CN102620992B - 试验室内对土压力进行模拟的加载***及模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种试验室内对土压力进行模拟的加载***，所述加载***安装在一试验坑内，所述试验坑内设有试验土，所述加载***包括加载作动器，所述加载作动器安装在作动器安装底座上，所述作动器安装底座安装在所述试验坑的墙上，所述加载作动器沿竖直方向多层分布，每层加载作动器为沿水平方向均匀分布多个，所述加载作动器的另一端通过传力杆与可前后运动的水平加载梁的前侧连接，所述水平加载梁沿竖直方向多层分布形成土压力加载面，所述水平加载梁的层数和加载作动器的层数相同，所述水平加载梁的后方为所述试验土。本发明还提供了采用该加载***对土压力进行模拟的方法。该加载***及方法能够实现对大比例堆载的土介质的模拟。

Description

试验室内对土压力进行模拟的加载***及模拟方法

技术领域

本发明涉及的是试验室内对大比例堆载的土介质进行水平向加载来模拟现实中土介质的压力分层分布情况的加载***及模拟方法。

背景技术

在土木工程建设的过程中，常常要对土介质中的压力分布进行研究，许多工程上需要解决的问题都与土层中的压力分布有关，例如边坡稳定问题、桩土间相互作用问题以及桩基承载力问题等。但是目前常见的研究手段为通过小比例模型试验来进行研究，但是当模拟的对象存在土介质时，重力成为一个比较难以模拟的物理量，而重力又是导致土体与结构受力变形和破坏的一个基本因素，其固结沉降、对结构的侧向土压力等都是直接由重力产生的。这在小比例的模型试验中很难模拟，这就需要大比例的土介质作为试验对象，并对大比例岩土层施加荷载进行土压力模拟。

目前国内关于土压力加载常见的是小比例的模型试验加载土压力，尚未见到对大比例岩土介质进行土压力模拟加载。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一套在试验室内对大比例堆载的土介质进行水平向加载来模拟现实中土介质中的压力分层分布情况的加载***及模拟方法。

为了解决上述问题，本发明提供了一种试验室内对土压力进行模拟的加载***，所述加载***安装在一试验坑内，所述试验坑内设有试验土，所述加载***包括加载作动器，所述加载作动器的一端安装在作动器安装底座上，所述作动器安装底座安装在所述试验坑的墙上，所述加载作动器沿竖直方向多层分布，每层加载作动器为沿水平方向均匀分布的多个，所述加载作动器的另一端通过传力杆与可前后运动的水平加载梁的后侧连接，所述水平加载梁沿竖直方向多层分布形成土压力加载面，所述水平加载梁的层数和加载作动器的层数相同，均与试验土中的各土层相对应，所述水平加载梁的前方为所述试验土。

优选地，所述试验坑为一矩形试验坑，所述作动器安装底座安装在所述试验坑的短边墙上。

优选地，还包括侧面安装滑槽和底面安装滑槽，所述土压力加载面可沿侧面安装滑槽和底面安装滑槽前后运动。

优选地，还包括导向装置，所述导向装置安装在水平加载梁的后侧，所述导向装置包括导轨和导向块，所述导向块和导轨相对滑动。

优选地，所述水平加载梁的后方设有带孔墙体，所述传力杆穿过带孔墙体与水平加载梁相连接。

本发明还提供了一种试验室内对被动土压力进行模拟的加载方法，其包括以下步骤：

1）在试验坑内堆载需要模拟的试验土，在堆载过程中，保证土压力加载面的位置不被试验土推动；

2）在所述试验土堆载完成后，在需要模拟的一个土层上设置压力传感器，所述土层对应的加载作动器逐渐增加荷载，使得所述土层对应的加载梁向前运动推动所述土层，直至所述土层变形过大而破坏；

3）通过所述压力传感器获得该土层破坏时的被动土压力；

4）返回步骤1），重复步骤1）至3），获得需要模拟的另一个土层破坏时的被动土压力。

优选地，在步骤1）中，所述土压力加载面后方设有牛腿和支撑墙，对土压力加载面提供支撑，以保证土压力加载面的位置不被试验土推动。

优选地，在步骤1）中，在堆载过程中，通过逐渐增加加载作动器的荷载以保证土压力加载面的位置不被试验土推动。

本发明还提供了一种试验室内对主动土压力进行模拟的加载方法，其包括以下步骤：

1）将加载作动器推出一定距离，然后在试验坑内逐步堆载需要模拟的试验土，在堆载过程中，逐渐增加各层加载作动器的荷载以保证土压力加载面的位置不被土层推动；

2）在所述试验土堆载完成后，在需要模拟的一个土层上设置压力传感器，所述土层对应的加载作动器逐渐减少荷载，使得所述土层对应的加载梁被所述土层向后推动，直至所述土层变形过大而破坏；

