挡土墙物理模型试验装置

1.本发明涉及一种适用于挡土墙结构物理模型测试的试验台，特别是涉及一种在单自由度振动台上配套使用的挡土墙物理模型试验装置。


背景技术：

2.振动台试验是土木工程领域经常开展的试验类型之一，能够通过对结构工程、岩土工程等结构模型施加地震等振动荷载，探寻结构对动荷载的响应问题，进而帮助研究、解决实际工程中可能遇到的震害难题。
3.但目前振动台试验装置价格较高，尤其是多自由度振动台，相比于单自由度振动台价格高出许多。同时，市面上振动台的设计更多为地上结构工程考虑，多数没有配套用于岩土工程研究的模型试验箱，而且模型试验箱适用范围较窄。
4.挡土墙在研究和设计时，通常假定为平面应变模型，进而导致常规的立方体模型试验箱不适用于挡土墙的研究，增加了模型试验的工作量，也不符合平面应变假定。因此，针对挡土墙工程一直缺乏一种能够施加多向振动，同时又有较好经济性的、劳动强度低、适用性较广的模型试验装置。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种结构合理、使用方便的挡土墙物理模型试验装置，利用该挡土墙物理模型试验装置配合单自由度振动台能够对挡土墙结构模型实现施加多向振动荷载，从而获得实验数据。
6.为解决上述技术问题，本发明提供了一种挡土墙物理模型试验装置；
7.包括模具组件和底座组件；
8.底座组件包括座体和转盘，座体下部与外部的单自由度振动台配合固定，转盘铰接在座体上侧，转盘的转动轴线与转盘的中心线一致，转盘上端面设有放置模具组件的测试区域；
9.模具组件包括测试模型仓后挡板、测试模型仓前挡板、测试模型仓底板和测试模型仓侧挡板，测试模型仓后挡板和测试模型仓前挡板分别竖直布置在转盘的测试区域上侧，测试模型仓底板和测试模型仓侧挡板处于测试模型仓后挡板与测试模型仓前挡板之间，测试模型仓侧挡板也竖直布置在测试模型仓底板上，测试模型仓后挡板、测试模型仓前挡板、测试模型仓底板和测试模型仓侧挡板之间区域构成测试模型仓，测试模型仓内充填有模型土体，挡土墙模型设置在模型土体远离测试模型仓侧挡板一侧。
10.作为本挡土墙物理模型试验装置的优选，所述的测试模型仓底板水平设置在测试模型仓后挡板与测试模型仓前挡板之间，测试模型仓底板上开有贯穿其上、下端面的传感器穿线孔，测试模型仓底板的下端面与转盘上端面之间留有安装传感器的间隙。
11.作为本挡土墙物理模型试验装置的优选，所述的测试模型仓侧挡板竖直设置在测试模型仓后挡板与测试模型仓前挡板之间，测试模型仓侧挡板上开有贯穿其两侧侧壁的传
感器穿线孔。
12.作为本挡土墙物理模型试验装置的优选，测试模型仓后挡板和测试模型仓前挡板表面边缘分别开有若干对应的螺栓孔，若干连接螺栓依次贯穿测试模型仓后挡板和测试模型仓前挡板对应的螺栓孔，实现测试模型仓后挡板和测试模型仓前挡板之间固定。
13.作为本挡土墙物理模型试验装置的优选，如果模拟土体侧压力为e、模型土体的高度为h、模型土体的重度为γ、k为扭矩系数、d为连接螺栓直径，则对连接螺栓施加扭矩t为：
14.t＝k
×e×d[0015] ＝k
×d×
0.5
×
γ
×
h2。
[0016]
作为本挡土墙物理模型试验装置的优选，处于远离挡土墙模型一侧的测试模型仓后挡板侧壁依次设有若干竖直走向的第一凹槽，处于远离挡土墙模型一侧的测试模型仓前挡板侧壁也依次设有若干竖直走向的第二凹槽，若干第一凹槽和若干第二凹槽相对布置，并且若干第一凹槽和若干第二凹槽为一一对应关系，所述第一凹槽与对应的第二凹槽组成供测试模型仓侧挡板插入的调节插槽。
[0017]
采用这样的结构后，测试模型仓内填筑模型土体，设置挡土墙模型，整个测试模型仓固定在底部转盘上，底座组件的座体固定在单自由度振动台台面上，由于转盘能够绕自身转动轴线转动，即可通过转动转盘改变挡土墙模型的方位，改变振动荷载的施加方向，实现了对测试模型仓内土体和挡土墙模型施加多向振动荷载的目的。
[0018]
本挡土墙物理模型试验装置有益技术效果为：高效利用价格较低的单自由度振动台，实现对挡土墙结构模型施加多向振动荷载，满足挡土墙结构研究的平面应变条件，并可以通过施加螺栓预紧力模拟土侧向压力，具有较高的适用性，较好的经济性，减少了实验人员的劳动强度。
附图说明
[0019]
图1是本挡土墙物理模型试验装置实施例的立体图。
[0020]
图2是本挡土墙物理模型试验装置实施例的使用状态图的剖视图。
[0021]
图3是本挡土墙物理模型试验装置实施例的测试模型仓后挡板的立体图。
[0022]
图4是本挡土墙物理模型试验装置实施例的测试模型仓前挡板的立体图。
[0023]
图5是本挡土墙物理模型试验装置实施例的测试模型仓侧挡板的立体图。
[0024]
图6是本挡土墙物理模型试验装置实施例的测试模型仓底板的立体图。
具体实施方式
[0025]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
