一种模拟多锚耦合作用的实验装置及方法制造方法及图纸

本公开涉及岩土工程领域，具体提供一种模拟多锚耦合作用的实验装置及方法。所述模拟多锚耦合作用的实验装置包括透明模型箱，在透明模型箱中包括多个在同一竖直平面上平行、且相对于模型箱边缘倾斜设置的锚杆；还包括弧形开孔条带和外部加载装置，所述弧形开孔条带上沿弧形方向开设多个开孔，所述锚杆通过钢绞线穿过开孔与外部加载装置连接，外部加载装置控制钢绞线的收缩；还包括透射光源与相机。解决现有技术中对于锚杆对周围土体的变形及位移影响被简化成平面应变问题，不能准确的反映锚杆对周围土体的真实影响。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟多锚耦合作用的实验装置及方法
本公开涉及岩土工程领域，具体提供一种模拟多锚耦合作用的实验装置及方法。
技术介绍
这里的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，而不必然构成现有技术。长期以来，为了解决高边坡支护问题，各种支挡结构应运而生，其中，扶壁式、锚杆、锚定板、加筋土挡土墙都是路基/路堑中常用的支挡结构种类。其中，锚杆、锚定板、加筋土式挡土墙的基本结构形式都是在墙背处安装锚杆/锚杆锚定板/拉筋，用锚杆等结构提供的拉力来平衡边坡滑移产生的下滑力。这些挡墙结构都常用于墙身较高的路堑墙和路肩墙中。而在工程中，尤其是锚杆、加筋土式挡土墙中，锚杆/拉筋往往布置较为密集，由此不可避免的会产生相互的影响，拉拔过程中，通过对其周围土体的塑性区的影响，从而影响到极限承载力的发挥。因此，研究密集群体支护条件下的群锚效应问题便很有存在意义。虽然目前工程上已经有不少的工程案例运用了锚定板式挡土墙，加筋土式挡墙，但考虑到试验的可行性，而在现有的试验技术中，在室内通过模型试验进行模拟时，其应力往往可以通过压力计测定，支护结构的位移则常常使用LVDT测定。但专利技术人发现，关于锚板周边、沿加筋土条带周围的土体在这种状况下的变形和位移则缺乏适当的测量形式，往往这类问题被简化为平面应变问题，但这种平面应变分析方式的缺点在于其无法研究土体中位移场的情况，无法对实验装置内部的土体进行非侵入式观测。
技术实现思路
针对现有技术中对于锚杆对周围土体的变形及位移影响被简化成平面应变问题，不能准确的反映锚杆对周围土体的真实影响，本公开提出了一种模拟多锚耦合作用的实验装置及方法，直接模拟施工过程中锚杆拉拔，对土体进行观察，能够准确反应锚杆拉拔对周围土体的真实影响。本公开一个或一些实施方式中，提供一种模拟多锚耦合作用的实验装置，包括透明模型箱，在透明模型箱中包括多个在同一竖直平面上平行、且相对于模型箱边缘倾斜设置的锚杆；还包括弧形开孔条带和外部加载装置，所述弧形开孔条带上沿弧形方向开设多个开孔，所述锚杆通过钢绞线穿过开孔与外部加载装置连接，外部加载装置控制钢绞线的收缩；还包括透射光源与相机。本公开一个或一些实施方式中，提供一种模拟多锚耦合作用的实验方法，所述方法在上述模拟多锚耦合作用的实验装置内进行，包括如下步骤：在透明模型箱上绘出数个均匀的点以供后期图像处理；按照预先计算好的角度，调整固定升降装置的位置；向模型箱内填筑土，填筑至最下方锚杆最底部高度时，放置最下方锚杆，用固定升降装置固定，再依次填充第二根锚杆的最底部高度，将第二根锚杆用固定装置固定，直至所有锚杆固定好，填充结束；每根锚杆连接的钢绞线被外部加载装置拉直，开启透射光源，对土体进行透射，在透明模型箱内产生光斑，开启外部加载装置开关，对钢绞线进行拉拔，带动锚杆拉拔，该过程被相机拍摄，经图像处理后即得。本公开一个或一些实施方式中，提供上述模拟多锚耦合作用的实验装置或权利要求上述模拟多锚耦合作用的实验方法在测试斜拉群锚拉拔过程中土体产生的位移场和矢量图中的应用。上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：1)本公开涉及模型试验中利用填筑土锚杆拉拔试验的试验装置及方法，可以通过改变埋置深度、双锚单锚相互作用从而对锚杆受拉后的应变变形状态进行多因素变量的分析和整合，由此可以分析锚土间的相互作用。本公开所述装置巧妙设置弧形开孔条带与搭接杆，既可以做到减少模型试验安装锚杆时对土体的扰动，又可以通过观测群锚拉拔过程中土体三维变形过程中的任一切面达到预测土体三维变形场的效果，且存在观测不同角度，不同高度处布置的锚板拉拔过程中板边土体位移变形的情况。本公开采用的透明土技术可以达成对锚拉式结构中土体变形形式的三维位移的非侵入式观测，且可以进行斜拉群锚效应的研究；2)本公开中采用CCD工业相机和PIV数字图像处理技术来观测土体内部的位移，精度较高、制备试样，进行试验所需的时间较短，有利于科研效率的提升。3)在实际施工过程中，保证斜拉群锚与水平面或挡墙、桩的垂直面有相同的角度是很重要的，为了研究群锚相互作用的影响机理及塑性区、土体流场的发展，本公开所述装置符合现实的施工过程中的锚固体系与支挡结构之间的关系。4)在锚板拉拔试验中，通常的思想是给予锚固结构一个固定的速度，而在实验室中，想要同时对两个斜拉的锚杆施加相同的速度比较困难。因为由于电机的重量和工作机理的问题，常用电机只能沿一个方向前进或后退，如果锚杆采用整体不易弯折的钢材，那么电机就要与锚杆的倾斜程度有一个相同的角度，这在实验室内的模型试验中基本无法实现，因此这种情况下是无法采用固定的电机作为加载方式的，所以本公开采用钢绞线，结合外部加载装置实现加载过程，避免电机倾斜给进或后退。5)钢绞线穿过单独加工的弧形条带，弧形条带的开孔位置根据工况的安排预先计算好，挡板顶部放有一根可以调节高度的杆也是同样的原因，调整它的高度配合弧形条带的开孔可以在不同的工况下也保证上下两根杆的平行。穿过条带后，上下两条钢绞线链条过滑轮，滑轮放置在水平位置固定横梁的不同高度处，横梁中间开孔，链条可以穿过，这样，只要在底部下垂的钢绞线边加入一个新的滑轮，斜拉的锚杆就可以通过水平方式加载。附图说明构成本公开一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。图1为实施例1所述模拟多锚耦合作用的实验装置结构图。图2为实施例1所述锚杆-钢绞线连接件结构图。图3为实施例1所述挡板结构图。图4为实施例1所述弧形开孔条带结构图。图5为实施例1所述模拟多锚耦合作用的实验装置的侧视简图。图6为实施例1带有外部加载装置的模拟多锚耦合作用的实验装置的侧视简图。其中：1.工业CCD相机；2.激光光源；3.透明模型箱；4.弧形开孔条带；5.钢绞线；6.锚杆；7.可移动挡板；8.模型箱底部凹槽；9.模型箱外侧玻璃板；10.模型箱侧面玻璃板；11.连接结构；12.顶部盖板；13.连接件；14.螺栓；15.搭接杆；16.高度调整架；17.弧形条带开孔；18.条带底座。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。本公开一个或一些实施方式中，提供一种模拟多锚耦合作用的实验装置，包括透明模型箱，在透明模型箱中包括多个在同一竖直平面上平行、且相对于模型箱边缘倾斜设置的锚杆；还包括弧形开孔条带和外部加载装置，所述弧形开孔条带上沿弧形方向开设多个开孔，所述锚杆通过钢绞线穿过开孔与外部加载装置连接，外部加载装置控制钢绞线的收缩；还包括透射光源与相机。优选的，透明模型箱可以用玻璃等坚韧透明的材质。优选的，所述相机为CCD工业相机，CCD工业相机可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟多锚耦合作用的实验装置，其特征在于，包括透明模型箱，在透明模型箱中包括多个在同一竖直平面上平行、且相对于模型箱边缘倾斜设置的锚杆；/n还包括弧形开孔条带和外部加载装置，所述弧形开孔条带上沿弧形方向开设多个开孔，所述锚杆通过钢绞线穿过开孔与外部加载装置连接，外部加载装置控制钢绞线的收缩；/n还包括透射光源与相机。/n

