一种土压力测试演示系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种土压力测试演示系统，包括待测土箱，该待测土箱通过一竖直隔板分隔成第一腔体和第二腔体；所述第一腔体内靠近隔板的一侧设有竖直测力支板，所述测力支板相对隔板的另一侧间隔固定有多个测力刚块，所述每一测力刚块的一端与测力支板固定，另一端固定有挡墙块体，所述挡墙块体竖直累叠延伸至箱体底部，所述测力刚块上设有应变片；所述第二腔体内设有电机、加力杆和位移传感器，所述加力杆穿过隔板联动电机和测力支板，所述位移传感器与测力支板连接；所述挡墙块体累叠形成的墙体与箱体之间填装有待测土，还公开了该系统的演示方法。该系统可直观地演示土压力理论中不同状态下的宏观响应。

A Demonstration System and Method for Earth Pressure Testing

The invention discloses an earth pressure test demonstration system, which comprises an earth box to be tested, which is separated into a first cavity and a second cavity through a vertical partition board; a vertical force measuring support plate is arranged on one side of the first cavity near the partition board, and the force measuring support plate is fixed with multiple force measuring rigid blocks relative to the other side of the partition board, and one end of each force measuring rigid block and the force supporting plate are fixed. Fixed at the other end is a retaining wall block, which extends vertically to the bottom of the box body and is equipped with a strain gauge; the second cavity is equipped with a motor, an afterburner and a displacement sensor. The afterburner passes through the diaphragm linkage motor and a force measuring support plate, and the displacement sensor is connected with the force support plate; the wall and the box body formed by the accumulation of the retaining wall block are connected with the force support plate. In addition, the demonstrating method of the system is also disclosed. The system can visually demonstrate the macroscopic response under different states in the earth pressure theory.

【技术实现步骤摘要】
一种土压力测试演示系统及方法
本专利技术涉及土压力测试领域，尤其是涉及一种土压力测试演示系统及方法。
技术介绍