[0026]
本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
[0027]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具
体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0028]
请参阅图1至图6(图1中省略了若干连接螺栓29)。
[0029]
本挡土墙物理模型试验装置包括模具组件和底座组件。
[0030]
底座组件包括座体11和转盘12，座体11下部与外部的单自由度振动台配合固定，转盘12通过转轴铰接在座体11上侧，转轴与座体11之间设有轴承，转盘12的转动轴线与转盘12的中心线一致，转盘12上端面设有放置模具组件的测试区域，处于测试区域两侧的转盘12上端面分别焊接两个支撑块13，四个支撑块13呈矩形布置。
[0031]
模具组件包括测试模型仓后挡板21、测试模型仓前挡板22、测试模型仓底板23和测试模型仓侧挡板24，测试模型仓后挡板21和测试模型仓前挡板22分别竖直布置在转盘12的测试区域上侧，测试模型仓后挡板21和测试模型仓前挡板22分别与转盘12上四个支撑块13配合，测试模型仓后挡板21和测试模型仓前挡板22表面边缘分别开有若干对应的螺栓孔25(测试模型仓后挡板21和测试模型仓前挡板22下侧不设螺栓孔25)，若干连接螺栓29依次贯穿测试模型仓后挡板21和测试模型仓前挡板22对应的螺栓孔25，实现测试模型仓后挡板21和测试模型仓前挡板22之间固定。
[0032]
测试模型仓底板23和测试模型仓侧挡板24处于测试模型仓后挡板21与测试模型仓前挡板22之间，测试模型仓底板23水平布置，测试模型仓侧挡板24也竖直布置在测试模型仓底板23上，测试模型仓后挡板21、测试模型仓前挡板22、测试模型仓底板23和测试模型仓侧挡板24之间区域构成测试模型仓27，测试模型仓27的上端面及远离测试模型仓侧挡板24一侧的端面都为开口，测试模型仓27内充填有模型土体3，挡土墙模型4设置在模型土体3远离测试模型仓侧挡板24一侧。
[0033]
处于远离挡土墙模型4一侧的测试模型仓后挡板21侧壁依次设有三个竖直走向的第一凹槽21a，处于远离挡土墙模型4一侧的测试模型仓前挡板22侧壁也依次设有三个竖直走向的第二凹槽22a，三个第一凹槽21a和三个第二凹槽22a相对布置，并且三个第一凹槽21a和三个第二凹槽22a为一一对应关系，所述第一凹槽21a与对应的第二凹槽22a组成三组供测试模型仓侧挡板24插入的调节插槽。
[0034]
测试模型仓侧挡板24与三组调节插槽中一组配合，并且测试模型仓底板23和测试模型仓侧挡板24通过测试模型仓后挡板21与测试模型仓前挡板22的夹持固定。
[0035]
测试模型仓底板23上开有贯穿其上、下端面的传感器穿线孔28，测试模型仓底板23的下端面与转盘12上端面之间留有安装传感器的间隙；测试模型仓侧挡板24上也开有贯穿其两侧的传感器穿线孔28，传感器埋设在模型土体3中，传感器穿线孔28用于通过传感器的传输线路。
[0036]
可以通过对连接螺栓29施加扭矩t，模拟土体侧压力e，e＝0.5
×
γ
×
h2，h为模型土体3的高度，γ为模型土体3的重度；扭矩t服从t＝k
×e×
d＝k
×d×
0.5
×
γ
×
h2，k为扭矩系数，d为连接螺栓29直径，两者均与所选取连接螺栓29相关；
[0037]
试验前，首先将底座组件的座体11下部与外部的单自由度振动台配合固定；在将测试模型仓后挡板21、测试模型仓前挡板22、测试模型仓底板23、测试模型仓侧挡板24通过连接螺栓29进行组装，处于测试模型仓后挡板21和测试模型仓前挡板22顶部的螺栓孔25此时不安装螺栓；随后，组装好的测试模型仓27整体固定在转盘12的测试区域内，并向测试模
型仓27内部填筑模型土体3，在模型土体3中埋设传感器，在模型土体3远离测试模型仓侧挡板24方向的一侧浇筑挡土墙模型4；最后，安装顶部螺栓孔25中的连接螺栓29，设置好连接螺栓29的预紧力，完成试验准备。
[0038]
开始试验后，利用单自由度振动台沿固定的激振方向(图中空心箭头方向)施加振动荷载，可以通过转动转盘12改变挡土墙模型4的方位，进而改变振动荷载的施加方向。
[0039]
这样的结构设计，在试验过程中既实现了利用价格较低的单自由度振动台对挡土墙模型4施加多方向振动荷载，又能够满足研究所需的平面应变条件，降低了劳动强度，提高了单自由度振动台的利用率和试验的经济性，应用范围广。
[0040]
以上所述的仅是本发明的一种实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变型和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。