土層錨固體界面應(yīng)力傳遞機(jī)理試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種試驗(yàn)裝置，尤其涉及研究土層錨桿錨、錨索錨固機(jī)理的試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]土層錨固技術(shù)是在土層或破碎的巖體中進(jìn)行植筋或加固的技術(shù)，是近代巖土工程領(lǐng)域的一項(xiàng)重要組成部分。隨著我國(guó)大力興建基礎(chǔ)設(shè)施，特別是對(duì)交通、能源、水利和城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度的加大，錨固技術(shù)已展示出十分廣闊的應(yīng)用前景。雖然土層錨固技術(shù)的應(yīng)用范圍較廣，新的錨固方式(如拉力型、壓力型、擴(kuò)徑型、混合型及其多元形式)不斷出現(xiàn)，但對(duì)其錨固機(jī)理的認(rèn)識(shí)與理論研究卻相對(duì)滯后，目前還沒有一種可以得到廣泛認(rèn)可的工程設(shè)計(jì)理論，整體處在經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段，還有許多問題有待于進(jìn)一步解決。由于土體的性質(zhì)復(fù)雜性，土層錨固工程出現(xiàn)病害甚至失事的現(xiàn)象屢見不鮮，給工程建設(shè)帶來極大的安全隱患，嚴(yán)重的甚至造成工程中斷、人員傷亡和帶來重大的經(jīng)濟(jì)損失。因此對(duì)土層錨固理論及應(yīng)用的研究是有十分重要的意義。
[0003]土層錨固體理論研究的基礎(chǔ)，首先應(yīng)該對(duì)土層錨固體在荷載的作用下、土層與錨固體之間的應(yīng)力及位移分布情況進(jìn)行試驗(yàn)。在以往的研究工作中，人們進(jìn)行了大量的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和宏觀實(shí)驗(yàn)研究以揭示錨固體的宏觀力學(xué)行為。當(dāng)然人們也注意了錨固體與土接觸面的細(xì)觀特性，M.R.Dyer用光彈試驗(yàn)來考察各種土工合成材料與“土”相對(duì)作用時(shí)應(yīng)力分布模式。該試驗(yàn)所用“土樣”為碾碎的硼硅酸玻璃，試驗(yàn)沉浸在與玻璃具有相同的折射率的液體石蠟中進(jìn)行，加荷后在圓形偏振光照射下用偏光鏡觀察，獲得光彈圖形進(jìn)行分析。Y.Yoshimi和T.Kishida進(jìn)行剪切試驗(yàn)，在砂土中埋設(shè)小鉛球，通過X射線來追蹤鉛球的位置，觀察接觸面上顆粒的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。張嘎等建立了跟蹤并測(cè)量土顆粒運(yùn)動(dòng)的細(xì)觀測(cè)量算法，編制了相應(yīng)軟件，對(duì)粗粒土與結(jié)構(gòu)接觸面剪切試驗(yàn)過程中的土顆粒運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了測(cè)量。這些實(shí)驗(yàn)方法都是采用平面方法(平面應(yīng)力或平面應(yīng)變)進(jìn)行的，與錨固系統(tǒng)的軸對(duì)稱特性有較大的差異，不能反映錨固體界面變形出現(xiàn)體脹而產(chǎn)生徑向壓力的現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對(duì)土層錨固體界面應(yīng)力傳遞機(jī)理研究需要，發(fā)明一種土層錨固體界面應(yīng)力傳遞機(jī)理試驗(yàn)系統(tǒng)，同時(shí)提供該系統(tǒng)試驗(yàn)方法。
[0005]技術(shù)方案是:一種土層錨固體界面應(yīng)力傳遞機(jī)理試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，由用于埋設(shè)錨固體錨桿和傳感器的試驗(yàn)裝置、應(yīng)力和位移量測(cè)系統(tǒng)、拉力試驗(yàn)機(jī)以及光學(xué)采集系統(tǒng)所組成;其中:
[0006]所述的埋設(shè)錨固體和傳感器的試驗(yàn)裝置，包括一個(gè)斷面為半圓狀的立式箱體，SP立式箱體的前面為平面板，其余周面為半圓弧殼體，而且至少平面殼體應(yīng)為透明的;立式箱體內(nèi)盛裝有土樣，土樣的上面設(shè)有半圓形的活動(dòng)蓋板，活動(dòng)蓋板上設(shè)有孔，孔的位置應(yīng)布置在圓心位置，通過孔安裝上周圍制作有錨固體的錨桿，立式箱體底面固定上拉桿，拉桿與錨桿在同一軸線上;在立式箱體壁的不同高度上設(shè)有若干導(dǎo)線孔；
[0007]所述的應(yīng)力和位移量測(cè)系統(tǒng)，包括設(shè)在錨固體上端部的的拉力/位移傳感器、埋設(shè)在立式箱體土層中不同高度上的微型壓力傳感器、連接在上述傳感器上的數(shù)據(jù)采集儀表、連接在數(shù)據(jù)采集儀表上的用于數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)和圖像卡；
[0008]所述的拉力試驗(yàn)機(jī)設(shè)有夾住試驗(yàn)裝置錨桿頭的上夾具和夾住試驗(yàn)裝置拉桿的下夾具，為試驗(yàn)裝置提供試驗(yàn)所需要的拉力；
[0009]所述的光學(xué)采集系統(tǒng)是設(shè)置在試驗(yàn)裝置外部的CCD攝像系統(tǒng)，用于采用光學(xué)實(shí)驗(yàn)方法觀察、監(jiān)測(cè)和計(jì)算錨固體和土層的位移場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)。
