CN212340883U - 一种包砖城墙锚固体系拟静力试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种包砖城墙锚固体系拟静力试验装置，包括在岩土箱中固定的城墙夯土试样，刚性传力板设于城墙夯土试样一侧，岩土箱外侧设有与刚性传力板连接的反力架，反力架通过水平加载机构连接锚杆连接机构至刚性传力板，刚性传力板上连接有若干个锚固于城墙夯土试样中的均匀分布的锚杆；数据处理系统将数据采集系统采集的城墙锚杆与城墙夯土试样的拟静力试验数据进行处理后得到包砖城墙锚固体系拟静力试验结果。通过上部和下部作动器的差异化位移加载等效模拟水平地震作用下包砖墙体相对内部夯土的刚性转动、平移及复合位移趋势，实现考虑加速度放大效应与锚杆位置差异的包砖城墙锚固体系地震动力响应测试。

Description

一种包砖城墙锚固体系拟静力试验装置

技术领域

本实用新型涉及包砖城墙遗址锚固技术领域，特别涉及一种包砖城墙锚固体系拟静力试验装置，用于测试锚固后包砖城墙在水平地震作用下不同部位锚杆的动力响应差异与城墙变形破坏规律。

背景技术

包砖城墙作为我国规模宏伟、存量巨大且分布广泛的典型历史建筑遗迹，凝聚着古人高超的建筑理念和精湛的筑造技艺，是我国璀璨历史文明和文化根脉之影映，具有极高的科学意义和社会价值。包砖城墙主要由内部夯土和外部包砖组成，由于其在古代多用于军事防御功能，所以通常体型高大，而其内部夯土与外部包砖材料的强度、刚度差异较大，砌筑时间也不尽相同，二者在水平地震作用下的变形与位移难以协调，易造成包砖墙体产生相对内部夯土的位移，进而导致沿两类材料界面出现纵向裂隙等病害，直至局部或整体坍塌破坏。

针对此问题，文物保护工作者依据“安全第一、最小干预、不改变原貌”的加固原则，逐渐达成了采用“锚固”技术来隐蔽地增强城墙遗址稳定性的共识，即在遗址表面钻孔并植入锚杆，并在孔内注入锚固浆体将锚杆与遗址本体粘接，从而起到拉结危险体与稳定体的作用，避免遗址的进一步失稳破坏。

要实现对包砖城墙的科学合理锚固，在保证遗址安全的前提下尽量减小锚固施工对遗址的损坏，首先要了解地震作用下锚杆与包砖城墙的相互作用机理，明确各锚杆的锚固界面应力分布与演化规律，确定锚固系统失效模式与遗址损伤破坏规律，进而为锚固方案设计提供参考。因此，开展包砖城墙锚固体系拟静力试验能够为实际锚固工程方案制定提供理论依据和数据支撑，对我国珍贵包砖城墙遗址的合理保护和长远传承具有重要意义。

现有的锚固系统试验存在的问题：

(1)单锚杆拉拔试验方面

现有的单锚杆锚固系统拉拔试验主要采用轴向单点拉拔加载方法，通过岩土箱内夯土试样等效模拟真实夯土体，或直接在土质边坡进行现场加载试验，获得加载过程中锚固界面的应力分布与传递情况，评估其极限承载力与临界锚固长度，进而指导锚固方案设计。

上述方法虽能对单根锚杆的受力过程进行准确量测，但已有研究表明，实际锚固工程一般由多根锚杆共同承担外部荷载，不同锚杆布设形式、布设间距等参数均会显著影响单根锚杆的锚固效率(即：群锚效应)，因此上述方法无法全面反应包砖城墙不同位置处锚杆的受力差异。

(2)多锚杆群锚效应试验方面

为明确群锚效应对多根锚杆锚固效率与受力机理的影响，相关学者开发了多种类型的群锚拉拔试验装置。此类试验系统与单锚杆拉拔试验系统的主要区别在于：拉拔加载装置与锚杆间增设了多孔加载板，并将多根锚杆按照不同布设形式(三角形、四边形、梅花形等)与布设间距固定于多孔加载板上，通过拉拔加载使得多孔加载版与锚杆发生同步位移，从而实现同时对多根锚杆应力分布与传递过程的准确量测。

