[发明专利]一种支挡结构后土体主、被动土压力破坏模拟分析仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种试验装置，尤其涉及一种支挡结构后土体主、被动土压力破坏模拟分析仪。

背景技术

土压力是进行挡土结构物断面计算和稳定验算的重要荷载，许多学者对土压力的计算理论及方法进行了研究。其中库仑土压力计算理论所是在假定滑动面为平面、滑动体为刚性体的前提下建立的。该理论认为当挡墙突然移去时，填土将沿一个平面滑动。若挡墙离开填土发生一个微小位移或向填土挤压，则在墙背面与水平面间产生不同倾角的破坏面。当确定出破坏面的形状和位置，则根据滑动土体的静力平衡条件来确定主动或被动破坏土压力。

朗肯土压力理论假设土体是具有水平表面的半无限体，墙背竖直光滑。则墙后土单元体在水平方向和竖直方向为主应力方向，如果墙体向离开填土的方向移动时，随着位移量的增加，竖向应力保持不变，水平向应力逐渐减小，直至单元体达到主动极限平衡状态；如果墙体向填土方向使土体挤压时，随着位移量的增加，竖向应力保持不变，水平应力逐渐增大，并且大小主应力的方向会发生改变，直至达到被动极限平衡状态。

库仑和朗肯土压力理论直至今日仍为挡土墙设计中经常采用的重要方法，但由于实际条件与这两种理论的假定都有一定的出入，应用两种理论的适用性和误差就受到关注。在利用这两种理论解决工程问题前，应对土压力大小和分布规律的理论情况和实际情况进行对比分析。

目前，国内针对土压力破坏理论开展的的试验研究相对较少，在本发明之前，中国专利CN101127169公开了一种土体主动和被动破坏演示仪，其不足之处在于：

（1）土体主动和被动破坏演示仪活动挡板倾角固定，为竖直方向，而实际工程中并非都为直立挡墙。故对于有一定倾角的支挡结构后填土的破坏形式，该模型不能演示。

（2）土体主动和被动破坏演示仪活动挡板与动力螺纹为固定连接，试验中难以改变挡土墙与土接触一侧的粗糙程度，因此不能研究挡土墙的摩擦对破坏形态的影响。

（3）土体主动和被动破坏演示仪不能测定活动挡板不同位置的土压力，也未考虑对破坏产生时活动挡板所需达到的位移量进行测定，故仅可对主动和被动破坏的形式做一些模拟演示，不能对土压力破坏理论进行深入分析。

为了克服以上发明的不足，本发明设计了一种可改变挡土墙倾角，并且可更换不同摩擦程度的活动挡板的主、被动土压力破坏分析仪，可模拟多种倾角及摩擦组合的主动和被动土压力破坏。同时借助土压力传感器可测定不同位置的土压力大小，利用手轮精确控制活动挡板水平位移，对朗肯和库仑土压力破坏理论进行验证。

发明内容

本发明的目的是提供一种支挡结构后土体主、被动土压力破坏模拟分析仪。

主动和被动土压力破坏分析仪主体为透明有机玻璃制成的方形模型箱体，可在外部观察土体破坏形态；模型箱体内设有活动挡板，活动挡板上不同高度处嵌有三个土应力传感器，可采集试验整个阶段的水平向土压力大小并记录在应力采集器中；活动挡板上距底部20cm、21cm、22cm、23cm、25cm、27cm处设置多个螺栓孔，在活动挡板倾角为0°、6°、12°时选用20cm处螺栓孔，当活动挡板倾角在18°至45°内逐渐增大时依次选用22至27cm的螺栓孔，从而可降低活动挡板的高度，活动挡板底部的橡皮条也对阻止挡墙底部产生空隙起到辅助作用，阻隔填土漏出，同时可使活动挡板在平移时阻碍较小；活动挡板与角度控制环外环以螺栓固定，可拆卸更换不同粗糙程度的活动挡板；角度控制环内环与旋转顶撑采用刚性连接；角度控制环外环和角度控制环内环通过中心的角度控制环转轴相连，角度控制环外环和角度控制环内环外围分别有10个和12个同样大小的孔，内外环可绕转轴产生相对转动，当内外环一组圆孔对齐时，可用插销插入以固定内外环；旋转顶撑包住螺纹杆顶端圆形扁块，该部分可在顶撑内部旋转，螺纹杆在朝向或背离填土方向的位移会通过旋转顶撑向角度控制环传递；螺纹杆由螺纹杆固定套管连接在模型箱体一侧，伸出模型箱体有机玻璃箱外并设置手轮。

试验时自有机玻璃箱中正上方处向有机玻璃箱中分层撒入待演示的土体和有色砂层。顺时针或逆时针转动手轮，则可以控制挡土墙朝向或背离土体方向运动，随着挡板上土压力增大或减小到一定程度，墙后土体将达到极限状态，部分土体及有色砂层滑落或隆起，土体产生不同形态及角度的裂缝，滑动面形成，土体产生主动或被动破坏。此时，若滑动面为平面可以用量角器量出滑动破坏面与水平面的夹角，若破坏面为曲面可绘制或记录裂缝形态；同时根据裂缝出现时的手轮旋转圈数，以及螺旋杆螺距，可计算主动或被动破坏产生所需达到的应变。而整个试验过程中测定的土压力记录在应力采集器中。