CN210136137U - 一种土压力测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种土压力测试装置，包括反力架和装土箱，反力架包括设置有支座的底座，装土箱固定在底座上；装土箱顶部敞口，其底板包括固定板和活动板，底座上正对活动板的位置开设有通孔，通孔处设置有第一千斤顶，第一千斤顶与活动板固定连接；装土箱内部靠近活动板的一侧设置有挡土墙，挡土墙倾斜设置，并将装土箱分隔成装土区和位移区两部分，挡土墙位于装土区的一侧设置有若干压力传感器，另一侧设置有位移测量系统；反力架上端设置有承力架，承力架上设置有第二千斤顶，第二千斤顶上固定连接有承压板，承压板的大小与装土区的大小相当。采用该结构的测试装置，可实现对路堤拓宽等工程进行精确的理论指导的目的。
Description
技术领域
本实用新型属于实验器材技术领域，具体涉及一种土压力测试装置。
背景技术
自改革开放以来，我国的高速公路建设发展迅猛，截止2013年12月，我国的高速公路总里程数已高居世界第一。在我国高速公路建设的前期，由于受到国民经济、技术水平的限制及思想观念，我国的大部分高速公路均为双向两车道，近年来，随着我国经济持续高速发展，伴随着交通量也急剧增长，部分区域的双向两车道高速公路已经无法满足急剧增长的交通量，部分高速公路急需扩大道路以满足通行能力。在我国的高速公路改扩建工程中，通常采用的施工方案为在拓宽路堤外沿砌筑挡土墙，通过挡土墙的对新填路堤的侧向约束以提高拓宽路堤的稳定性。
路堤挡土墙在高速公路拓宽工程建设中应用十分广泛，但对于挡土墙的墙背土压力的分布规律一直缺乏深入细致的研究，现阶段对于公路拓宽工程的研究，主要集中在未修建挡土墙的情况下，新老路堤差异沉降方面的研究。在我国，对于扩宽路堤挡土墙没有相应的规范，也没有成熟的经验作为参考，由于工程条件的限制，墙后填土的夯实质量难易得到有效保证。现阶段在拓宽公路路堤挡土墙的研究中，缺乏对挡土墙与墙后填土土压力之间分布规律的研究，以及新老路堤在差异沉降和不同荷载作用下墙后填土沿挡土墙方向的压力变化规律。根据以往的研究表明，挡土墙在不同的变位模式下，其挡土墙墙后压力的变化规律不同，虽然有研究者对土压力进行了大量研究，但是没有一种精确的实验装置对相关理论进行验证，所推算出的数据与实际数据相差较大，不能对路堤的拓宽等工程进行精确的理论指导，严重影响施工进程。
实用新型内容
针对上述现有技术，本实用新型提供一种土压力测试装置，与挡土墙土压力的理论模型相配合，以模拟实际过程中土方对挡土墙的挤压，实现对路堤拓宽等工程进行精确的理论指导的目的。
为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：提供一种土压力测试装置，本实用新型中的测试装置包括反力架和装土箱，反力架包括底座，底座底部设置有支座，装土箱固定在底座上；装土箱顶部敞口，装土箱的底板包括固定板和活动板，反力架的底座上正对活动板的位置开设有通孔，通孔处设置有第一千斤顶，第一千斤顶与活动板固定连接，活动板在第一千斤顶的带动下可以上下移动；装土箱内部靠近活动板的一侧设置有挡土墙，挡土墙倾斜设置，并将装土箱分隔成装土区和位移区两部分，挡土墙位于装土区的一侧设置有若干压力传感器，另一侧设置有位移测量系统；反力架上端设置有承力架，承力架上设置有第二千斤顶，第二千斤顶上固定连接有承压板，承压板的大小与装土区的大小相当。
在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
进一步，位移测量系统包括螺杆、栓套和百分表；栓套包括轴承座和旋转轴承，轴承座卡装在装土箱侧壁上的通孔中，旋转轴承活动安转在轴承座内，并且旋转轴承的内腔上设置有内螺纹，百分表穿过轴承座的壳体与旋转轴承相接触；螺杆一端铰接于挡土墙上，另一端从旋转轴承内穿过。
进一步，位移测量系统设置有三套，呈品字形分布于挡土墙上。
进一步，承压板包括老路堤承压板和新路堤承压板，第二千斤顶设置有两个，分别与老路堤承压板和新路堤承压板相连接。
进一步，装土箱的长度方向一侧侧壁为透明玻璃，透明玻璃上划刻有网格线。
进一步，装土箱的长度方向两侧焊接有槽钢。
进一步，装土箱的尺寸为1.5m×0.5m×0.5m。
进一步，挡土墙的坡度为400％。
进一步，压力传感器设置有两列，每列包含5个压力传感器。