上述方法虽能测试多根锚杆在同步拉拔荷载作用下的应力状态和演化机制，且能对单锚与群锚的锚固效率进行对比分析，但大量实践表明，实际工程中由于城墙或岩土边坡体型高大，在地震作用下存在显著的地震放大效应，包砖墙体在不同高度处的位移、加速度等动力响应存在显著差异，使得不同高度处锚杆所承担的轴向荷载也不尽相同。因此，上述同步加载的群锚效应试验方法对局部位置相近锚杆的锚固性能测试较为适用，但无法考虑真实地震作用下城墙等高大建筑中不同位置锚杆所受到的轴向荷载差异，导致其测试结果与实际情况存在一定差异。

(3)锚固体系模型振动台试验

锚固体系模型振动台试验是目前能够最为全面、真实地反应加锚遗址地震动力特性的试验方法。该方法主要通过在锚固后岩土体的缩尺模型底部人工施加地震激励(即：振动台加载)来等效模拟结构的真实地震响应情况，能够全面分析夯土体的变形、开裂过程及相应破坏模式等，准确监测不同部位锚杆的应力、应变、滑移量的分布与演化规律，实现锚固系统与夯土体破坏间的关联分析。

上述测试方法虽然最接近实际工程情况，但由于其模型试样制作与试验费用高昂，且振动台试验对加载条件要求较高，需在高水平专业实验室进行，因此目前主要用于少数重大工程项目研究领域，难以在普通工程项目中大规模推广应用。

综上所述，现有试验方法难以在较低试验费用下实现对包砖城墙遗址锚固体系地震动力响应规律的准确量测，因此，急需开发一种能够同时考虑地震作用放大效应与群锚效应的包砖城墙遗址锚固体系拟静力试验装置，对深入理解锚杆-城墙相互作用机理，进而制定科学合理的包砖城墙遗址的锚固设计方案具有重要意义。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种解决传统试验方法在包砖城墙遗址锚杆锚固性能测试中无法全面考虑群锚效应、地震加速度放大效应以及试验费用过高等缺陷，将提供一种适用于包砖城墙遗址锚固体系地震动力响应测试的拟静力试验装置。

本实用新型是通过下述技术方案来实现的。

一种包砖城墙锚固体系拟静力试验装置，包括反力架、水平加载机构、岩土箱、台座、刚性传力板、锚杆连接机构、数据采集系统和数据处理系统；

所述岩土箱中固定有城墙夯土试样，刚性传力板设于城墙夯土试样一侧，岩土箱外侧设有与刚性传力板连接的反力架，反力架通过水平加载机构连接锚杆连接机构至刚性传力板，刚性传力板上连接有若干个贯穿于城墙夯土试样中的均匀分布的锚杆；所述数据处理系统将数据采集系统采集的城墙锚杆与城墙夯土试样拟静力试验数据进行处理后得到包砖城墙锚固体系拟静力试验结果。

对于上述技术方案，本实用新型还有进一步优选的方案：

优选的，所述反力架包括固定于台座上的钢柱和固定于钢柱上的若干排钢梁；所述水平加载机构包括上部和下部两个作动器，其基座与反力架的钢梁连接，两个作动器的伸缩杆与刚性传力板铰接。

优选的，所述锚杆连接机构包括限位钢板、竖向滑动轮、铰接管槽和T型连接件，所述限位钢板位于刚性传力板靠近反力架一侧，铰接管槽固定于限位钢板上，竖向滑动轮设在限位钢板与刚性传力板之间，T型连接件前端与铰接管槽中的滚轴铰接，另一端穿过刚性传力板上开设的纵向滑动槽与锚杆端部连接。

优选的，所述刚性传力板上开设的若干个竖向滑动槽之间设有连接两个作动器的横向加劲肋，两个作动器的伸缩臂端与刚性传力板铰接。

优选的，在岩土箱前后两侧设有透明钢化玻璃观测窗，底部设有固定城墙夯土试样的钢槽以及固定刚性传力板和限位钢板的限位导向支座。

优选的，所述限位导向支座，其截面形状可为“凸”字形或“L”形，在靠近城墙夯土试样一侧的台面上设有多道导向槽，刚性传力板和限位钢板底端的滚轮均置于导向槽内。

优选的，所述固定城墙夯土试样的钢槽内铺设有卵石，或设置有锚钉；岩土箱侧壁均匀涂刷有透明油脂。

优选的，所述数据采集系统包括粘贴于锚杆表面上的应变片、布置于城墙夯土试样顶面的位移计和布置于岩土箱观测窗外的粒子图像测速系统；

所述粒子图像测速系统包括CCD相机、高强光源及图像处理系统组成，CCD相机设置于岩土箱侧壁透明观测窗外，高强光源布置于CCD相机两侧。

优选的，所述数据采集系统的应变片沿锚杆轴向均匀布设于锚杆的外表面，或在临近加载端一侧加密布置。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：