土压力理论是《土力学》中的重要内容。土压力理论是土体抗剪强度在挡土墙实际工程中的运用理论，工程运用广泛的有朗肯土压力理论和库伦土压力理论，运用这些理论，可用来分析挡土墙所受压力，从而进行挡土墙的设计等工作。从理论角度，挡土墙所受的压力与其位移(变形或弯曲)之间存在一定的关系。根据原始土体与挡土墙的相对位移，土体可分为主动土压力状态、静止土压力状态和被动土压力状态。这些概念比较抽象，通过讲授的教学方式，无法较好地让学生接受这些状态与土体的力学性质(如土的内摩擦角、内聚力等)等存在的内在联系，无法较好地让学生直观的接受这些状态与实际土体产生的地面沉降、裂缝等宏观现象之间的联系。在教学时间中，学生常常有不知所云的感受。另外，应变测试，无论在钢结构、混凝土结构还是岩土工程中的桩体及边坡支护结构等测试、检测和监测中，是一项重要的测试内容。研究生《土木工程测试技术》课程是实践性非常强的课程，其中的应变测试也是十分基础和重要的教学和实验内容之一。应变测试的通常采用应变片的电桥电路测试方法，需要学生具有一定的电路知识。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服
技术介绍
的不足，本专利技术得第一目的为公开了一种土压力测试演示系统，该系统可直观地演示土压力理论中不同状态下的宏观响应，第二目的为公开了该系统的演示方法。技术方案：本专利技术所述的土压力测试演示系统，包括待测土箱，该待测土箱通过一竖直隔板分隔成第一腔体和第二腔体；所述第一腔体内靠近隔板的一侧设有竖直测力支板，所述测力支板相对隔板的另一侧间隔固定有多个测力刚块，所述每一测力刚块的一端与测力支板固定，另一端固定有挡墙块体，所述挡墙块体竖直累叠延伸至箱体底部，所述测力刚块上设有应变片；所述第二腔体内设有电机、加力杆和位移传感器，所述加力杆穿过隔板联动电机和测力支板，所述位移传感器与测力支板连接；所述挡墙块体累叠形成的墙体与箱体之间填装有待测土。电机通过加力杆联动控制测力支板移动，从而带动挡墙块体进行位移，位移传感器用于测量挡墙快板的整体位移量，采用电桥桥路的测试获得应变片的电阻值变化，可换算得到测力刚块轴向应变量。进一步的，所述挡墙块体为竖直挡墙块体或倾角挡墙块体，竖直挡墙块体可用于演示朗肯土压力理论，倾斜当墙块体可用于演示库伦土压力理论。进一步的，所述每个挡墙块体的倾斜角度一致，所述每个挡墙块体对应固定的测力刚体的摆放角度一致，以确保测试演示的精确度。进一步的，所述挡墙块体上下底边均设有用于固定叠加位置的导滑槽，防止侧滑。进一步的，所述测力刚体为半圆柱形，所述应边片安装在其平面处。进一步的，所述电机连接有位移速度控制器，可以通过手动进行控制，也可通过A/D信号转换，通过电脑自动控制。上述土压力测试演示系统的演示方法，包括以下步骤：(1)选择竖直挡墙块体，根据电机行程确定挡墙块体合适的初始位置，之后在土箱中根据所需密实度均匀堆放砂土，堆放高度与挡墙块体平齐；(2)测试土压力的初始分布，并计算静止土压力，与土力学中静止土压力的分布规律进行对比分析；(3)将挡墙向远离土体方向移动，直至土体产生明显的裂缝，根据挡墙块体所受到的土压力分布，计算获得主动土压力，绘制关于土压力大小与挡土墙块位移量的关系曲线图进行分析；(4)将挡墙向靠近土体方向推进，直至土体产生明显的裂缝时，根据挡墙块体受到的土压力分布，计算获得被动土压力，绘制关于土压力大小与挡土墙块位移量的关系曲线图进行分析；(5)在主动土压力和被动土压力状态时，裂缝倾角和位置存在差异，根据砂土的内摩擦角进行计算获得的裂缝倾角进行对比分析；(6)将竖直挡墙块体换成不同倾斜角度的倾角挡墙块体，测得不同倾角下的土压力值进行，绘制关于土压力大小与挡土墙块倾斜角的关系曲线图进行分析；上述步骤测量中，挡墙块体的整体位移：通过位移传感器测量；土压力的测量：结合电阻应变测试技术原理通过应变片测得测力刚块轴向应变量ε＝4U0/kU(k为灵敏度系数)、测力刚块的弹性模量E和横截面A得每个挡墙块体受到力为fi＝2EAεi，挡墙受到的合力为有益效果：与现有技术相比，本专利技术的优点为：(1)该装置不仅能够获得挡墙受到的合力，还能够测量土压力不同深度位置处的土压力；(2)不同深度位置处的土压力测量不是采用压力传感器直接获得，而是通过应变片测量特定性状刚块的应变来获得；既满足了测量获得土压力的本科生的需求，又满足了锻炼研究生动手能力的需求；(3)将通过位移和力测量，直接测试获得挡土墙的位移和土压力之间的定量关系，并在电脑中实现曲线显示，给学生直观感受，加深学生对理论知识的认识和理解；(4)该装置不但能演示朗肯土压力理论，而且能演示库伦土压力理论。附图说明图1是本专利技术的系统前视图；图2是本专利技术的待测土箱的俯视图；图3是本专利技术的待测土箱的前视图；图4是本专利技术挡墙块体的正试图；图5是本专利技术测力刚块平面布设示意图；图6是本专利技术不同角度倾斜挡墙块体截面图；图7是本专利技术土压力大小与挡土墙块位移量的关系曲线图；图8是本专利技术电阻应变测试技术原理中电桥电路示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明。