变刚度预应力锚拉式挡土墙土拱效应试验模型装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种变刚度预应力锚拉式挡土墙土拱效应试验模型装置及方法，该试验装置可通过改变锚拉装置的布设形式，可使用单锚定板，多锚定板，锚索，来模拟锚定板式挡土墙、压力分散型式挡土墙、悬锚式挡土墙，避免了试验的单一性结果，更加具有说服力。设计了4种挡墙的刚度。具体为：第一种结构为常用的等截面设计，第二种为在第一种结构设计的基础上增加肋柱，第三种为在第二种结构设计的基础上减薄锚间墙的截面尺寸，第四种结构尺寸同第三种，链接方式变成铰接。

Test model device and method for soil arching effect of prestressed anchor retaining wall with variable rigidity

The invention discloses a variable stiffness of Prestressed Anchor Pull retaining wall device and method of test model of soil arching effect, the test device through the layout change anchor device, you can use a single anchor plate, multi plate anchor, anchor cable, to simulate the anchor slab retaining wall, pressure dispersion type retaining wall and the retaining wall, avoiding the single test results, more persuasive. The rigidity of 4 retaining walls is designed. Specifically: the first structure is commonly used in second kinds of uniform design, in order to increase the basis of the first rib column structure design, third to reduce the section size of the thin wall between the anchor based on second kinds of structure design, structure of fourth kinds of size with the third kinds of link into hinge.