(1)能够模拟锚杆在包砖城墙内的真实布设形式，使锚杆与包砖城墙的几何比例关系和相互位置关系更为接近实际。

(2)能够基于包砖墙体的刚性位移假定，通过上、下部作动器的非一致激励施加循环往复荷载来考虑地震加速度放大效应，通过对所有锚杆的同步但不等量加载来研究多根锚杆间的相互影响(群锚效应)。

(3)能够基于PIV技术对包砖城墙的变形、开裂、破坏等情况进行全过程、全截面、无干扰的高精度追踪量测，结合锚固界面剪应变监测结果和城墙夯土顶部位移监测结果，可对锚固系统破坏模式与城墙破坏模式进行关联分析。

(4)占地面积小，能够重复使用，且装置造价与试验费用均较为低廉。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的不当限定，在附图中：

图1是本实用新型城墙夯土试样安装后的锚固体系拟静力试验装置立面剖视图；

图2是本实用新型所述的包砖城墙锚固体系拟静力试验装置的俯视图；

图3是本实用新型所述的刚性传力板平面示意图；

图4是本实用新型所述的刚性传力板侧面示意图；

图5是本实用新型所述的限位钢板平面示意图；

图6是本实用新型所述的限位钢板侧面示意图；

图7是本实用新型所述的锚杆连接机构三维示意图；

图8是本实用新型所述的T型连接件与锚杆、套筒的连接示意图；

图9是本实用新型所述的“凸”形截面限位导向支座三维示意图；

图10是本实用新型所述的“L”形截面限位导向支座三维示意图；

图11是本实用新型所述的锚固界面应变片均匀布置方案示意图；

图12是本实用新型所述的锚固界面应变片加载端加密布置方案示意图；

图13是本实用新型所述的上部作动器位移加载方案示意图。

图中：1.反力架，101.钢柱，102.钢梁，2.水平加载机构，201.上部作动器，202.下部作动器，3.岩土箱，301.钢槽，302.限位导向支座，302-1.导向槽，303.透明观测窗，4.台座，5.刚性传力板，501.竖向滑动槽，502.铰接孔，503.加劲肋，504.刚性传力板滚轮，6.限位钢板，601.作动器穿孔，602.限位钢板滚轮，7.锚杆连接机构，701.铰接管槽，702.竖向滑动轮，703.T型连接件，704.套管，8.锚杆，9.城墙夯土试样，901.锚固浆体，902，夯土体，10.CCD相机，11.高强光源，12.位移计，13.应变片。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，在此本实用新型的示意性实施例以及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

如图1、图2所示，本实用新型包砖城墙锚固体系的拟静力试验装置，包括反力架1、水平加载机构2、岩土箱3、台座4、刚性传力板5、限位钢板6、锚杆连接机构7、位移计12、数据采集系统和数据处理系统。岩土箱3内固定有城墙夯土试样9，刚性传力板5设于城墙夯土试样9一侧，岩土箱3外侧设有与刚性传力板5连接的反力架1，反力架1通过水平加载机构2连接限位钢板6至刚性传力板5，刚性传力板5上连接有若干个贯穿于城墙夯土试样9中的均匀分布的锚杆8。粒子图像测速系统设于岩土箱3外侧，位移计12设于城墙夯土试样9上部，位移计12沿城墙夯土试样9的顶部均匀布设。位移计可固定于岩土箱侧壁上，也可固定于岩土箱顶部附设的横梁上，其电刷等触点紧贴于城墙夯土试样的顶面，用来监测加载过程中城墙海墁的沉降或隆起变形。