本实用新型的有益效果是：采用本实用新型中的装置，可对不同的工况进行精确模拟，并能有效保证实验与现场情况的一致性，为现场施工提供了精确的理论指导，可大幅度提高工程施工效率，并能大大提升工程质量。
附图说明
图1为本实用新型的主视图；
图2为位移测量系统的剖视图；
图3为差异沉降0mm时土压力变化规律；
图4为差异沉降3mm时土压力变化规律；
图5为差异沉降6mm时土压力变化规律；
图6为差异沉降下合力大小及其作用点曲线图；
图7为荷载5.249kPa时土压力变化规律；
图8为荷载10.248kPa时土压力变化规律；
图9为荷载15.247kPa时土压力变化规律；
图10为不同荷载下合力大小及其作用点曲线图；
其中，1、反力架；11、底座；12、支座；13、承力架；14、第二千斤顶；15、承压板；2、装土箱；21、活动板；22、固定板；23、第一千斤顶；24、挡土墙；25、位移测量系统；251、螺杆；252、轴承座；253、旋转轴承；254、百分表；26、压力传感器；27、槽钢。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。
本实用新型的实施例中，如图1～2所示，提供一种土压力测试装置，本实用新型中的土压力测试装置包括反力架1和装土箱2。其中，反力架1包括底座11和四根撑杆，底座11和撑杆均为生铁制件或刚制件，四根撑杆分别固定在底座11的四个角上，并且在底座11的底部设置有支座12，为了避免在实验过程中测试装置产生震动，可以在支座12上设置减震装置，如减震弹簧等；本实用新型将底座11的尺寸设置为1.5m×0.5m，而且根据具体的实验要求与现场实验条件，可以对底座11的尺寸进行调整。装土箱2采用钢板围合而成，并采用焊接等方式固定在底座11上；装土箱2高0.5m，顶部敞口，底板尺寸与底座11 的尺寸相当，而且装土箱2的底板包括固定板22和活动板21，活动板21的宽度约占整个底板的14；反力架1的底座11上正对活动板21的位置开设有通孔，底座11下方靠近通孔处设置有第一千斤顶23，第一千斤顶23的顶杆与活动板 21固定连接，活动板21在第一千斤顶23的带动下可以上下移动。
如图1所示，装土箱2内部靠近活动板21的一侧设置有挡土墙24，为了保证挡土墙24有足够的刚度，避免挡土墙在填土的压力作用下发生变形，挡土墙 24采用20mm厚的钢板制作而成，其垂直高度为0.4m，宽度为0.5m；并且为了与现场情况一致，挡土墙24的钢板具有为1：0.25的斜坡(坡度为400％)。挡土墙24底端靠近活动板21，挡土墙24将装土箱2分隔成装土区和位移区两部分，在图1中，挡土墙24左侧为位移区，右侧为装土区；挡土墙24位于装土区的一侧设置有若干压力传感器26，另一侧设置有位移测量系统25，为了精确测量土方对挡土墙24的压力，本实用新型中压力传感器26设置有两列，每列包含5个压力传感器，压力传感器26可以采用CM-1A-20型数字静态应变仪等。如图2所示，本实用新型中位移测量系统25包括螺杆251、栓套和百分表254；栓套包括轴承座252和旋转轴承253，轴承座252固定卡装在装土箱2侧壁上的通孔中，旋转轴承253活动安转在轴承座252内，并且旋转轴承253的内腔上设置有内螺纹，百分表254穿过轴承座252的壳体与旋转轴承253相接触；螺杆251的杆体上设置有与旋转轴承253的内腔上的内螺纹向配合的外螺纹，其一端铰接于挡土墙24上，另一端从旋转轴承253内穿过。当挡土墙24受土方的压力向位移区移动时，螺杆251随挡土墙24一起向左移动，由于旋转轴承253 固定在轴承座252内，在螺杆251移动时，旋转轴承253只能在轴承座252内旋转，而且百分表254与旋转轴承253接触，可以对旋转轴承253的旋转量进行精确测量，从而间接测量挡土墙24的位移变化量。
在本实用新型的一种优选实施例中，为了避免挡土墙24的倾斜程度发生变化，并且更加精确测定挡土墙24的位移变化量，位移测量系统25设置有三套，并且这三套位移测量系统25呈品字形分布于所述挡土墙24上。
如图1所示，反力架1上端设置有承力架13，承力架13上设置有第二千斤顶14，第二千斤顶14的顶杆朝下，并且顶杆上固定连接有承压板15，承压板 15的大小与装土区的大小相当。由于装土区所填装的土方要模拟新老路堤，为了更加准确的对实际情况进行模拟，本实用新型中将承压板15分隔成两块，分别为老路堤承压板和新路堤承压板，其中，新路堤承压板与活动板21大小相当，并正对活动板21；与之对应的，第二千斤顶14设置有两个，分别与老路堤承压板和新路堤承压板相连接。
