[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于道路工程领域，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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；本发明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。

本发明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。