3）通过所述压力传感器获得该土层破坏时主动土压力；

4）返回步骤1），重复步骤1）至3），获得需要模拟的另一个土层破坏时的主动土压力。

本发明提供的试验室内对土压力进行模拟的加载***及模拟方法，将大比例的土介质作为试验对象，并对大比例岩土层施加荷载进行模拟，可获得试验土中每个土层的被动土压力和主动土压力，其模拟结果更加接近现实中大比例土介质中土层压力的真实情况。

附图说明

图1为本发明加载***的立体结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为本发明去除试验坑墙体后的***侧视图。

图4为本发明未放置码头结构和试验土时剖开侧面墙体后的轴视图。

图5为本发明中导向装置的示意图。

图6为本发明包括带孔墙体的加载***的结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2、图3和图4所示的试验室内对土压力进行模拟的加载***，该加载***安装在一长15m、宽10m、深7m的矩形试验坑1内，矩形试验坑1内设有试验土2，加载***包括加载作动器3，用来施加载荷，加载作动器3的一端安装在作动器安装底座4上，作动器安装底座4安装在矩形试验坑1的短边墙上，加载作动器3沿竖直方向多层分布，用来模拟试验土中各土层的土压力分布，每层加载作动器为沿水平方向均匀分布的多个，加载作动器3的另一端通过传力杆5与可前后运动的水平加载梁6的后侧连接，水平加载梁6沿竖直方向多层分布形成土压力加载面7，水平加载梁6的层数和加载作动器3的层数相同，均与试验土2中的各土层相对应，水平加载梁6的前方为试验土2。

较优地，如图6所示，该***的水平加载梁6的后方设有带孔墙体14，传力杆5穿过带孔墙体14与水平加载梁6相连接，带孔墙体14可阻隔试验坑1内的水进入作动器区域。

由于试验土中的各土层受到的压力若大于其破坏时的被动土压力，该土层就会产生破坏，因此试验室内模拟的土层的压力大小，不会超过其破坏时的被动土压力，故每层加载作动器的最大加载能力可根据每层土层破坏时的被动土压力计算。

该加载***还包括侧面安装滑槽8和地面安装滑槽9，当加载***工作时，土压力加载面7可沿侧面安装滑槽8和底面安装滑槽9前后运动，对加载梁6前方的试验土2施加荷载，来模拟现场各土层受到的土压力。

如图1、图2和图5所示，为保证多层设计的加载梁6在前后运动的过程中，上下层之间加载梁6不会因受力不均而发生转动和偏移，在加载梁6的后侧安装导向装置10，导向装置10包括导轨11和导向块12，导向块12和导轨11相对滑动。

利用以上加载***，本发明还提供了一种试验室内对被动土压力进行模拟的加载方法，其包括以下步骤：

1）在试验坑1内堆载需要模拟的试验土2，在堆载过程中，土压力加载面7后方设有牛腿和支撑墙15，对土压力加载面7提供支撑，以保证土压力加载面7的位置不被试验土2推动；或者通过逐渐增加加载作动器3的荷载以保证土压力加载面7的位置不被试验土2推动；

2）在试验土2堆载完成后，在需要模拟的一个土层上设置压力传感器，该土层对应的加载作动器3逐渐增加荷载，使得该土层对应的加载梁6向前运动推动该土层，直至该土层变形过大而破坏，在此过程中，土压力加载面7对该土层产生的力就是该土层的被动土压力；

3）通过上述压力传感器获得该土层破坏时的被动土压力；

4）返回步骤1），重复步骤1）至3），获得需要模拟的另一个土层破坏时的被动土压力。

通过以上方法，可获得试验土中各土层的被动土压力，并根据各土层对应的加载梁的位移，获得各土层的变形量，进而研究各土层的被动土压力与土层变形量之间的关系。

利用以上加载***，本发明还提供了一种试验室内对主动土压力进行模拟的加载方法，其包括以下步骤：

1）将加载作动器推出一定距离，该距离必须保证各土层破坏时各层加载梁可以后退的距离，然后在试验坑内1逐步堆载需要模拟的试验土2，在堆载过程中，因各土层对各层加载梁6的压力逐渐增大，于是需逐渐增加各层加载作动器3的荷载以保证土压力加载面7的位置不被土层推动；

