

2.根据权利要求1所述的测量不同位移模式下有限填土挡土墙压力的装置，其特征在于，螺杆穿过固定板的螺纹孔，螺杆从动端与活动挡墙(6)连接，螺杆驱动端设置有把手(1)，螺杆(2)包括上部的第一螺杆和下部的第二螺杆，螺杆(2)与固定板连接处还设置有锁紧螺母。

3.根据权利要求1所述的测量不同位移模式下有限填土挡土墙压力的装置，其特征在于，活动挡墙(6)与螺杆从动端之间采用球头球窝的连接方式，螺杆从动端上设置球头，球窝结构与活动挡墙(6)固定连接。

4.根据权利要求1所述的测量不同位移模式下有限填土挡土墙压力的装置，其特征在于，压力检测装置包括设置在活动挡墙(6)以及固定挡墙(10)内侧若干压力盒，还包括沿水平方向设置在活动挡墙(6)内侧面的若干压力盒(9)。

5.根据权利要求1所述的测量不同位移模式下有限填土挡土墙压力的装置，其特征在于，活动挡墙(6)和固定挡墙(10)与试验箱体(12)两侧壁的缝隙之间设置有密封层。

6.根据权利要求1所述的测量不同位移模式下有限填土挡土墙压力的装置，其特征在于，箱型框架上开设有用于将固定挡墙(10)固定在不同位置的螺纹孔(8)，试验箱体(12)两侧壁的刚性墙体为透明的刚性墙体，且刚性墙体内侧壁涂覆有润滑层。

7.根据权利要求1所述的测量不同位移模式下有限填土挡土墙压力的装置，其特征在于，活动挡墙(6)的下端设置有滑轮(13)。

8.根据权利要求1所述的测量不同位移模式下有限填土挡土墙压力的装置，其特征在于，螺杆(2)上还设置有三角支撑架，具体的，螺杆(2)中部设置有一轴承，轴承固定连接一段圆管，圆管外侧铰接支撑杆的一端，支撑杆的另一端与活动挡墙(6)外侧面可滑动连接，活动挡墙(6)外侧面设置供支撑杆水平滑动的导向装置，支撑杆的滑动端连接有可沿导向装置滑动的滑块。

9.根据权利要求1所述的测量不同位移模式下有限填土挡土墙压力的装置，其特征在于，活动挡墙(6)和固定挡墙(10)的内侧表面开设有用于安装压力盒（9）的第一凹槽，以及用于设置压力盒线缆的第二凹槽。