数据采集系统将采集城墙锚杆8和城墙夯土试样9的拟静力试验数据传输至数据处理系统，数据处理系统将数据采集系统采集的城墙锚杆8和城墙夯土试样9的拟静力试验数据进行运算处理后得到包砖城墙锚固体系拟静力试验结果。

参阅图1，反力架1由钢柱101和钢梁102纵横搭接固定组成，其中钢柱101底部和岩土箱3共同固定于台座4上，钢柱101截面可为方形或工字型型钢，单排需布置两根以上，且横向间距不大于1.5m，钢梁102可为工字型型钢或C型槽钢，与钢柱101螺栓连接。

参阅图1，在相邻两钢梁之间设有水平加载机构2，相邻两钢梁净距应大于作动器的基座高度，水平加载机构2包括上部作动器201和下部作动器202，基座与反力架1的钢梁102连接，两个作动器的伸缩杆与刚性传力板5铰接。两作动器的纵向间距应大于城墙夯土试样9总高度的1/3，水平加载机构的下部作动器需位于上部作动器的竖向投影平面内，作动器可由电伺服或液压伺服提供动力，其加载能力均不小于100kN，最大加载位移均不小于100mm。

参阅图1和图2，岩土箱3内安装有固定城墙夯土试样的钢槽301，以及固定刚性传力板5和限位钢板6的限位导向支座302，在岩土箱3侧壁上设有透明观测窗303。其中，钢槽301固定在岩土箱3底部，除岩土箱3加载端一侧钢槽301的其余三个边紧贴岩土箱侧壁，其平面尺寸与城墙夯土试样底部相近，钢槽301内通过铺设卵石、设置锚钉等方式增加摩阻力，限制城墙夯土试样9与钢槽301的相对位移。岩土箱侧壁均匀涂刷有透明油脂，以降低城墙夯土试样与岩土箱侧壁的摩擦阻力。限位导向支座302固定在岩土箱3底面，且位于岩土箱3内刚性传力板5和限位钢板6的底部，其截面形状可为“凸”字形或“L”形，宽度略小于岩土箱宽度，在靠近城墙夯土试样一侧的限位导向支座302台面上设有多道导向槽302-1，刚性传力板5的刚性传力板滚轮504和限位钢板6的底部限位钢板滚轮602置于导向槽302-1内；岩土箱3的前后两侧安装有由高强透明钢化玻璃制成的透明观测窗303，其可视范围应覆盖城墙夯土试样9的整个侧面。

参阅图1和图2，各部分的连接关系为：钢柱101和岩土箱3均固定于台座4上，若干钢梁102通过螺栓垂直固定连接在钢柱101上，上部作动器201与下部作动器202的基座端通过应力扩散板采用螺栓固定于钢梁102上，可根据试样尺寸与试验目的，通过调整螺栓固定点位来改变作动器的加载位置；另一端的伸缩臂穿过岩土箱3侧壁预留孔洞和限位钢板6的预留作动器穿孔601与刚性传力板5的铰接孔502连接，刚性传力板5的刚性传力板滚轮504与限位钢板6的限位钢板滚轮602均置于限位导向支座302平台上的导向槽302-1内，刚性传力板5与限位钢板6之间设多个竖向滑动轮702，通过锚杆连接结构7将刚性传力板5和锚杆8连接。城墙夯土试样9固定于钢槽301内的卵石层上，且在其外立面不同部位等间距安装锚杆8，锚杆外表面粘贴应变片13，岩土箱3的侧壁或顶部横梁上均匀布置5个竖向位移传感器12，其触点紧贴于城墙夯土试样9的顶面。岩土箱透明观测窗外部30～150cm处设置粒子图像测速系统(即：PIV系统)，包括CCD相机10、高强光源11和图像处理系统，其中CCD相机10在试样外立面附近竖向不同高度处共布置两台，主要拍摄范围为城墙夯土试样的外立面附近，根据试样的尺寸大小，可选择设置多个相机以保证量测精度；高强光源11设置在CCD相机10的两侧，照射范围与拍摄范围相同。在试样制作完成后，需在其侧面(透明观测窗相应区域)均匀喷涂荧光光斑作为示踪颗粒，保证PIV系统量测过程中颗粒像素位移的可对比性。

