一种护面块体抗脱稳定测试装置及测试方法与流程

1.本发明涉及一种护面块体抗脱稳定测试装置及测试方法，适用于 水工、港工、海工的护面块体抗脱稳定现场及室内试验领域，主要应 用于沿海、内河、内湖地区护面块体抗脱稳定性能的检测，测试护面 块体在发生跳脱、掀脱失稳时所受的最大外力。


背景技术：

2.在水工、港工、海工等水工建筑物中，护面块体结构起到了消浪、 防护的作用。但在波浪等外力冲击下，护面块体存在发生跳脱、翻滚 掀脱、平移等失稳的可能，从而影响工程的运行安全。因此，人们很 关心护面块体在砌筑完成后的抗脱稳定性能，想知道护面块体在跳脱、 掀脱失稳前能承受的最大的外力。
3.目前，常见的护面块体结构的室内波浪断面模型试验，只是通过 室内模拟试验，模拟护面块体在不同潮位、波浪作用下的整体失稳情 况，无法检测护面块体失稳时受到的外力，且试验工序繁杂、试验周 期长、成本高；已公开的实用新型专利“一种护面块体抗跳脱承载力测 试装置”，存在难以检测位于工程实际现场的、不规整的大型护面块体 的缺点。


技术实现要素：

4.为了克服已有技术的不足，本发明提供了一种结构相对简单、适 用性高的护面块体抗脱稳定测试装置及测试方法，适用于规则护面块 体或不规整的大型护面块体，有效应用于工程实际现场。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
6.一种护面块体抗脱稳定测试装置，包括吊具、测力计、传力部件、 施力机构和用于量测所述护面块体在发生失稳过程中的位移量的块体 失稳位移测量机构，所述护面块体的上表面与相邻护面块体的上表面 形成的面为斜面或水平的平面；所述吊具的下端与护面块体连接，所 述吊具的上端与所述测力计的下端连接；所述测力计的上端与传力部 件的下端连接；所述传力部件的上端与施力机构连接；所述块体失稳 位移测量机构安装在不受影响的所述护面块体周边护面结构的上表面 上，所述施力机构向传力部件施加拉力，使得测力计的下端点向测力 计的上端点、测力计上端的传力部件方向形成的延长线，所述延长线 与护面块体的向上表面的跳脱或掀脱失稳方向一致，所述延长线与护 面块体的重心之间存在偏心距。
7.本发明中，所述吊具的下端与护面块体连接的方案中，吊具上具 备夹块体的功能或护面块体上有让吊具直接吊起的部位，通常吊具的 下端与护面块体的侧面连接，当然，也可以是护面块体的底面或上表 面。
8.进一步，所述偏心距为l，l取值为护面块体最长边长的0～2/3 倍。由于护面块体的周边缝隙的存在，失稳时，周边块体给它的摩擦 力、卡夹力，不太会象地球施加的重力那样，均匀地作用于块体上或 块体的周边，所以，理论上，失稳的方向很难刚好穿过其重心，
通常 情况下l不取0，当护面块体及周边的块体都很规整、周边块体给它 的摩擦力、卡夹力均匀分布且护面块体呈水平放置或接近于水平放置 时，l有可能取0，此时所述延长线穿过所述护面块体的重心。当然， 护面块体与周边块体均接近规整、护面块体接近水平放置时，l也可 近似地取0。
9.再进一步，所述延长线的方向与护面块体上表面的夹角为α，α 取值为45度～135度。当α取90度时，所述延长线的方向与护面块体 上表面垂直；垂直或接近垂直于护面块体所在护面结构的上表面是较 优方案。
10.更进一步，所述护面块体抗脱稳定测试装置还包括锚钳组件，所 述锚钳组件的下端与所述护面块体连接，所述锚钳组件的上端与所述 吊具的下端连接。
11.优选的，所述锚钳结构的下端锚固于所述护面块体。
12.所述锚钳组件由采用锚固、钳固或捆绑于护面块体的固定结构和 用于调节受力点位置的调节结构组成，所述固定结构的下端与所述护 面块体连接，所述固定结构的上端与所述调节结构的下端连接，所述 调节结构的上端与吊具的下端连接。
13.再进一步，所述固定结构为若干根嵌入护面块体的锚筋、膨胀螺 丝或其他刚性材料，或采用若干根不嵌入护面块体的钢丝绳捆绑、钢 板夹具夹钳、钢制爪形夹具。
14.再进一步，所述调节结构采用可调节长度的吊链、吊索、钢丝绳 或其他刚性、不可伸缩的材料。
15.当无需利用调节结构进行调节受力点位置节时，所述锚钳组件中 的调节结构可省去。
16.再进一步，所述吊具采用带链条或钢丝绳的吊钩、吊钳。
