本实用新型专利技术涉及土木工程技术领域，具体为竖向动超载下有限土体动土压力模型装置，包括竖向动超载组件、钢结构模型箱、活动挡墙以及动力推进组件；还包括固定挡墙，所述钢结构模型箱内部的前后端面均设有用于插装所述固定挡墙的多个卡槽；所述活动挡墙位于所述钢结构模型箱侧面设为敞口的一侧，活动挡墙上沿深度钻孔安装动土压力计，所述动力推进组件用于实现所述活动挡墙的不同位移模式的转换。本方案通过构建模型在竖向动超载下，使得对不同宽度的土体进行动土压力影响的研究，其弥补了动超载下对有限土体动土压力影响的研究空白点。
【技术实现步骤摘要】
竖向动超载下有限土体动土压力模型装置
本技术涉及土木工程
，具体为竖向动超载下有限土体动土压力模型装置。
技术介绍
在挡墙、桥台、基坑围护等工程结构物的设计计算中，土压力的确定是必不可少的环节。目前。工程实践中广泛采用的库伦或朗肯土压力理论，其均假定墙后土体为半无限体。随着地下空间的广泛利用，地下结构物越来越密集，结构物前后填土往往为有限土体，例如临近既有地下室基坑支护结构、临近基岩面的边坡挡墙、地铁车站狭窄基坑支护结构、双排桩之间的土体等；另外，在山区公路、铁路建设中，受地形条件的限制，往往会设计成半填半挖路基，这种半填半挖路基挡墙后填土也属于有限土体。上述种种工况下的有限土体，在很多情况下，其地面是高速铁路或公路，相当于在有限土体表面施加了一个动超载。从现有文献看，研究人员针对有限土体进行了较多的理论研究、试验研究及数值模拟，取得了较为丰富的研究成果，但大多研究都是集中在挡墙变形特性如刚性或柔性、挡墙的位移模式如挡墙的平动、绕底转动或绕顶转动、有限土体宽度如宽度比、填料特性如黏性土或无黏性土、非极限状态、非线性破坏面等因素对土压力的影响研究。随着高速铁路和高速公路的迅猛发展，铁路和公路对有限土体产生竖向动超载作用，竖向动超载对不同位移模式的挡墙后土压力的影响，可用于研究基坑支护等工程实践中的动土压力值，但目前尚未发现竖向动超载下对有限土体动土压力影响的研究装置，所以研究一种竖向动超载下有限土体动土压力模型装置，具有重要的理论研究价值和工程意义。其中，有限土体动土压力包括动超载作用下极限状态和非极限状态下的动土压力。
技术实现思路
本技术意在提供竖向动超载下有限土体动土压力模型装置，通过构建模型在竖向动超载下，使得对不同宽度的土体进行动土压力影响的研究，其弥补了动超载下对有限土体动土压力影响的研究空白点。本技术的基础方案：竖向动超载下有限土体动土压力模型装置，包括竖向动超载组件、钢结构模型箱、活动挡墙以及动力推进组件；所述竖向动超载组件包括气缸、承载板和砼面板，所述气缸的输出轴固定连接所述承载板的一端面，承载板的另一端面动态作用于所述砼面板；所述钢结构模型箱的正面、顶面和一侧面为敞口，钢结构模型箱正面的敞口处安装有透明钢化玻璃；还包括固定挡墙，所述钢结构模型箱内部的前后端面均设有用于插装所述固定挡墙的多个卡槽；所述活动挡墙位于所述钢结构模型箱侧面设为敞口的一侧，活动挡墙上沿深度钻孔安装动土压力计，所述动力推进组件用于实现所述活动挡墙的不同位移模式的转换。本基础方案的工作原理：固定挡墙插入卡槽内，可控制钢结构模型箱填进的土体宽度。活动挡墙位于钢结构模型箱设为敞口的一侧，活动挡墙用于抵挡土体，然后通过竖向动超载组件向土体施加竖向的动态荷载，再通过动力推进组件实现活动挡墙的多种位移模式，以模拟处于竖直或倾斜状态下的实际挡墙在动超载作用下有限土体的动土压力。活动挡墙抵挡土体后，活动挡墙上的动土压力计便进行压力强度大小的测试。