考虑土体流变的土压力松弛效应试验方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑土体流变的土压力松弛效应试验方法，步骤是：A、进行刚性挡墙发生不同位移模式时的主动与被动土压力试验；B、一直使刚性挡墙在现有状态下保持静止状态；C、箱体内土体随着时间的推移发生流变，产生土压力松弛效应；D、通过计算机程序反馈，获取内各个时刻薄膜式压力传感器读数；E、得到土压力随时间变化的结果。试验装置由箱体、上下滑块、上下滑槽、上下千斤顶、刚性挡墙、竖向承压板、柔性加载水囊、薄膜式压力传感器、位移传感器等构成。步序合理，操作方便，高效节约，性能优异，满足了考虑土体流变作用时，刚性挡墙土压力随时间变化规律的研究需要。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及建筑与土木工程试验测试
，尤其涉及一种考虑土体流变的土压力松弛效应试验方法，同时还涉及一种考虑土体流变的土压力松弛效应试验的装置，它适用于考虑时间效应和土体流变效应，同时模拟刚性挡墙不同位移模式下的主动、被动土压力试验。
技术介绍
大量的基坑开挖、填土挡墙、地铁隧道和地下空间开发利用等工程中普遍遇到土压力问题，正确确定土压力是进行上述工程的合理设计和顺利施工的前提，也是确保工程项目安全性和经济性的基础。为了进行土压力相关理论研究，需要一种功能完善的试验方法来进行土压力的实验室物理模拟。土压力是一个时间函数，从基坑开挖到基坑支护结构的完成，以及建筑物建成后，土压力一直随时间而变化。考虑到土体的流变特性，研究土压力随时间变化，对于基坑开挖工程有着重要的理论价值和工程实用价值。由于目前用于基坑开挖方面的土压力计算理论(如朗肯理论)并没有考虑时间对土压力的影响，因而在实际运用中存在着局限性。为解决上述问题，研究一种考虑土体流变的土压力松弛效应试验方法，考虑到土体时间效应，同时完成刚性挡墙不同位移模式下的主动、被动土压力试验，在工程上，对于挡土结构的设计和土压力理论的发展，以及工程技术水平的提高都具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对土建工程中承受着土体侧压力的构筑物（如抗滑桩、挡土墙等），是在于提供了一种考虑土体流变的土压力松弛效应试验方法，步序合理，操作方便，高效节约，性能优异，满足了土体流变条件下，刚性挡墙土压力分布规律的研究需要，对于土压力理论的发展，以及工程测试技术水平的提高具有重要意义。本专利技术的另一个的目是在于提供了一种考虑土体流变的土压力松弛效应试验的装置，结构合理，操作方便，高效节约，性能优异，满足了考虑土体流变作用时，刚性挡墙土压力随时间变化规律的研究需要，对于土建工程技术水平的提高具有重要意义。为解决上述问题，本专利技术采用以下技术措施来实现上述目的：一种考虑土体流变的土压力松弛效应试验方法，包括以下步骤：一、预先通过一种考虑土体流变的土压力松弛效应试验的装置进行刚性挡墙发生不同位移模式时的主动与被动土压力试验，待试验完成后，使刚性挡墙处于已发生特定位移量的平动状态或者特定角度的转动状态；所述在特定位移量是0.1~10mm，特定角度范围是0.01°~5°。