17.再进一步，当采用吊具可直接嵌固护面块体时，所述锚钳组件可 省去。
18.再进一步，所述块体失稳位移测量机构为位移计，所述位移计的 固定端固定在不受影响的所述护面块体周边的护面结构上，所述位移 计的活动测头置于所述护面块体的上表面。所述块体失稳位移测量机 构也可以采用红外测量仪、标尺、卷尺以及其他能够量测块体失稳过 程中的位移量的工具，或某一限定失稳高度的绳线等参照物。当对位 移量、限定失稳高度的精度要求不高时，可采用目测方法估测。判定 所述护面块体发生失稳时的临界状态的方法可采用下列其中一种：1) 量测得到的护面块体位移量大于限定值时，2)测力计的测得的数值达 到峰值时，3)采用方案1)与方法2)综合判定。
19.再进一步，所述测力计可采用吊秤、推拉力计、压力表。
20.所述传力部件为不可伸长、不易断且重量小的材料。所述传力部 件为传力线或传力杆，优选的，传力部件采用钢丝绳。
21.所述施力机构采用直接施力、千斤顶辅助施力、卷扬机辅助施力、 吊车辅助施力或其他施力方式。
22.所述护面块体包括理砌块石、混凝土灌砌块石、混凝土半灌块石、 混凝土生态灌砌块石、浆砌块石等护面结构中的块石，也包括混凝土 方块、四脚空心块体、扭王字块体、扭工字块体、螺母块体、栅栏板 等采用混凝土或其他胶结材料预制的护面块体。
23.一种护面块体抗脱稳定测试方法，所述方法包括以下步骤：
24.s1连接吊具、测力计、传力部件以及施力机构：吊具的下端与 护面块体连接，吊具的上端与测力计的下端连接；测力计的上端与传 力部件的下端连接；传力部件的上端与施
力机构连接；将块体失稳位 移测量机构安装在不受影响的所述护面块体周边护面结构的上表面 上；
25.s2调节并固定测力计、传力部件以及施力机构所在连线与被测 块体的向上表面的跳脱或掀脱失稳方向一致，所述延长线与护面块体 的重心之间存在偏心距；
26.s3读取块体失稳位移测量机构、测力计初始值；
27.s4施力机构向传力部件施加拉力，待护面块体失稳位移大于限 定值时或测力计测得的数值达到峰值时，停止加载；
28.s5读取位移计、测力计的数据。
29.进一步，所述步骤s2中，在不受影响的所述护面块体周边的护 面块体上表面，架设摄录设备，架设高度与位移失稳限定值相同，摄 录朝向能确保摄录能覆盖所述护面块石整个失稳过程、测力计读数、 块体失稳测量机构读数。
30.再进一步，所述步骤s1中，块体失稳位移测量机构可以是位移 计，所述位移计的固定端固定在不受影响的所述护面块体周边的护面 结构上，所述位移计的活动测头置于所述护面块体的上表面。
31.更进一步，所述步骤s1中，安装并调整锚钳组件，所述锚钳组 件的下端与所述护面块体连接，所述锚钳组件的上端与所述吊具下连 接。
32.本发明的有益效果主要表现在：构造相对简单，操作便捷，易于 实现，适用性高；适用规则护面块体，也适用于不规整的大型护面块 体，适用于室内测试，也适用于工程实际现场的测试。
附图说明
33.图1是第一种护面块体抗脱稳定测试装置的结构图。
34.图2是图1中a处的局部放大图。
35.图3是第二种护面块体抗脱稳定测试装置的结构图。
36.图4是第三种护面块体抗脱稳定测试装置的结构图。
37.图5是第一种锚钳组件的结构图。
38.图6是第二种锚钳组件的结构图。
39.图7是第三种锚钳组件的结构图。
40.图8是第四种锚钳组件的结构图。
41.图9是第五种锚钳组件的结构图。
42.图10是第六种锚钳组件的结构图。
43.图11是第七种锚钳组件的结构图。
44.图12是第八种锚钳组件的结构图。
45.图13是第九种锚钳组件的结构图。其中，1—护面结构、2—被测块体、3—固定结构、4—位移计、5— 调节结构、6—吊具、7—测力计、8—传力部件、9—施力机构、10— 重心、11—角度α、12—距离l。
具体实施方式
46.下面结合附图对本发明作进一步描述。
47.实施例1