在本实用新型的一种优选实施例中，为了方便在试验过程中观测装土箱2 中试验土体的变化，装土箱2长度方向一侧采用透明有机玻璃板，并在有机玻璃板上刻画网格线，以便于观测土体位移变化。另外，为了防止装土箱2在试验过程中产生变形影响实验结果，在装土箱2长度方向两侧焊接槽钢以限制装土箱2的变形；同时，在装土箱2内部涂抹适量硅油，以减少装土箱2内壁与土体之间的摩擦，提高试验的准确性。
本实用新型中的土压力测试装置在使用时所用到的试验土样均取自现场，放入烘箱中进行烘干，12小时后取出，待土样冷却后对其进行筛分试验。对砂土的粒径级配进行测量。通过粒径级配试验，计算d10＝0.251，d30＝0.369， d60＝0.646，不均匀系数Cu＝2.577，砂土颗粒较为均匀。试验土样采用图1中的方式进行填筑，其中，a为新路堤，b为老路堤，土方填筑时采用分层填筑，每层填筑高度不超过5cm，通过手持夯实机对试样土样进行夯实整平，填筑完成的模型静置一天后即开始试验。
为了研究仰斜式挡土墙24在T模式下受墙后填土不同荷载和差异沉降下土压力变化规律，试验条件为：在新老路堤表面各施加5.249kPa、10.248kPa和 15.247kPa外加荷载，即压力传感器26读数为2MPa、4Mpa、6MPa，活动板21 分别下沉0、3mm、6mm模拟新老路堤的差异沉降，通过控制挡土墙24底板水平位移量的大小来观测墙背土压力的变化。为了研究挡土墙24在平移不同位移量和新老路堤在不同沉降量条件下挡土墙墙背土压力的变化规律，在墙后填土顶部施加10.248kPa荷载，新老填土差异沉降量为0、3mm、6mm时，挡土墙水平位移量为0、1、2、3、4、5、6、7、8cm下，挡土墙墙背土压力沿挡土墙墙高的变化规律见图3～图5。从图中可以看出，墙背土压力沿墙高呈先增大后减小的非线性分布，随着挡土墙水平位移的增加，土压力变化量呈降低趋势。在挡土墙水平位移量一定的条件下，随着差异沉降量的增大，其挡土墙墙背土压力呈增大趋势，最大土压力出现在距离墙顶大约11cm处，且最大土压力的位置不随转动位移量的增加和差异沉降量的增加而发生变化。
图6为新老路堤在差异沉降量下合力大小及合力位置的变化曲线图，从图中可以看出，随着新老路堤差异沉降量的增大，挡土墙24墙背土压力呈增大趋势，通过对曲线进行拟合，差异沉降量与合力呈二次曲线关系，拟合函数为 y＝-0.0128x2-0.0417x+23.99，新老路堤差异沉降量从0mm增大到6mm时，合力约增长了17.38％。合力作用点距离墙底的高度随着新老路堤差异沉降量的增大呈减小趋势，拟合函数为：y＝-0.0128x2-0.0417x+23.99。
为了研究新老路堤填土表面在不同荷载大小作用下其挡土墙24墙背压力的分布规律，为了避免挡土墙24墙后土体因新老路堤不均匀沉降造成墙背土压力的变化，试验过程中，保证新老填土的差异沉降量为0mm，在新老路堤填土表面施加相同的荷载，荷载大小为5.249kPa、10.248kPa和15.247kPa三种情况，挡土墙24水平位移量为0、1、2、3、4、5、6、7、8cm下，挡土墙24墙背土压力沿挡土墙墙高的变化规律见图7～图9。从图中可以看出，在新老路堤无差异沉降条件下，土压力沿墙高呈先增大后减小的非线性分布，随着顶部施加荷载的增加，土压力呈增大趋势，当顶部荷载一定时，随着挡土墙水平位移量的增加，土压力呈降低趋势，当挡土墙水平位移量较小时，土压力降低速率较快，随着水平位移量的的增大，土压力减小速率变缓，最终趋向稳定，当挡土墙水平位移量为7mm和8mm时，墙背土压力基本无变化。
图10为不同荷载下合力大小及其作用点变化曲线图，从图中可以看出，随着顶部施加荷载的增加，挡土墙墙背土压力呈增大趋势，其拟合公式为： y＝-0.00392x2+0.189x+0.173，合力作用点距墙底的高度随外加荷载的增大呈增加趋势，拟合公式为：y＝-0.0104x2+0.3793x+19.1958。
虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。
Claims (9)