二、通过位移传感器的读数进行刚性挡墙的位移控制，在整个考虑土体流变的土压力松弛效应试验过程中，保持所有位移传感器读数不变，即能一直使刚性挡墙在现有状态下保持静止状态，读取此时刚性挡墙前、后侧面上薄膜式压力传感器的读数，作为主动、被动土压力初始值；三、箱体内土体随着时间的推移发生流变，从而导致主动和被动土压力随时间发生变化，产生土压力松弛效应；四、在土体流变过程中，按照试验设定的采样频率6~12次/小时，通过计算机程序反馈，获取试验所需时间段内各个时刻的刚性挡墙前、后侧面上每个薄膜式压力传感器的读数，直到各个薄膜式压力传感器的读数在5天内保持不变，认为土压力达到稳定状态，停止测试。所述的试验所需时间段为1~3月；五、通过薄膜式压力传感器的读数测试得到土压力随时间变化的结果（见附图6），分析刚性挡墙不同深度主动土压力和被动土压力随时间的变化规律，揭示刚性挡墙主动土压力和被动土压力的松弛效应。所述的一种考虑土体流变的土压力松弛效应试验的装置，它由箱体、上滑块、下滑块、上滑槽、下滑槽、上千斤顶、下千斤顶、刚性挡墙、竖向承压板、柔性加载水囊、薄膜式压力传感器、孔压探头、位移传感器等部件构成。所述的箱体为一个长3m，宽1.2m，高1.5m的钢制敞口长方体状容器，箱体由槽钢、工字钢等型钢焊接而成，以保证足够大的刚度。所述的箱体后侧板下部中央距下沿10~15cm处焊接进水管，进水管作为试验中土体水分输入通道，箱体前侧板上部中央距上沿10~15cm处焊接排气管，排气管作为试验中土体内空气排出通道。所述的箱体内部紧贴前侧板和后侧板内壁各放置一块多孔板，多孔板距箱体前侧板和后侧板1~2cm，并与箱体前侧板和后侧板平行，多孔板宽度与箱体宽度相同，多孔板的高度比箱体高度小8~10cm，此高度略大于柔性加载水囊的满水高度，保证柔性加载水囊的加载空间。所述的箱体的左、右箱体侧板规格相同，左、右箱体侧板上均留有二个矩形开口，矩形开口的纵轴线水平，上矩形开口中心点位于箱体侧板竖向中轴线上2/3高度处，下矩形开口中心点位于箱体侧板竖向中轴线上1/3高度处，上矩形开口长20~25cm，高8~10cm，下矩形开口长20~25cm，高4~6cm。所述的箱体侧板的上矩形开口和下矩形开口处的外侧壁上分别焊接上滑槽和下滑槽，上滑槽和下滑槽的敞口面朝向箱体侧板上的相应的矩形开口，上滑槽和下滑槽的前侧壁分别开有贯穿性圆柱孔A和贯穿性圆柱孔B；上滑槽内中央放置上滑块，上千斤顶的活塞杆穿过上滑槽前侧壁的贯穿性圆柱孔A，通过球铰与上滑块前侧面中心连接，上千斤顶焊接在上千斤顶台座上；下滑槽内中央放置下滑块，下千斤顶的活塞杆穿过下滑槽前侧壁的贯穿性圆柱孔B，通过球铰与下滑块的前侧面中心连接，下千斤顶焊接在下千斤顶台座上，上千斤顶台座和下千斤顶台座分别焊接在箱体侧板前端部外壁2/3高度处和1/3高度处；所述的上滑槽和下滑槽均为敞口凹形槽体，上滑槽和下滑槽的轴线保持水平，敞口面向箱体，上滑槽内空尺寸为长60~80cm，宽10~12cm，高12~15cm，上滑槽敞口面的中心与箱体侧板的上矩形开口中心在竖直面内重合；下滑槽内空尺寸为长60~80cm，宽10~12cm，高10~12cm，下滑槽敞口面的中心与箱体侧板的下矩形开口中心在竖直面内重合。所述的上滑块和下滑块均是钢制长方体，上滑块或下滑块的宽度和高度较上滑槽或下滑槽内空宽度和高度相应小1mm。所述的上滑块朝向箱体的侧面在中心处车有一深度约5~6cm的竖直槽口D，槽口D平面形状为矩形与上下二个半圆组合而成，槽口D的宽度较上连接钢杆外径大1mm，槽口D的高度为9~10cm；下滑块朝向箱体的侧面在中心处钻有一深度约5~6cm的圆柱孔C，圆柱孔C的内径较下连接钢杆的外径大1mm。