本基础方案的有益效果：1、本方案采用了气压装置产生竖向动超载，通过气缸实现动超载作用下墙后有限土体的动土压力的研究，其结构简单，操作便利。2、气缸通过承载板连接砼面板，以增大与砼面板连接的接触面积，使得砼面板动态作用更加稳固。3、在钢结构模型箱内设置的卡槽和固定挡墙，控制土体的宽度，便可通过不同宽高比下的模型试验，确定有限土体在动超载条件下宽高比的界限值，通过多次的试验对比分析，便实现有限土体和无限土体动土压力强度大小及其沿墙高的变化规律。4、在活动挡墙上安装动土压力计，可实时获得动压力强度的大小，还透过钢结构模型箱正面的透明钢化玻璃观察墙后土体位移增大过程及破裂面的形态特征。5、本方案进一步完善有限土体土压力计算理论，通过设置模拟装置对有限土体在动超载作用下的动土压力强度进行测试，其对于土压力理论发展，以及工程技术水平的提高具有重要意义。进一步，所述动力推进组件包括两组动力推进组件，两组动力推进组件分别连接在所述活动挡墙的上部和下部位置。设置两组动力推进组件，实现活动挡墙发生平动、绕墙顶转动和绕墙底转动3种位移模式下的动土压力研究。活动挡墙需要发生平动时，同时工作两组动力推进组件；活动挡墙需要绕墙底转动时，位于活动挡墙上部的动力推进组件工作、下部的动力推进组件不工作；活动挡墙需要绕墙顶转动时，位于活动挡墙下部的动力推进组件工作、上部的动力推进组件不工作。进一步，所述动力推进组件采用电机齿轮轴承转动装置，所述电机齿轮轴承转动装置包括电机、第一齿轮、第二齿轮、轴轮、支座和受力架，所述电机的输出轴连接第一齿轮，所述第一齿轮与第二齿轮啮合，所述第二齿轮通过轴承与轴轮的轴连接，所述轴轮的轮端面上偏心铰接有连接杆，所述受力架的一端与连接杆的自由端铰接，受力架的另一端固定连接活动挡墙；所述支座设有供受力架贯穿的凹槽。电机转动带动第一齿轮转动，第一齿轮转动带动第二齿轮转动，第二齿轮转动轴轮转动，由于受力架受到支座的限制，轴轮转动通过连接杆使得受力架在支座的凹槽内移动。通过动力推进组件的该工作原理，两组动力推进组件在不同工种状态时，使得活动挡墙通过受力架实现了平动、绕底转动或绕顶转动，其结构简单，操作容易。进一步，还包括弧形板，所述弧形板的一面为平面，该平面置于钢结构模型箱底面，弧形板的另一面为弧形面，所述活动挡墙的下边线置于所述弧形板的弧形面的中线上，活动挡墙的侧面设有刻槽，所述刻槽内嵌入密封胶条。活动挡墙底端下设计弧形板，活动挡墙的侧面设有密封胶条，可控制活动挡墙在进行不同位移模型下的漏沙问题。进一步，还包括气压源，所述气压源用于控制所述气缸的活塞做往复直线运动。通过气压源控制气缸工作，便于调节气缸活塞往复运动状态。进一步，所述气压源包括进气管、出气管、空压机、油水分离器、气压调节阀、电磁阀和受电磁阀控制的电控箱，空压机通过气管连接油水分离器的进气口，油水分离器的出气口通过气管连接气压调节阀的进气口，气压调节阀的出气口通过气管连接电磁阀的入口，电磁阀的出口通过进气管连接气缸的进气口，电磁阀的排气口通过出气管连接气缸的出气口。气压源以实现气缸的进气和出气，最终达到气缸的活塞做往复直线运动。进一步，还包括可移动可转向的操作台，所述操作台用于支撑竖向动超载组件、钢结构模型箱、以及动力推进组件。可移动可转向的操作台方便该竖向动超载下有限土体动土压力模型装置的转移。附图说明图1为本实施例竖向动超载下有限土体动土压力模型装置的纵断面示意图；图2为本实施例中的气压源的结构示意图。