如图3、图4所示，刚性传力板5由5～10cm厚的高强钢板制成，保证其具有足够的平面内刚度，加载时最大相对变形量小于0.4mm；平面内共设置有6排5列共30个掏空的竖向滑动槽501，其宽度略大于T型连接件703后端杆的直径，长度为10-20cm；刚性传力板5靠近限位钢板6一侧的表面不同高度处固定有两个凸起的铰接孔502和横向加劲肋503，且铰接孔502与横向加劲肋503均需避开竖向滑动槽501；铰接孔502与上部作动器201和下部作动器202的伸缩臂端部铰接；刚性传力板5底部设有6个单向刚性传力板滚轮504，置于限位导向支座302的导向槽302-1内，保证其仅能沿导向槽302-1的方向移动。刚性传力板的平面形态、初始角度均与未加载时城墙夯土体试样的外立面相同，用来模拟包砖墙体相对夯土体的刚性位移。

如图5、图6所示，限位钢板6由3～8cm厚的钢板制成，平面中轴线上与上部作动器201和下部作动器202相应位置设有两个作动器穿孔601，其直径略大于作动器的伸缩臂直径；限位钢板6靠近刚性传力板5一侧的表面固定有多组铰接管槽701，用来与T型连接件703前端铰接；限位钢板6底部设有6个单向限位钢板滚轮602，并置于限位导向支座302的导向槽302-1内，保证其仅能沿导向槽302-1方向滚动。

如图7、图8所示，锚杆8通过套管704连接T型连接件703贯穿刚性传力板5至限位钢板6上。锚杆连接机构7包括限位钢板6、竖向滑动轮702、铰接管槽701和T型连接件703，限位钢板6位于刚性传力板5靠近反力架1一侧，铰接管槽701固定于限位钢板6上，竖向滑动轮702设在限位钢板6与刚性传力板5之间，保证二者间能竖向自由滑动，T型连接件703的前端插入固定于限位钢板6的铰接管槽701内，与铰接管槽701中的滚轴铰接，T型连接件703的后端穿过刚性传力板5的竖向滑动槽501，并将螺纹段旋入套管704的前端，T型连接件703与铰接管槽701连接的前端表面较为光滑，保证其在铰接管槽内转动时的摩擦阻力较小，T型连接件703在加载时能够在竖向滑动槽501内自由移动，同时将锚杆8的前端螺纹段旋入套管704的后端，从而保证锚杆8在加载过程中始终处于轴向受力状态。

如图9所示，在一个实施例中，限位导向支座302横截面为“凸”形，能够提供较大的抗倾覆力矩，避免支座翻转，适用于加载量较大的试样；其靠近试样的平台上设有6道导向槽302-1，导向槽302-1深度大于5mm且小于刚性传力板滚轮504和限位钢板滚轮602的半径，滑动槽长度不小于作动器的最大位移加载量。

如图10所示，在另一个实施例中，限位导向支座302横截面为“L”形，抗倾覆力矩较小，适用于加载量较小的试样，其靠近试样一侧的平台上设有6道导向槽302-1，导向槽302-1深度大于5mm且小于刚性传力板滚轮504和限位钢板滚轮602的半径，滑动槽长度不小于作动器的最大位移加载量。

如图11所示，在一个实施例中，在每个锚杆8与城墙夯土试样9相接处由锚固浆体901将锚杆8和夯土体902粘接，沿锚杆8外表面轴向均匀粘贴有7个应变片13，用来监测加载过程中锚固界面(即：锚杆与锚固浆体交界面)的应力分布与演化规律。

如图12所示，在另一个实施例中，每个锚固系统由锚固浆体901将锚杆8和夯土体902粘接，锚杆8外表面自前端向后端逐渐加密布置11个应变片13，用来监测锚固界面(即：锚杆与锚固浆体交界面)的应力分布与演化规律；适用于需对前部锚固界面应力进行较精确监测的情况。

本实用新型作动器加载方案：

加载方案主要以上部作动器加载量为控制基准，通过同步调整下部作动器加载量实现多种幅度的包砖墙体平移和转动位移模拟。

上部作动器加载方案依据国际标准化组织《拟静力往复加载试验方法》(ISO16670：2003)，采用位移控制方式以不高于0.2mm/s速度缓慢加载，加载过程从初始加载步到主加载步依次连续进行，初始加载步由五个荷载循环组成，主要用于消除初始应力和设备连接间隙对试验结果的影响。