【技术实现步骤摘要】
变刚度预应力锚拉式挡土墙土拱效应试验模型装置及方法
本专利技术属于道路工程领域，具体涉及一种变刚度下预应力锚拉式挡土墙土拱效应试验模型装置，包括三种形式：悬锚式、压力分散型以及锚定板式。
技术介绍
近些年，为了响应国家对提高节约用地水平的号召，各地提出了许多诸如低路堤、新型挡土墙、沿线废弃旧材料等各种技术。其中，挡土墙技术由于设置灵活、施工便捷，节约土地效果显著，近年来形成了种类繁多、各具特色的挡墙技术群，如压力分散型、互锚式、砂浆锚杆式等锚拉式挡土结构型式，并在实际工程中取得了良好的工程效果。然而在对这些挡墙结构进行现场试验以及模型试验的过程中发现，挡板上的土压力分布并不符合经典土压力理论，而是发生了显著的重分布现象。通过类比相关文献发现，该现象的发生是由于这些锚拉式挡墙，在锚固点处受侧向约束的作用，在侧向土压力下发生了不均匀变形，墙后形成了明显的土拱效应，进而改变了土压力的分布。土压力的这种空间分布特征及动态演化现象的存在，会给结构设计带来如下问题:(1)按照挡墙传统设计方法，易出现锚固截面配筋量不足，锚间墙与墙身根部配筋量又过大的现象，造成挡墙结构设计既不安全又不经济；(2)按照山东大学张宏博教授提出的分段式土压力计算方法，虽可保证结构安全性，但由于未考虑土拱的荷载分担作用，锚间墙设计过于保守，不经济；(3)以上两种方法均未考虑土压力的动态演化，不能合理确定挡墙最不利受荷状态，造成挡墙结构设计仍存在一定的安全隐患。
技术实现思路
本专利技术为了克服现有技术的不足，为更好的推广应用锚拉式挡墙型式，有必要对其受力特征、变形特性及土压力分布规律进行深入研究，揭示墙-土相互作用机制，剖析三维土拱效应发生机理及动态演变规律，构建土压力空间分布模型，优化挡墙设计方法，形成压力分散型挡土墙理论体系；本专利技术提供了一种适用于不同刚度与位移模式下预应力锚拉式挡墙三维土拱效应模型试验装置；该装置可用于模拟基本的锚拉式挡土墙结构，如锚定板式挡土墙、压力分散型式挡土墙、悬锚式挡土墙。本专利技术采用的技术方案如下：一种变刚度下预应力悬锚式挡土墙土拱效应试验模型装置；包括一个框架，在所述的框架内填充有填料；所述的框架的顶部设有反力架，所述的反力架的底部设有千斤顶，所述的千斤顶施加的竖向力通过一个应力扩散支架均布到加载板II，所述的加载板II对框架内的填料实施力；在所述的框架内设置有挡墙，所述的挡墙通过一个水平的锚杆连接预埋在填料中的一个锚定板；在框架外设有高速摄像机拍摄加载过程中填料的位移情况；在所述的挡墙墙面以设定间隔埋置土压力计、应变片、百分表；在千斤顶与反力架之间设置压力传感器。一种变刚度下预应力压力分散型挡墙土拱效应试验模型装置，包括一个框架，在所述的框架内填充有填料；所述的框架的顶部设有反力架，所述的反力架的底部设有千斤顶，所述的千斤顶施加的竖向力通过一个应力扩散支架均布到加载板II，所述的加载板II对框架内的填料实施力；在所述的框架内设置有挡墙，所述的挡墙通过一个水平的锚杆直接连接到框架的侧壁上；在框架外设有高速摄像机拍摄加载过程中填料的位移情况；在所述的挡墙墙面以设定间隔埋置土压力计、应变片、百分表；在千斤顶与反力架之间设置压力传感器。一种变刚度下预应力锚定板式挡墙模型试验装置，包括一个框架，在所述的框架内填充有填料；所述的框架的顶部设有反力架，所述的反力架的底部设有千斤顶，所述的千斤顶施加的竖向力通过一个应力扩散支架均布到加载板II，所述的加载板II对框架内的填料实施力；在所述的框架内设置有挡墙，所述的挡墙通过一个水平的锚杆直接连接多个锚定板；在框架外设有高速摄像机拍摄加载过程中填料的位移情况；在所述的挡墙墙面以设定间隔埋置土压力计、应变片、百分表；在千斤顶与反力架之间设置压力传感器。进一步的，所述的框架的四个侧壁包括3面钢架及1块有机玻璃板组装而成，其中有一侧钢架预留空洞方便进人试验操作；框架的底部为钢制底座。进一步的，所述的框架的其中一个侧壁上预留0.5m的孔洞，其他部分与相邻两侧侧壁刚接。进一步的，所述的有机玻璃板，布置在前面一侧与左侧和右侧钢架刚接。进一步的，所述的锚索通过锚固螺栓与锚定板连接，外部通过锚具固定。进一步的，所述的压力传感器通过垫块置放于反力架和千斤顶之间。进一步的，每个锚固体系上根据挡墙类型确定锚定板个数。进一步的，所述反力架由工字钢拼装焊接组成，整体呈倒U型，且两端部通过螺栓与反力架固定装置连接。进一步的，所述挡墙包括墙身和墙底板；具体的形式包括四种：第一种结构为墙身等截面设计，墙身与墙底板之间焊接；第二种为在墙身增加肋柱，墙身与墙底板之间焊接；第三种为减薄墙身的截面尺寸，墙身与墙底板之间焊接；第四种结构尺寸同第三种，墙身与墙底板之间焊接变成铰接。所述挡墙由墙身和墙底板、墙肋组成，其中墙身和墙底板位置处连接方式为刚性连接与铰接两种方式，墙底板采用两个挡板模拟，其绝对刚性且上下可移动、宽度可调，用于模拟锚固截面；挡墙墙身采用一个挡板模拟，其刚度、宽度、上下位置均可调，用于模拟锚间墙。进一步的，土压力计安装在墙身是用来测量墙身收到的土压力的大小；百分表安装在墙身是用来测量墙身的水平位移的大小；应变片粘贴在墙身是用来检测墙身受力后的变形。本专利技术的具体的试验操作，包括以几个步骤：1)在模型槽内的挡墙墙面以设定间隔埋置土压力计、百分表和应变片，石英砂按设定压实度分多层填筑至模型槽内；2)当填筑土体高度大于最低处的锚固系统的高度时，反开挖预埋锚索和锚定板，通过螺栓连接锚索、锚定板和挡墙；其他高度的锚固系统也用相同的方法处理；3)整个模型槽填筑满石英砂时，夯实整平顶面，在顶面依次布设大加载板、应力扩散支架、小加载板、千斤顶、压力传感器、反力架；4)选用一种挡墙结构形式，选用一种加载方式，监测土压力变化情况、石英砂颗粒位移情况和挡墙位移情况。5)设计4种不同挡墙结构形式以模拟挡墙刚度的变化，加载方式包括无预应力状态下的竖向加载、有(含低、中、高)预应力状态下的竖向加载、预应力与竖向荷载的比例加载等三种方式，用于模拟不同应力路径对土压力重分布的影响；6)改变挡墙结构形式和加载方式重复步骤1-5，完成实验操作；本专利技术有益效果为：1)本专利技术提出了一种探究“三维土拱效应”的新型装置结构及其使用方法，克服了现有“三维土拱效应”室内试验探究的不足。2)该试验装置可通过改变锚拉装置的布设形式，如图，可使用单锚定板，多锚定板，锚索，来模拟锚定板式挡土墙、压力分散型式挡土墙、悬锚式挡土墙，避免了试验的单一性结果，更加具有说服力。3)本专利技术模型的一侧使用有机玻璃板，填料采用透明石英砂，有机玻璃板一侧使用高速摄像机监测。4)本专利技术模型通过组合挡板与肋柱的方式巧妙的设计了4种挡墙的刚度。具体为：第一种结构为常用的等截面设计，第二种为在第一种结构设计的基础上增加肋柱，第三种为在第二种结构设计的基础上减薄锚间墙的截面尺寸，第四种结构尺寸同第三种，链接方式变成铰接。5)本专利技术模型的加载方式是通过在模型箱上部架设反力梁的方式施加上部荷载，加载方式包括无预应力状态下的竖向加载、有(含低、中、高)预应力状态下的竖向加载、预应力与竖向荷载的比例加载等三种方式。如图所示，挡板上布设有土压力计及应变片，以便随时监测在上部荷载的作用下土压力的变本文档来自技高网...