如图1、图2和图3所示的一种土压力测试演示系统，包括待测土箱1，采用有机玻璃矩形箱，尺寸为长宽高为120cm*10cm*30cm，厚度3cm左右，在中间高度上设置圈梁11，土箱右侧30cm处设隔板2，该待测土箱1通过竖直隔板2分隔成左右的第一腔体101和第二腔体102；所述第一腔体101右侧内部靠近隔板2的一侧设有竖直测力支板3，所述测力支板3相对隔板2的另一侧间隔固定有10组测力刚块4，该测力刚块4在竖直方向上横向间隔放置，所述每一测力刚块4的一端与测力支板3固定，另一端固定有挡墙块体5，所述挡墙块体5竖直累叠延伸至箱体底部，所述测力刚块4上设有应变片6(电阻应变片)；所述第二腔体102内设有电机7、加力杆8和位移传感器9，所述加力杆8穿过隔板2联动电机7和测力支板3，所述位移传感器9与测力支板3连接；所述挡墙块体5累叠形成的墙体与箱体之间填装有待测土。图4和图5所示，每组测力刚块4有两个，为半圆柱形，所述应边片6安装在其平面处，在每个挡墙块体5侧边开设两个安装孔，测力刚块4从安装孔插入，抵靠在内部，并有铆钉固定。所述挡墙块体5上下底边均设有用于固定叠加位置的导滑槽501。所述挡墙块体5为竖直挡墙块体或倾角挡墙块体，如图6所示，倾斜角度根据需要可调。所述每个挡墙块体5的倾斜角度一致，所述每个挡墙块体5对应固定的测力刚体4的摆放角度一致。所述电机7连接有位移速度控制器10，通过A/D信号转换，通过电脑自动控制。上述土压力测试演示系统的演示方法，包括以下步骤：(1)选择竖直挡墙块体，根据电机行程确定挡墙块体合适的初始位置，之后在土箱中根据所需密实度均匀堆放砂土，堆放高度与挡墙块体平齐；对于演示实验而言，通常只采用一种或少数几种砂土进行演示。因此，在选用电机型号之前，可先确定是哪几种砂土，并测定基本力学参数，如内摩擦角等，然后计算可能需要的最大位移，在进行电机选择。(2)测试土压力的初始分布，并计算静止土压力，与土力学中静止土压力的分布规律进行对比分析；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种土压力测试演示系统，其特征在于：包括待测土箱(1)，该待测土箱(1)通过一竖直隔板(2)分隔成第一腔体(101)和第二腔体(102)；所述第一腔体(101)内靠近隔板(2)的一侧设有竖直测力支板(3)，所述测力支板(3)相对隔板(2)的另一侧间隔固定有多个测力刚块(4)，所述每一测力刚块(4)的一端与测力支板(3)固定，另一端固定有挡墙块体(5)，所述挡墙块体(5)竖直累叠延伸至箱体底部，所述测力刚块(4)上设有应变片(6)；所述第二腔体(102)内设有电机(7)、加力杆(8)和位移传感器(9)，所述加力杆(8)穿过隔板(2)联动电机(7)和测力支板(3)，所述位移传感器(9)与测力支板(3)连接；所述挡墙块体(5)累叠形成的墙体与箱体之间填装有待测土。

【技术特征摘要】
1.一种土压力测试演示系统，其特征在于：包括待测土箱(1)，该待测土箱(1)通过一竖直隔板(2)分隔成第一腔体(101)和第二腔体(102)；所述第一腔体(101)内靠近隔板(2)的一侧设有竖直测力支板(3)，所述测力支板(3)相对隔板(2)的另一侧间隔固定有多个测力刚块(4)，所述每一测力刚块(4)的一端与测力支板(3)固定，另一端固定有挡墙块体(5)，所述挡墙块体(5)竖直累叠延伸至箱体底部，所述测力刚块(4)上设有应变片(6)；所述第二腔体(102)内设有电机(7)、加力杆(8)和位移传感器(9)，所述加力杆(8)穿过隔板(2)联动电机(7)和测力支板(3)，所述位移传感器(9)与测力支板(3)连接；所述挡墙块体(5)累叠形成的墙体与箱体之间填装有待测土。2.根据权利要求1所述的土压力测试演示系统，其特征在于：所述挡墙块体(5)为竖直挡墙块体或倾角挡墙块体。3.根据权利要求1所述的土压力测试演示系统，其特征在于：所述每个挡墙块体(5)的倾斜角度一致，所述每个挡墙块体(5)对应固定的测力刚体(4)的摆放角度一致。4.根据权利要求1所述的土压力测试演示系统，其特征在于：所述挡墙块体(5)上下底边均设有用于固定叠加位置的导滑槽(501)。5.根据权利要求1所述的土压力测试演示系统，其特征在于：所述测力刚体(4)为半圆柱形，所述应边片(6)安装在其平面处。6.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王炳辉，隋晓岚，胡远，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32