[发明专利]一种模拟加筋土挡墙墙趾受冲刷的离心模型试验装置与试验方法

说明书

本发明涉及一种模拟加筋土挡墙墙趾受冲刷的离心模型试验装置与试验方法，该试验装置包括：模型试验箱；加筋土挡墙模型：包括铺设在模型试验箱底部的地基土、设置在地基土中间位置的加筋土挡墙，以及压实填充在加筋土挡墙其中一侧与模型试验箱侧面所围空腔内的填土，所述的加筋土挡墙由埋设在地基土中的水平基座、逐层铺设在水平基座上的墙面模块、以及若干层从上到下水平铺设在填土中并与所述墙面模块连接的筋材组成；吸沙机构；高速摄像机。与现有技术相比，本发明可以更加经济、方便、可靠、智能地在实验室内，研究加筋土挡墙受水流掏蚀影响下的筋材受力特征演化，以及挡墙的变形破坏过程。

技术领域

本发明属于岩土工程与地质工程试验技术领域，涉及一种模拟加筋土挡墙墙趾受冲刷的离心模型试验装置与试验方法。

背景技术

上世纪60年代，法国工程师Henri Vidal提出“加筋土”概念，加筋土挡墙应运而生。相较于传统的重力式挡土墙、悬臂式挡土墙和扶壁式挡土墙等，加筋土挡墙以其造价低廉、施工简单、造型美观、稳定性高和抗震性能好等优点迅速发展，现已广泛应用于建筑、交通、水利和国土资源等领域的工程建设中。加筋土挡墙是一种良好的柔性结构，在水流冲刷下，具有一定程度的抗变形能力，但加筋土挡墙对水流冲刷的容忍能力是有限的，尤其是墙趾附近的地基土受水流的掏蚀程度过大时，也会造成墙体不断沉降、滑移甚至倾覆破坏，如：山区临河、临沟的加筋土挡墙，受洪水、泥石流等影响，墙趾附近地基土大量冲刷掏空，挡墙偏心荷载不断增大，造成路堤挡墙向河道倾覆趋势增强，最终引起路堤损毁和公路中断，对人们的生产生活和道路运输安全造成巨大影响。因此，研究水流掏蚀条件下加筋土挡墙的变形和破坏规律，对于加筋土挡墙工程的设计和施工具有重要的指导作用。

模型试验可形象直观地反映原型结构的受力和变形特点，受到学者们的普遍青睐。目前，针对加筋土挡墙的室内模型试验，主要有1g缩尺模型试验和ng离心模型试验。相较于传统的1g缩尺模型试验，离心模型试验具有保持模型与原型应力相同的优点，在边坡支挡和加筋土挡墙的稳定性研究方面已经得到了广泛应用。离心模型试验中，由于模型箱在离心机中高速旋转，在模拟边坡或基坑开挖工况时，不能像1g缩尺模型试验那样，对土体直接进行人工挖除，所以离心机中的开挖模拟一直是开展离心试验的难点问题。

目前,离心模型试验中模拟土体开挖的方法，主要有以下三类：一是在制样时将欲开挖的土体事先挖除，然后通过增大离心加速度来研究应力提高情况下，土体或挡土结构的反应；二是在离心模型试验中，通过排放与土体密度类似的液体来模拟开挖；三是利用高精密机械设备，对模型中的土体进行挖除。第一类方法人为忽略了离心机应力路径的影响，不能真实模拟实际结构的应力场，以及开挖导致的变化；第二类方法采用排放与土体相近密度液体的方法，耗时耗工，且对试验模型的制样提出了很多要求；第三类方法采用精密开挖机械通常造价过高，且往往需要与精密完善的离心机试验平台系统相结合。此外，由于机械装置的设计缺陷，设计的装置只能完成对地面以上土体的挖除模拟，如清华大学开发的离心模型试验过程中模拟边坡开挖的一种新设备，只能通过刀片将坡脚欲开挖的土体从边坡上切下并推离，以实现对坡脚土体的开挖模拟，而不能实现对坡脚下地基土的开挖模拟，因此利用上述设备就不可能实现对基坑开挖或水流对地基土掏蚀的离心试验模拟。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种模拟加筋土挡墙墙趾受冲刷的离心模型试验装置与试验方法，以解决现有离心模型试验装置无法实现对地基土掏蚀的离心试验模拟，并可以更加经济、方便、可靠、智能地在实验室内，研究加筋土挡墙受水流掏蚀影响下的筋材受力特征演化，以及挡墙的变形破坏过程。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一提供了一种模拟加筋土挡墙墙趾受冲刷的离心模型试验装置，包括：

模型试验箱；