具体实施方式下面通过具体实施方式进一步详细说明：说明书附图中的附图标记包括：操作台1、钢结构模型箱2、钢架3、气缸4、承载板5、砼面板6、卡槽7、活动挡墙8、轴轮9、第二齿轮10、电机11、动力框架12、第一齿轮13、支座14、受力架15、弧形板16、固定挡墙17、空压机18、油水分离器19、气压调节阀20、电磁阀21、电控箱22、进气管23、出气管24。实施例基本如附图1所示：竖向动超载下有限土体动土压力模型装置，包括操作台1、竖向动超载组件、钢结构模型箱2、活动挡墙8以及两组动力推进组件。操作台1用于支撑竖向动超载组件、钢结构模型箱2、以及动力推进组件。在本实施例中，还包括操作台1，操作台1长1800m本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.竖向动超载下有限土体动土压力模型装置，其特征在于：包括竖向动超载组件、钢结构模型箱(2)、活动挡墙(8)以及动力推进组件；所述竖向动超载组件包括气缸(4)、承载板(5)和砼面板(6)，所述气缸(4)的输出轴固定连接所述承载板(5)的一端面，承载板(5)的另一端面动态作用于所述砼面板(6)；所述钢结构模型箱(2)的正面、顶面和一侧面为敞口，钢结构模型箱(2)正面的敞口处安装有透明钢化玻璃；还包括固定挡墙(17)，所述钢结构模型箱(2)内部的前后端面均设有用于插装所述固定挡墙(17)的多个卡槽(7)；所述活动挡墙(8)位于所述钢结构模型箱(2)侧面设为敞口的一侧，活动挡墙(8)上沿深度钻孔安装动土压力计，所述动力推进组件用于实现所述活动挡墙(8)的不同位移模式的转换。
【技术特征摘要】
1.竖向动超载下有限土体动土压力模型装置，其特征在于：包括竖向动超载组件、钢结构模型箱(2)、活动挡墙(8)以及动力推进组件；所述竖向动超载组件包括气缸(4)、承载板(5)和砼面板(6)，所述气缸(4)的输出轴固定连接所述承载板(5)的一端面，承载板(5)的另一端面动态作用于所述砼面板(6)；所述钢结构模型箱(2)的正面、顶面和一侧面为敞口，钢结构模型箱(2)正面的敞口处安装有透明钢化玻璃；还包括固定挡墙(17)，所述钢结构模型箱(2)内部的前后端面均设有用于插装所述固定挡墙(17)的多个卡槽(7)；所述活动挡墙(8)位于所述钢结构模型箱(2)侧面设为敞口的一侧，活动挡墙(8)上沿深度钻孔安装动土压力计，所述动力推进组件用于实现所述活动挡墙(8)的不同位移模式的转换。2.根据权利要求1所述的竖向动超载下有限土体动土压力模型装置，其特征在于：所述动力推进组件包括两组动力推进组件，两组动力推进组件分别连接在所述活动挡墙(8)的上部和下部位置。3.根据权利要求2所述的竖向动超载下有限土体动土压力模型装置，其特征在于：所述动力推进组件采用电机齿轮轴承转动装置，所述电机齿轮轴承转动装置包括电机(11)、第一齿轮(13)、第二齿轮(10)、轴轮(9)、支座(14)和受力架(15)，所述电机(11)的输出轴连接第一齿轮(13)，所述第一齿轮(13)与第二齿轮(10)啮合，所述第二齿轮(10)通过轴承与轴轮(9)的轴连接，所述轴轮(9)的轮端面上偏心铰接有连接杆，所述受力架(15)的一端与连...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘正夫，刘晓红，胡卫东，刘晓平，杨恒山，张运陆，
申请(专利权)人：湖南理工学院，
类型：新型
国别省市：湖南,43
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