[0010]進(jìn)一步，所述的立式箱體由半圓殼體和透明前檔板兩部分連接組成，半圓殼體的兩翼和透明前檔板通過夾板用螺栓連接在一起。所述的土樣箱體上下分別設(shè)置固定和活動(dòng)蓋板，活動(dòng)蓋板的作用是在裝入土樣后，用螺栓與箱體固定。
[0011]進(jìn)一步，所述的透明平面檔板采用鋼化玻璃，以便直接觀察或采用光學(xué)實(shí)驗(yàn)方法觀察荷載作用下土樣顆粒位移變形應(yīng)變狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。
[0012]進(jìn)一步，所述的錨桿周圍制作的錨固體為砂漿材料制作的半圓形斷面的錨固體。
[0013]進(jìn)一步，所述的半圓殼體直徑為40mm。
[0014]進(jìn)一步，所述的錨桿采用Φ16的螺紋鋼筋。
[0015]本發(fā)明的試驗(yàn)方法是:
[0016]第一步、試驗(yàn)前，首先在錨桿上制作砂漿錨固體，在砂漿錨固體上端固定上拉力/位移傳感器，并在立體式箱體中的不同高度上用膠帶臨時(shí)固定上微型壓力傳感器，待砂漿錨固體養(yǎng)護(hù)28天后將砂漿錨固體錨桿裝入立體式箱體中，添加土樣，根據(jù)土樣密實(shí)度的要求依次搗實(shí)，然后裝上活動(dòng)蓋板，構(gòu)成試驗(yàn)裝置；
[0017]第二步、將試驗(yàn)裝置安裝在拉力試驗(yàn)機(jī)上，安裝時(shí)用拉力試驗(yàn)機(jī)的上下夾具分別夾持住試驗(yàn)裝置的錨桿頭和拉桿，并保證透明的一面朝外;試驗(yàn)裝置固定后，將拉力/位移傳感器和微型壓力傳感器的導(dǎo)線從導(dǎo)線孔穿出，穿出后連接數(shù)據(jù)采集儀表，將數(shù)據(jù)采集儀表再與圖像卡和計(jì)算機(jī)連接;將CCD攝像系統(tǒng)布置在試驗(yàn)裝置對(duì)面，保證攝像頭對(duì)準(zhǔn)試驗(yàn)裝置的透明面；
[0018]第三步、準(zhǔn)備就緒，開始試驗(yàn)，啟動(dòng)拉力試驗(yàn)機(jī)，以位移模式進(jìn)行加載，數(shù)據(jù)采集儀采集拉力/位移和壓力數(shù)據(jù)，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)文件傳送給計(jì)算機(jī)，進(jìn)行比較、計(jì)算、分析和處理，以獲得隨著錨固體荷載和位移的增大產(chǎn)生的徑向壓力的變化規(guī)律；同時(shí)CCD攝像系統(tǒng)透過試驗(yàn)裝置的透明面記錄整個(gè)試驗(yàn)過程的變化情況和相關(guān)數(shù)據(jù)，再根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)采用光學(xué)實(shí)驗(yàn)方法計(jì)算錨固體和土層的位移場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)，為建立及研究土層錨固體界面變形失效規(guī)律提供依據(jù)。
[0019]本發(fā)明的積極效果是:
[0020]1.由于采用半圓形立式箱體，能夠模擬錨固體荷載傳遞的軸對(duì)稱特征。
[0021 ] 2.由于前擋板是透明的，具有試驗(yàn)可視化，能采用直接觀察法或借助于光學(xué)實(shí)驗(yàn)方法直接觀察錨固體在荷載作用下土顆粒的運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及錨固體和土樣的變形及應(yīng)變狀
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[0022]3.通過設(shè)置在箱體壁內(nèi)的微型壓力傳感器，可獲得隨著錨固體荷載和位移的增大產(chǎn)生的徑向壓力的變化情況。
[0023]4.實(shí)驗(yàn)工作可在一般常用的材料力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，不需要配置專用實(shí)驗(yàn)設(shè)備。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明的實(shí)施例試驗(yàn)裝置的主視圖；
[0025]圖2圖1的側(cè)視圖；
[0026]圖3是圖1的俯視圖；
[0027]圖4是另一實(shí)施例立體箱體的俯視圖；
[0028]圖5是本發(fā)明實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不意圖。
[0029]圖中:1-立式箱體，2-活動(dòng)蓋板，3-錨桿，4-土樣5-孔，6_上夾具，7_傳感器導(dǎo)線孔，8-微型壓力傳感器，9-透明前檔板，10-半圓弧殼體，11-夾板，12-拉桿，13-錨固體，14-拉力試驗(yàn)機(jī)，15-圖像卡，16-計(jì)算機(jī)，17-數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換儀表，18-光學(xué)采集系統(tǒng)，19-拉力/位移傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明；
[0031]如圖5所示，一種土層錨固體界面應(yīng)力傳遞機(jī)理試驗(yàn)系統(tǒng)，由用于埋設(shè)錨固體錨桿和傳感器的試驗(yàn)裝置、應(yīng)力和位移量測(cè)系統(tǒng)、拉力試驗(yàn)機(jī)14以及光學(xué)采集系統(tǒng)18所組成;其中:
[0032]所述的埋設(shè)錨固體和傳感器的試驗(yàn)裝置如圖1-3所示，包括一個(gè)斷面為半圓狀的立式