48.参照图1～图12，一种护面块体抗脱稳定测试装置，包括吊具6、 测力计7、传力部件8、施力机构9和用于量测所述护面块体在发生失 稳过程中的位移量的块体失稳位移测量机构，所述护面块体2的上表 面与相邻护面块体的上表面形成的面为斜面或水平的平面；所述吊具 6的下端与护面块体2连接，所述吊具6的上端与所述测力计7的下 端连接；所述测力计7的上端与传力部件8的下端连接；所述传力部 件8的上端与施力机构9连接；所述块体失稳位移测量机构安装在不 受影响的所述护面块体周边护面结构的上表面上；所述施力机构9向 传力部件8施加拉力，使得测力计7的下端点向测力计7的上端点、 测力计7上端的传力部件8方向形成的延长线，所述延长线与护面块 体22的向上表面的跳脱或掀脱失稳方向一致，所述延长线与护面块体 2的重心10之间存在偏心距。
49.本发明中，所述吊具的下端与护面块体连接的方案中，吊具上具 备夹块体的功能或护面块体上有让吊具直接吊起的部位，通常吊具的 下端与护面块体的侧面连接，参照图4，当然，也可以是护面块体的 底面或上表面。
50.进一步，所述偏心距12为l，l取值为护面块体2最长边长的0～2/3 倍。由于护面块体2的周边缝隙的存在，失稳时，周边块体给它的摩 擦力、卡夹力，不太会象地球施加的重力那样，均匀地作用于块体上 或块体的周边，所以，理论上，失稳的方向很难刚好穿过其重心，通 常情况下l不取0，当护面块体2及周边的块体都很规整、周边块体 给它的摩擦力、卡夹力均匀分布且护面块体2呈水平放置时，l有可 能取0，此时所述延长线穿过所述护面块体2的重心。当然，护面块 体与周边块体均接近规整、护面块体呈水平放置或接近于水平放置时， l也可近似地取0。
51.再进一步，所述延长线的方向与护面块体2上表面的夹角11为α， α取值为45度～135度。当α取90度时，所述延长线的方向与护面块 体2上表面垂直；垂直或接近垂直于护面块体2所在护面结构的上表 面是较优方案。
52.更进一步，所述护面块体抗脱稳定测试装置还包括锚钳组件，所 述锚钳组件的下端与所述护面块体2连接，所述锚钳组件的上端与所 述吊具6的下端连接。
53.优选的，所述锚钳结构的下端锚固于所述护面块体2。
54.所述锚钳组件由采用锚固、钳固或捆绑于护面块体的固定结构3 和用于调节受力点位置的调节结构5组成，所述固定结构3的下端与 所述护面块体2连接，所述固定结构3的上端与所述调节结构5的下 端连接，所述调节结构5的上端与吊具6的下端连接。
55.再进一步，所述固定结构3为若干根嵌入护面块体的锚筋、膨胀 螺丝或其他刚性材料，或采用若干根不嵌入护面块体的钢丝绳捆绑、 钢板夹具夹钳、钢制爪型夹具。
56.再进一步，所述调节结构5采用可调节长度的吊链、吊索、钢丝 绳或其他刚性、不可伸缩的材料。
57.当无需利用调节结构3进行调节受力点位置节时，所述锚钳组件 中的调节结构3可省去。
58.图5是第一种锚钳组件的结构图。该结构采用侧面锚固，可调节 偏心距。该锚钳组件适用于被测块体侧面易锚固，且需要调节偏心距 离l。
59.图6是第二种锚钳组件的结构图。该结构采用上表面锚固，可调 节偏心距。该锚钳组件适用于被测块体上表面易锚固，且需要调节偏 心距离l。
60.图7是第三种锚钳组件的结构图。该结构采用底部卡夹，可调节 偏心距。该锚钳组件适用于被测块体不易采用锚固，且侧面不易采用 卡夹，但可通过底部卡夹进行固定，同时需要调节偏心距离l。
61.图8是第四种锚钳组件的结构图。该结构采用表面捆绑，可调节 偏心距。该锚钳组件适用于被测块体不易采用锚固，但可采用捆绑结 构进行固定，且需要调节偏心距离l。
62.图9是第五种锚钳组件的结构图。该结构采用侧面卡夹，可调节 偏心距。该锚钳组件适用于被测块体不易采用锚固，但侧面可采用卡 夹同时，需要调节偏心距离l。
63.图10是第六种锚钳组件的结构图。该结构采用侧面小范围锚固与 侧面卡夹相结合，可调节偏心距。该锚钳组件适用于被测块体侧面仅 小范围可采用锚固，并采用侧面卡夹，同时需要调节偏心距离l。
64.图11是第七种锚钳组件的结构图。该结构采用侧夹固定，可调 节偏心距。该锚钳组件适用于被测块体不易采用锚固，但可采用侧夹 形式进行固定，且需要调节偏心距离l。
65.图12是第八种锚钳组件的结构图。该结构采用侧夹固定，不可调 节偏心距。该锚钳组件适用于被测块体不易采用锚固，但可采用侧夹 形式进行固定，且无需调节偏心距离l。
66.所述吊具6采用带链条或钢丝绳的吊钩、吊钳。当采用吊具6可 直接嵌固护面块体时，所述锚钳组件可省去。