2）在试验土2堆载完成后，在需要模拟的一个土层上设置压力传感器，该土层对应的加载作动器3逐渐减少荷载，使得该土层对应的加载梁6被该土层向后推动，直至该土层变形过大而破坏，在此过程中，该土层对土压力加载面7产生的力就是该土层的主动土压力；

3）通过上述压力传感器获得该土层破坏时的主动土压力；

4）返回步骤1），重复步骤1）至3），获得需要模拟的另一个土层破坏时的主动土压力。

通过以上方法，可获得各土层破坏时的主动土压力，为相关的研究项目服务。

如图1所示，为研究码头结构13处的试验土中各土层的压力分布，进而可获得各土层对码头结构的荷载及影响。

Claims (9)

1.一种试验室内对土压力进行模拟的加载***，所述加载***安装在一试验坑（1）内，所述试验坑（1）内设有试验土（2），其特征是：所述加载***包括加载作动器（3），所述加载作动器（3）的一端安装在作动器安装底座（4）上，所述作动器安装底座（4）安装在所述试验坑（1）的墙上，所述加载作动器（3）沿竖直方向多层分布，每层加载作动器为沿水平方向均匀分布的多个，所述加载作动器（3）的另一端通过传力杆（5）与可前后运动的水平加载梁（6）的后侧连接，所述水平加载梁（6）沿竖直方向多层分布形成土压力加载面（7），所述水平加载梁（6）的层数和加载作动器（3）的层数相同，均与试验土（2）中的各土层相对应，所述水平加载梁（6）的前方与所述试验土（2）接触。

2.根据权利要求1所述的试验室内对土压力进行模拟的加载***，其特征是：所述试验坑（1）为一矩形试验坑，所述作动器安装底座（4）安装在所述试验坑（1）的短边墙上。

3.根据权利要求1所述的试验室内对土压力进行模拟的加载***，其特征是：还包括侧面安装滑槽（8）和底面安装滑槽（9），所述土压力加载面（7）可沿侧面安装滑槽（8）和底面安装滑槽（9）前后运动。

4.根据权利要求1所述的试验室内对土压力进行模拟的加载***，其特征是：还包括导向装置（10），所述导向装置（10）安装在水平加载梁（6）的后侧，所述导向装置（10）包括导轨（11）和导向块（12），所述导向块（12）和导轨（11）相对滑动。

5.根据权利要求1所述的试验室内对土压力进行模拟的加载***，其特征是：所述水平加载梁（6）的后方设有带孔墙体（14），所述传力杆（5）穿过带孔墙体（14）与水平加载梁（6）相连接。

6.一种权利要求1所述的试验室内对土压力进行模拟的加载***对被动土压力进行模拟的加载方法，其特征是包括以下步骤：

1）在试验坑（1）内堆载需要模拟的试验土（2），在堆载过程中，保证土压力加载面（7）的位置不被试验土推动；

2）在所述试验土（2）堆载完成后，在需要模拟的一个土层上设置压力传感器，所述土层对应的加载作动器（3）逐渐增加荷载，使得所述土层对应的加载梁（6）向前运动推动所述土层，直至所述土层变形过大而破坏；

3）通过所述压力传感器获得所述土层破坏时的被动土压力；

4）返回步骤1），重复步骤1）至3），获得需要模拟的另一个土层破坏时的被动土压力。

7.根据权利要求6所述的对被动土压力进行模拟的加载方法，其特征是：在步骤1）中，所述土压力加载面（7）后方设有牛腿和支撑墙（15），对土压力加载面（7）提供支撑，以保证土压力加载面（7）的位置不被试验土（2）推动。

8.根据权利要求6所述的对被动土压力进行模拟的加载方法，其特征是：在步骤1）中，在堆载过程中，通过逐渐增加加载作动器（3）的荷载以保证土压力加载面（7）的位置不被试验土（2）推动。

9.一种权利要求1所述的试验室内对土压力进行模拟的加载***对主动土压力进行模拟的加载方法，其特征是包括以下步骤：

1）将加载作动器（3）推出一定距离，然后在试验坑内（1）逐步堆载需要模拟的试验土（2），在堆载过程中，逐渐增加各层加载作动器（3）的荷载以保证土压力加载面（7）的位置不被土层推动；

2）在所述试验土（2）堆载完成后，在需要模拟的一个土层上设置压力传感器，所述土层对应的加载作动器（3）逐渐减少荷载，使得所述土层对应的加载梁（6）被所述土层向后推动，直至所述土层变形过大而破坏；

3）通过所述压力传感器获得所述土层破坏时的主动土压力；

4）返回步骤1），重复步骤1）至3），获得需要模拟的另一个土层破坏时的主动土压力。

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