【技术特征摘要】
1.一种模拟多锚耦合作用的实验装置，其特征在于，包括透明模型箱，在透明模型箱中包括多个在同一竖直平面上平行、且相对于模型箱边缘倾斜设置的锚杆；
还包括弧形开孔条带和外部加载装置，所述弧形开孔条带上沿弧形方向开设多个开孔，所述锚杆通过钢绞线穿过开孔与外部加载装置连接，外部加载装置控制钢绞线的收缩；
还包括透射光源与相机。


2.如权利要求1所述的模拟多锚耦合作用的实验装置，其特征在于，所述弧形开孔条带的弧形为标准圆形的一部分，且弧形大于或等于180度，弧形开孔条带的开口朝向透明模型箱。


3.如权利要求1所述的模拟多锚耦合作用的实验装置，其特征在于，还包括固定升降装置，固定升降装置控制锚杆的位置。


4.如权利要求3所述的模拟多锚耦合作用的实验装置，其特征在于，所述固定升降装置位于透明模型箱上，包括固定板，所述固定板的两侧有高度调整架，所述高度调整架上有搭接杆，每根锚杆对应一根搭接杆；
优选的，所述固定板上有可拆卸底座，所述弧形开孔条带与可拆卸底座固定连接。


5.一种模拟多锚耦合作用的实验方法，其特征在于，所述方法在权利要求1-4任一项所述的模拟多锚耦合作用的实验装置内进行，包括如下步骤：
在透明模型箱上绘出数个均匀的点以供后期图像处理；...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宏博，王昊，吴建清，刘明朋，宋修广，庄培芝，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37