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原文传递一种刚性挡墙多种变位模式下墙后有限土体土压力模型试验装置及方法

专利名称：	一种刚性挡墙多种变位模式下墙后有限土体土压力模型试验装置及方法
摘要：	本发明公开了一种刚性挡墙多种变位模式下墙后有限土体土压力模型试验装置及方法，该装置包括装土箱、活动挡墙、挡墙运动控制系统和光学测量系统；装土箱内的试验土体为人工合成透明土，人工合成透明土由玻璃砂和孔隙流体按特定比例混合液合成；活动挡墙为刚性挡墙，活动挡墙可在装土箱框架内发生平动和转动；挡墙运动控制系统由上螺杆、下螺杆、倾斜活动套、轴承、活动球、槽钢和百分表组成；光学测量系统，包括激光器、CCD相机、计算机。本发明在活动挡墙位移较小或发生不同模式的变位，可以获知墙后滑裂面的形态整个三维土体位移场的分布，引入一种方便肉眼识别且可准确对墙后整个三维土体位移场分析。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	浙江;33
申请人：	浙江大学
发明人：	徐日庆;程康;申硕;应宏伟;于丙琪;冯苏阳;李宝建
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-27T00:00:00+0800
发布日期：	2019-04-26T00:00:00+0800
申请号：	CN201910077051.7
公开号：	CN109680734A
代理机构：	杭州求是专利事务所有限公司
代理人：	刘静;邱启旺
分类号：	E02D33/00(2006.01);E;E02;E02D;E02D33
申请人地址：	310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘路866号
主权项：	1.一种刚性挡墙多种变位模式下墙后有限土体土压力模型试验装置，其特征在于，包括装土箱、活动挡墙、挡墙运动控制系统和光学测量系统；所述装土箱内的试验土体为人工合成透明土，所述人工合成透明土由玻璃砂和孔隙流体按特定比例混合液合成；所述的挡板由无色透明有机玻璃板嵌固在装土箱框架两侧；所述装土箱框架由钢板焊接组装而成，装土箱框架上设有螺栓孔；所述垫板为无色透明有机玻璃板；所述的固定挡墙置于装土箱内部，为刚性挡墙，固定挡墙通过螺栓与装土箱固定；所述活动挡墙为刚性挡墙，材质为钢化玻璃，活动挡墙底部设有滑轮，活动挡墙可在装土箱框架内发生平动和转动；所述的挡墙运动控制系统，由上螺杆、下螺杆、倾斜活动套、轴承、活动球、槽钢和百分表组成；所述活动球焊接在活动挡墙外部，活动球外部焊接有槽钢；活动球通过槽钢的开口焊连上螺杆、下螺杆；所述上螺杆、下螺杆为钢管，可控制活动挡墙的变位；所述轴承套在上螺杆、下螺杆的中间部分；所述倾斜活动套安装在活动挡墙外部；所述细钢棒连接轴承和倾斜活动套，可控制上螺杆、下螺杆在空间内的上下转动，实现活动挡墙不同变位模式；所述百分表分别安装在活动挡墙的顶、底部；所述微型土压力盒黏贴在活动挡墙设计深度处，并从试验土体引出微型土压力盒电缆线至数据采集仪用于读数记录；所述的光学测量系统，包括激光器、CCD相机、计算机，所述激光器为半导体片光源激光器，功率可调最大为3W，与人工合成透明土干涉能产生散斑场；所述CCD相机镜头轴线垂直于激光在试验土体中形成的激光面；所述计算机用利用PIV(粒子图像测试)技术对试验数据的存储和处理，经过PIV(粒子图像测试)技术处理后即可得到某个断面在活动挡墙变位前后的断面内二维位移场，结合多个土体断面的量测图像以及CCD相机参数，可实现活动挡墙墙后土体三维位移场的重组。 2.根据权利要求1所述的一种刚性挡墙多种变位模式下墙后有限土体土压力模型试验装置，其特征在于，所述人工合成透明土采用玻璃砂、孔隙流体合成；玻璃砂粒径分布在0.1～0.5mm，孔隙流体采用正十二烷、十五号白油两种透明液体按质量配比2：25混合而成。 3.根据权利要求1所述的一种刚性挡墙多种变位模式下墙后有限土体土压力模型试验装置，其特征在于，结合百分表，所述上螺杆、下螺杆可不同步、不同转动速率，以起到对活动挡墙变位方式及变位大小的控制，同速率转动上螺杆、下螺杆，可模拟活动挡墙平动；控制上螺杆转动速率是下螺杆速率的N倍(N取3～6)，可模拟活动挡墙绕墙底转动；控制下螺杆转动速率是上螺杆速率的N倍(N取3～6)，可模拟活动挡墙绕墙顶转动。 4.根据权利要求1所述的一种刚性挡墙多种变位模式下墙后有限土体土压力模型试验装置，其特征在于，所述激光器为半导体片光源激光器，功率可调最大为3W，与人工合成透明土干涉能产生散斑场。 5.根据权利要求1所述的一种刚性挡墙多种变位模式下墙后有限土体土压力模型试验装置，其特征在于，所述CCD相机分辨率为1280×960，采用帧曝光，曝光时间100us-20s。 6.根据权利要求1所述的一种刚性挡墙多种变位模式下墙后有限土体土压力模型试验装置，其特征在于，所述轴承用于固定装土箱上、下端安装的上螺杆、下螺杆；上螺杆、下螺杆一端套上槽钢，另一端焊接活动球，上螺杆、下螺杆固定在活动挡墙外表面上；上螺杆、下螺杆中间装有轴承，活动挡墙外表面装有倾斜活动套，用细钢棒连接活动挡墙和倾斜活动套，构成在平面内上下转动的三角支架。 7.根据权利要求1所述的一种刚性挡墙多种变位模式下墙后有限土体土压力模型试验装置，其特征在于，所述微型土压力盒沿活动挡墙墙身中部埋设，从上至下，按间距0.1H(H为活动挡墙高度)布置，总共布置8个。 8.一种根据权利要求1所述装置的刚性挡墙多种变位模式下墙后有限土体土压力模型试验方法，其特征在于，主要步骤包括：步骤1：试验前将要布置微型土压力盒的装土箱内表面粘满试验土样，确保装土箱内表面的粗糙度；在装土箱内侧壁涂抹适量的润滑油，减小土体与侧壁的摩擦；步骤2：将微型土压力盒黏贴在设计位置处，引出电缆线与数据采集仪相连用于读数记录；步骤3：将配置好的人工合成透明土，分层装填进装土箱；步骤4：控制活动挡墙变位大小及变位方式，如平行移动或者绕墙趾转动，同时，激光器发出激光并穿过透明土形成一观测剖面，CCD相机连续拍摄土颗粒和激光相互作用产生的光斑照片，并存储在计算机用于PIV(粒子图像测试)技术处理；记录土压力读数，记录百分表数值，同时观测墙后土体变化过程以及滑裂面发展；步骤5：撤去螺栓，移去固定挡墙，撤除试验土样，然后改变固定挡墙与活动挡墙间距，重复以上步骤，开展墙后不同宽度有限土体工况下，活动挡墙不同位移模式、变位模式时的土压力试验。
所属类别：	发明专利