每个荷载循环为作动器的一次往复加载循环：作动器从初始位置先向背离城墙夯土试样一侧拉伸至该荷载循环的峰值位移，然后反向推动至面向城墙夯土试样一侧的峰值位移，最后再次反向拉伸至初始位置。

初始加载步的五个荷载循环峰值位移均不超过相对参照位移Δ_m的10％，且首个荷载循环峰值位移不超过相对参照位移Δ_m的2％，从第一个荷载循环至第五个荷载循环的峰值位移依次线性增大。

主加载步紧接着初始加载步进行连续加载，主加载步由四个主加载子步组成，每个主加载子步由三个荷载循环组成，主要分析相同加载位移作用下锚固性能的退化规律；各主加载子步间的位移增量依据参照位移Δ_m(锚杆轴向单调加载测得的极限位移量的85％)线性递增，分别为相对参照位移Δ_m的40％、60％、80％、100％，每个主加载子步由三个相同峰值位移的荷载循环组成，主要分析位移逐级增加时锚固性能的变化规律。

若前四个主加载子步完成后锚固系统或城墙夯土试样仍未失效或发生明显破坏，则可依据试验需求继续增加主加载子步，并在前一个主加载子步峰值位移基础上，以相对参照位移Δ_m的20％为幅度递增，直至结构破坏。

上述上部作动器的加载方案可由图13表示。下部作动器位移加载量依据已有振动台试验获得的加速度放大系数和上部作动器加载量等比例折减。如：假定上部作动器所处高度地震放大系数为1.6，下部作动器所处高度地震放大系数为1.2，下部作动器同步位移加载量应为上部作动器的75％。

本实用新型PIV量测方案：

由于本项目试验模型尺寸和观测范围较大，难以保证足够的像素密度和测试精度要求，此外，在低周往复加载试验的城墙变形PIV量测中，循环荷载周期与相机帧频频率的匹配也是影响量测精度的重要因素。因此，采用本实用新型进行PIV量测时，需依据试样的几何尺寸特点，在城墙夯土模型外立面不同高度处分别设置两台CCD相机，保证模型量测范围内每10cm间距不少于120个像素；相机帧频频率以每个加载位移循环周期的1/4时间间隔作为控制点，然后根据加载速率和精度要求调整拍摄帧频，且每1/4周期时间内照片拍摄数量不少于5张，使得相同位置网格像素位移较为连续且具有可比对性，从而据此准确计算模型截面应力场与位移场。

工作原理：

由于水平地震作用是导致包砖墙体与内部夯土体产生相对位移的主要原因，在此过程中锚杆主要承受轴向拉力作用，且实际工程中由于地震作用沿墙高的放大效应使得城墙锚杆所受荷载随布置高度的增加而逐渐增大，因此本实用新型主要基于：(1)地震作用沿墙高线性放大假设；(2)包砖墙体刚性位移假设；(3)锚杆始终轴向受力假设。其工作原理为：制作城墙夯土体的缩尺比例模型并固定于岩土箱内预先铺设卵石的钢槽上，城墙的包砖墙体采用刚性传力板代替，通过刚性传力板的转动、平移及复合移动形式来模拟实际包砖墙体相对夯土体的位移，即通过对上部和下部做动器的非一致循环往复位移激励(上部作动器位移加载量一般略大于下部作动器)使得刚性传力板发生绕限位导向支座的转动或沿导向槽的平移，刚性传力板位移带动限位钢板和T型连接件同步位移，锚杆随之受到轴向荷载作用；当刚性传力板发生转动时，刚性传力板与限位钢板的相对位置改变，滑动轮随即发生竖向滑动，保证刚性传力板与限位钢板间的绝对距离不变，T型连接件的后端(锚杆连接端)在刚性传力板的竖向滑动槽内自由移动，进一步保证了锚杆始终处于轴向受力状态。锚杆受到轴向荷载作用后，其锚固界面随即产生剪切应力，此时可由应变片监测锚杆表面的应力分布及其随循环荷载的演化规律；当荷载作用下城墙夯土试样发生变形或破坏时，可由位移计监测城墙顶部海墁的沉降或隆起变形量，而对城墙夯土试样的整个侧面可由PIV系统的CCD相机通过连续拍摄高清照片，并对示踪颗粒像素位移的对比运算，得到城墙夯土试样侧面的位移场与应力场，从而达到对地震作用下包砖城墙锚固体系进行全方位准确量测的目的。