67.所述块体失稳位移测量机构可以为位移计4，所述位移计4的固 定端固定在不受影响的所述护面块体周边的护面结构上，所述位移计 4的活动测头置于所述护面块体2的上表面。所述块体失稳位移测量 机构也可以采用红外测量仪、标尺、卷尺以及其他能够量测块体失稳 过程中的位移量的工具，或某一限定失稳高度的绳线等参照物。当对 位移量、限定失稳高度的精度要求不高时，可采用目测方法估测。判 定所述护面块体发生失稳时的临界状态的方法可采用下列其中一种： 1)量测得到的护面块体位移量大于限定值时，2)测力计的测得的数 值达到峰值时，3)采用方案1)与方法2)综合判定。
68.所述测力计7可采用吊秤、推拉力计、压力表。所述传力部件8 为不可伸长、不易断且重量小的材料。所述传力部件为传力线或传力 杆，优选的，传力部件采用钢丝绳。所述施力机构9采用直接施力、 千斤顶辅助施力、卷扬机辅助施力、吊车辅助施力或其他施力方式。
69.所述护面块体2包括理砌块石、混凝土灌砌块石、混凝土半灌块 石、混凝土生态灌砌块石、浆砌块石等护面结构中的块石，也包括混 凝土方块、四脚空心块体、扭王字块体、扭工字块体、螺母块体、栅 栏板等采用混凝土或其他材料预制的护面块体。
70.实施例2
71.参照图1～图12，一种护面块体抗脱稳定测试方法，所述方法包 括以下步骤：
72.s1连接吊具6、测力计7、传力部件8以及施力机构9：吊具6 的下端与护面块体2连接，吊具6的上端与测力计7的下端连接；测 力计7的上端与传力部件8的下端连接；传力部件8的上端与施力机 构9连接；将块体失稳位移测量机构安装在不受影响的所述护面块体 2周边护面结构的上表面上；
73.s2调节并固定测力计7、传力部件8以及施力机构9所在连线 与护面块体2的向上表面的跳脱或掀脱失稳方向一致，所述延长线与 护面块体2的重心之间存在偏心距；
74.s3读取块体失稳位移测量机构、测力计7初始值；
75.s4施力机构9向传力部件8施加拉力，待护面块体2抗脱失稳 位移大于限定值或测力计读数达到峰值时，停止加载；
76.s5读取块体失稳位移测量机构、测力计7的数据。
77.进一步，所述步骤s2中，在不受影响的所述护面块体周边的护 面块体上表面，架设摄录设备，架设高度与位移失稳限定值相同，摄 录朝向能确保摄录能覆盖所述护面块石整个失稳过程、测力计读数、 块体失稳测量机构读数。
78.再进一步，所述步骤s1中，块体失稳位移测量机构可以是位移 计4，所述位移计4固定在不受影响的所述护面块体周边的护面块体 的上表面上。所述块体失稳位移测量机构也可以采用红外测量仪、标 尺、卷尺以及其他能够量测块体失稳过程中的位移量的工具，或某一 限定失稳高度的绳线等参照物。当对位移量、限定失稳高度的精度要 求不高时，可采用目测方法估测。判定所述护面块体发生失稳时的临 界状态的方法可采用下列其中一种：1)量测得到的护面块体位移量大 于限定值时，2)测力计的测得的数值达到峰值时，3)采用方案一与 方法二综合判定。
79.更进一步，所述步骤s1中，安装并调整锚钳组件，所述锚钳组 件的下端与所述护面块体2连接，所述锚钳组件的上端与所述吊具6 下连接。
80.优选的，所述锚钳结构的下端锚固于所述护面块体2。
81.所述锚钳组件由采用锚固、钳固或捆绑于护面块体的固定结构3 和用于调节受力点位置的调节结构5组成，所述固定结构3的下端与 所述护面块体2连接，所述固定结构3的上端与所述调节结构5的下 端连接，所述调节结构5的上端与吊具6的下端连接。
82.再进一步，所述固定结构3为若干根嵌入护面块体的锚筋、膨胀 螺丝或其他刚性材料，或采用若干根不嵌入护面块体的钢丝绳捆绑、 钢板夹具夹钳、钢制爪形夹具。
83.再进一步，所述调节结构5采用可调节长度的吊链、吊索、钢丝 绳或其他刚性、不可伸缩的材料。
84.当无需利用调节结构3进行调节受力点位置节时，所述锚钳组件 中的调节结构3可省去。
85.本说明书的实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列 举，仅作说明用途。本发明的保护范围不应当被视为仅限于本实施例 所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域的普通技术人员 根据本发明构思所能想到的等同技术手段。