【技术保护点】
变刚度预应力悬锚式挡土墙模型试验装置；其特征在于，包括一个框架，在所述的框架内填充有填料；所述的框架的顶部设有反力架，所述的反力架的底部设有千斤顶，所述的千斤顶施加的竖向力通过一个应力扩散支架均布到加载板，所述的加载板对框架内的填料实施力；在所述的框架内设置有挡墙，所述的挡墙通过一个水平的锚杆连接预埋在填料中的一个锚定板；在框架外设有高速摄像机拍摄加载过程中填料的位移情况；在所述的挡墙墙面以设定间隔埋置土压力计、应变片、百分表；在千斤顶与反力架之间设置压力传感器。

【技术特征摘要】
1.变刚度预应力悬锚式挡土墙模型试验装置；其特征在于，包括一个框架，在所述的框架内填充有填料；所述的框架的顶部设有反力架，所述的反力架的底部设有千斤顶，所述的千斤顶施加的竖向力通过一个应力扩散支架均布到加载板，所述的加载板对框架内的填料实施力；在所述的框架内设置有挡墙，所述的挡墙通过一个水平的锚杆连接预埋在填料中的一个锚定板；在框架外设有高速摄像机拍摄加载过程中填料的位移情况；在所述的挡墙墙面以设定间隔埋置土压力计、应变片、百分表；在千斤顶与反力架之间设置压力传感器。2.变刚度预应力压力分散型挡墙模型试验装置，其特征在于，包括一个框架，在所述的框架内填充有填料；所述的框架的顶部设有反力架，所述的反力架的底部设有千斤顶，所述的千斤顶施加的竖向力通过一个应力扩散支架均布到加载板II，所述的加载板II对框架内的填料实施力；在所述的框架内设置有挡墙，所述的挡墙通过一个水平的锚杆直接连接到框架的侧壁上；在框架外设有高速摄像机拍摄加载过程中填料的位移情况；在所述的挡墙墙面以设定间隔埋置土压力计、应变片、百分表；在千斤顶与反力架之间设置压力传感器。3.变刚度预应力锚定板式挡墙模型试验装置，其特征在于，包括一个框架，在所述的框架内填充有填料；所述的框架的顶部设有反力架，所述的反力架的底部设有千斤顶，所述的千斤顶施加的竖向力通过一个应力扩散支架均布到加载板II，所述的加载板II对框架内的填料实施力；在所述的框架内设置有挡墙，所述的挡墙通过一个水平的锚杆直接连接多个锚定板；在框架外设有高速摄像机拍摄加载过程中填料的位移情况；在所述的挡墙墙面以设定间隔埋置土压力计、应变片、百分表；在千斤顶与反力架之间设置压力传感器。4.如权利要求1-3任一所述的挡墙模型试验装置，其特征在于，所述的框架的四个侧壁包括3面钢架及1块有机玻璃板组装而成，其中有一侧钢架预留空洞方便进人试验操作；框架的底部为钢制底座。5.如权利要求1-...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宏博，陈奇，宋修广，刘源，崔兵兵，岳红亚，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37