本实用新型并不局限于上述实施例，在本实用新型公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种包砖城墙锚固体系拟静力试验装置，其特征在于，包括反力架(1)、水平加载机构(2)、岩土箱(3)、台座(4)、刚性传力板(5)、锚杆连接机构(7)、数据采集系统和数据处理系统；

所述岩土箱(3)中固定有城墙夯土试样(9)，刚性传力板(5)设于城墙夯土试样(9)一侧，岩土箱(3)外侧设有与刚性传力板(5)连接的反力架(1)，反力架(1)通过水平加载机构(2)连接锚杆连接机构(7)至刚性传力板(5)，刚性传力板(5)上连接有若干个贯穿于城墙夯土试样(9)中的均匀分布的锚杆(8)；所述数据处理系统将数据采集系统采集的城墙锚杆(8)与城墙夯土试样(9)拟静力试验数据进行处理后得到包砖城墙锚固体系拟静力试验结果。

2.根据权利要求1所述的包砖城墙锚固体系拟静力试验装置，其特征在于，所述反力架(1)包括固定于台座(4)上的钢柱(101)和固定于钢柱(101)上的若干排钢梁(102)；所述水平加载机构(2)包括上部和下部两个作动器，其基座与反力架(1)的钢梁(102)连接，两个作动器的伸缩杆与刚性传力板(5)铰接。

3.根据权利要求1所述的包砖城墙锚固体系拟静力试验装置，其特征在于，所述锚杆连接机构(7)包括限位钢板(6)、竖向滑动轮(702)、铰接管槽(701)和T型连接件(703)，所述限位钢板(6)位于刚性传力板(5)靠近反力架(1)一侧，铰接管槽(701)固定于限位钢板(6)上，竖向滑动轮(702)设在限位钢板(6)与刚性传力板(5)之间，T型连接件(703)前端与铰接管槽(701)中的滚轴铰接，另一端穿过刚性传力板(5)上开设的竖向滑动槽(501)与锚杆(8)端部连接。

4.根据权利要求3所述的包砖城墙锚固体系拟静力试验装置，其特征在于，所述刚性传力板(5)上开设的若干个竖向滑动槽(501)之间设有连接两个作动器的横向加劲肋(503)，两个作动器的伸缩臂端与刚性传力板(5)铰接。

5.根据权利要求3所述的包砖城墙锚固体系拟静力试验装置，其特征在于，在岩土箱(3)前后两侧设有透明钢化玻璃观测窗，底部设有固定城墙夯土试样(9)的钢槽(301)以及固定刚性传力板(5)和限位钢板(6)的限位导向支座(302)。

6.根据权利要求5所述的包砖城墙锚固体系拟静力试验装置，其特征在于，所述限位导向支座(302)，其截面形状可为凸字形或L形，在靠近城墙夯土试样(9)一侧的台面上设有多道导向槽，刚性传力板(5)和限位钢板(6)底端的滚轮均置于导向槽内。

7.根据权利要求5所述的包砖城墙锚固体系拟静力试验装置，其特征在于，所述固定城墙夯土试样(9)的钢槽(301)内铺设有卵石，或设置有锚钉；岩土箱(3)侧壁均匀涂刷有透明油脂。

8.根据权利要求1所述的包砖城墙锚固体系拟静力试验装置，其特征在于，所述数据采集系统包括粘贴于锚杆(8)表面上的应变片(13)、布置于城墙夯土试样(9)顶面的位移计(12)和布置于岩土箱观测窗外的粒子图像测速系统。

9.根据权利要求8所述的包砖城墙锚固体系拟静力试验装置，其特征在于，所述粒子图像测速系统包括CCD相机(10)、高强光源(11)及图像处理系统，CCD相机设置于岩土箱侧壁透明观测窗(303)外，高强光源布置于CCD相机两侧。

10.根据权利要求8所述的包砖城墙锚固体系拟静力试验装置，其特征在于，所述数据采集系统的应变片(13)沿锚杆(8)轴向均匀布设于锚杆的外表面，或在临近加载端一侧加密布置。

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