1.一种土压力测试装置，其特征在于：包括反力架(1)和装土箱(2)，所述反力架(1)包括底座(11)，所述底座(11)底部设置有支座(12)，所述装土箱(2)固定在所述底座(11)上；所述装土箱(2)顶部敞口，装土箱(2)的底板包括固定板(22)和活动板(21)，所述反力架(1)的底座(11)上正对所述活动板(21)的位置开设有通孔，所述通孔处设置有第一千斤顶(23)，所述第一千斤顶(23)与所述活动板(21)固定连接，活动板(21)在第一千斤顶(23)的带动下进行上下移动；所述装土箱(2)内部靠近所述活动板(21)的一侧设置有挡土墙(24)，所述挡土墙(24)倾斜设置，并将所述装土箱(2)分隔成装土区和位移区两部分，所述挡土墙(24)位于装土区的一侧设置有若干压力传感器(26)，另一侧设置有位移测量系统(25)；所述反力架(1)上端设置有承力架(13)，所述承力架(13)上设置有第二千斤顶(14)，所述第二千斤顶(14)上固定连接有承压板(15)，所述承压板(15)的大小与所述装土区的大小相当。
2.根据权利要求1所述的土压力测试装置，其特征在于：所述位移测量系统(25)包括螺杆(251)、栓套和百分表(254)；所述栓套包括轴承座(252)和旋转轴承(253)，所述轴承座(252)卡装在所述装土箱(2)侧壁上的通孔中，所述旋转轴承(253)活动安转在所述轴承座(252)内，并且旋转轴承(253)的内腔上设置有内螺纹，所述百分表(254)穿过所述轴承座(252)的壳体与所述旋转轴承(253)相接触；所述螺杆(251)一端铰接于所述挡土墙(24)上，另一端从旋转轴承(253)内穿过。
3.根据权利要求2所述的土压力测试装置，其特征在于：所述位移测量系统(25)设置有三套，呈品字形分布于所述挡土墙(24)上。
4.根据权利要求1所述的土压力测试装置，其特征在于：所述承压板(15)包括老路堤承压板和新路堤承压板，所述第二千斤顶(14)设置有两个，分别与老路堤承压板和新路堤承压板相连接。
5.根据权利要求1所述的土压力测试装置，其特征在于：所述装土箱(2)的长度方向一侧侧壁为透明玻璃，所述透明玻璃上划刻有网格线。
6.根据权利要求1或5所述的土压力测试装置，其特征在于：所述装土箱(2)的长度方向两侧焊接有槽钢(27)。
7.根据权利要求1或5所述的土压力测试装置，其特征在于：所述装土箱(2)的尺寸为1.5m×0.5m×0.5m。
8.根据权利要求1所述的土压力测试装置，其特征在于：所述挡土墙(24)的坡度为400％。
9.根据权利要求1所述的土压力测试装置，其特征在于：所述压力传感器(26)设置有两列，每列包含5个压力传感器。
Priority Applications (1)
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| CN201921057291.2U CN210136137U (zh) | 2019-07-08 | 2019-07-08 | 一种土压力测试装置 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110186766A (zh) * | 2019-07-08 | 2019-08-30 | 青海民族大学 | 一种土压力测试装置 |
| CN113295499A (zh) * | 2021-06-03 | 2021-08-24 | 山东农业大学 | 一种地质力学模型试验倾斜裂隙的制作装置、系统及方法 |
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2019
- 2019-07-08 CN CN201921057291.2U patent/CN210136137U/zh active Active
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| CN110186766A (zh) * | 2019-07-08 | 2019-08-30 | 青海民族大学 | 一种土压力测试装置 |
| CN113295499A (zh) * | 2021-06-03 | 2021-08-24 | 山东农业大学 | 一种地质力学模型试验倾斜裂隙的制作装置、系统及方法 |
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