所述的千斤顶台座是长和宽均为15~16cm的型钢板，共有四个，左右箱体侧板上各焊接二个，千斤顶台座与箱体侧板垂直并与箱体前侧板平行。所述的上连接钢杆的一端直接插入上滑块的竖直槽口D中，上连接钢杆的另一端与刚性挡墙刚性连接；下连接钢杆的一端直接插入下滑块的圆柱孔C内，下连接钢杆的另一端与刚性挡墙刚性连接。圆柱孔C的底端从中心处开有直径3cm的直角状细孔，细孔沿圆柱孔C底端延伸2~3cm后，发生90°转向并斜向下从下滑块后侧面穿出。上连接钢杆和下连接钢杆是长度8~10cm，外径40~50mm，内径20mm的钢制空心圆柱，上连接钢杆和下连接钢杆插入上滑块和下滑块的深度均为45~55mm。所述的上弹性钢片和下弹性钢片分别焊接在上滑块和下滑块朝向箱体的侧面上，其安装位置分别对应箱体侧板的上矩形开口和下矩形开口。上滑块在上连接钢杆的两边分别焊接二片上弹性钢片，下滑块在下连接钢杆的两边分别焊接二片下弹性钢片。上弹性钢片和下弹性钢片均为厚度1~2mm、长度20~25cm的薄钢片，上弹性钢片高度比箱体侧板的上矩形开口的高度小1~2mm，下弹性钢片高度比箱体侧板的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑土体流变的土压力松弛效应试验方法，包括以下步骤：A、预先通过一种考虑土体流变的土压力松弛效应试验的装置进行刚性挡墙（5）发生不同位移模式时的主动与被动土压力试验，待试验完成后，使刚性挡墙（5）处于已发生的平动状态或者转动状态；B、通过位移传感器（83）的读数进行刚性挡墙（5）的位移控制，在整个考虑土体流变的土压力松弛效应试验过程中，所有位移传感器（83）读数不变，一直使刚性挡墙（5）在现有状态下保持静止，读取刚性挡墙（5）前、后侧面上薄膜式压力传感器（81）的读数，为主动、被动土压力初始值；C、箱体（1）内土体（9）随着时间的推移发生流变，导致主动和被动土压力随时间发生变化，产生土压力松弛效应；D、在土体（9）流变过程中，按照试验设定的采样频率6~12次/小时，通过计算机程序反馈，获取试验所需时间段内各个时刻的刚性挡墙（5）前、后侧面上每个薄膜式压力传感器（81）的读数，直到各个薄膜式压力传感器（81）的读数在5天内保持不变，土压力达到稳定状态，停止测试，所述的试验时间段为1~3月；E、通过薄膜式压力传感器（81）的读数测试得到土压力随时间变化的结果，分析刚性挡墙（5）不同深度主动土压力和被动土压力随时间的变化规律，揭示刚性挡墙（5）主动土压力和被动土压力的松弛效应。...

【技术特征摘要】
1.一种考虑土体流变的土压力松弛效应试验方法，包括以下步骤：A、预先通过一种考虑土体流变的土压力松弛效应试验的装置进行刚性挡墙（5）发生不同位移模式时的主动与被动土压力试验，待试验完成后，使刚性挡墙（5）处于已发生的平动状态或者转动状态；B、通过位移传感器（83）的读数进行刚性挡墙（5）的位移控制，在整个考虑土体流变的土压力松弛效应试验过程中，所有位移传感器（83）读数不变，一直使刚性挡墙（5）在现有状态下保持静止，读取刚性挡墙（5）前、后侧面上薄膜式压力传感器（81）的读数，为主动、被动土压力初始值；C、箱体（1）内土体（9）随着时间的推移...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈善雄，戴张俊，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42