一种判定地下构筑物顶面土拱效应作用范围的试验装置及其试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种判定地下构筑物顶面土拱效应作用范围的试验装置及其试验方法，所述的装置包括内部中空的模型箱和设置在所述模型箱内的竖向受荷体；所述竖向受荷体内部空间由n‑1块分隔板均匀隔开，形成n个隔室；每个隔室均设有与隔室相匹配的拉杆式活塞，所述的拉杆式活塞由活塞和拉杆构成，所述的拉杆依次贯穿所述的竖向受荷体和模型箱，所述的拉杆下端部设有荷载装置，所述的荷载装置包括承重钢板和液压伺服千斤顶；所述的拉杆与所述的承重钢板平面接触；每个隔室的底部均设有孔洞；所述的孔洞外接透明带有刻度的出水管，所述的出水管与所述的竖向受荷体连通并构成U型连通器。本发明专利技术结构简单，造价低廉，操作方便，测量结果精确。

A test device and method for determining the action range of soil arching effect on the top of underground structures

The invention discloses a test device and a test method for determining the action range of soil arching effect on the top surface of an underground structure. The device comprises a hollow model box and a vertical load-bearing body arranged in the model box; the internal space of the vertical load-bearing body is evenly separated by n \u2011 1 partition plates to form n compartments; each compartment is provided with a pull rod type movable chamber matching the compartment The pull rod piston is composed of a piston and a pull rod, the pull rod penetrates the vertical load-bearing body and the model box in turn, the lower end of the pull rod is provided with a load device, the load device includes a load-bearing steel plate and a hydraulic servo jack, the pull rod is in contact with the load-bearing steel plate plane, the bottom of each compartment is provided with a hole, and the hole is externally connected The water outlet pipe with scale is transparent, and the water outlet pipe is connected with the vertical load-bearing body and forms a U-shaped connector. The invention has the advantages of simple structure, low cost, convenient operation and accurate measurement result.

【技术实现步骤摘要】
一种判定地下构筑物顶面土拱效应作用范围的试验装置及其试验方法领域技术本专利技术涉及岩土工程
，尤其涉及一种判定地下构筑物顶面土拱效应作用范围的试验装置及其试验方法。
技术介绍
土拱效应是广泛存在的自然现象，是由于介质的不均匀位移而导致土体表现出的一种应力转移的空间效应；局部土体产生移动，而其余部分保持原来的位置不动，土中的这种相对运动受到土体抗剪强度的阻抗，使得土体发生压缩和变形，从而产生不均匀沉降，致使土颗粒间产生互相“楔紧”的作用，于是在一定范围土层中产生“拱效应”。中国专利CN109033570A公开了一种三向土拱效应的柔性管道上覆土压力预测方法，通过对地基不均匀沉降在管道上覆土体中引发的土拱效应进行计算分析，利用刚体极限平衡理论，建立管道上覆土压力预测公式，从而计算得到埋地柔性管道在地基不均匀沉降下的上覆土压力。该方法有局限性，只是针对柔性管道并不适合所有地下构筑物。目前判定土拱效应作用范围大多数采用土压力盒测出其竖向土压力和侧向土压力的大小，从而作出进一步的判断，但由于土压力盒在埋置过程中，受到土体挤压位置会发生偏移，测出的土压力不准确，影响判定精度。为了进一步完善土拱效应理论，还需要精确测出其具体的应力变化值，根据p＝γz判定其作用范围，因此，有必要研发一种用于判定地下构筑物顶面土拱效应作用范围的试验装置。
技术实现思路
为克服
技术介绍
中存在的缺陷，本专利技术提供一种判定地下构筑物顶面土拱效应作用范围的试验装置及其试验方法。本专利技术解决上述问题的技术方案是：一种判定地下构筑物顶面土拱效应作用范围的试验装置，包括内部中空的模型箱和设置在所述模型箱内的竖向受荷体；所述竖向受荷体四周以及底部均由钢板拼接而成，拼接处经过密封处理，所述竖向受荷体内部空间由n-1块等厚度分隔板均匀隔开，形成n个隔室，n至少为2，所述的分隔板与所述的竖向受荷体内壁紧密连接；每个隔室均设有与隔室相匹配的可在所述的隔室内沿着内壁上下滑动的拉杆式活塞，所述的拉杆式活塞由活塞和拉杆构成，所述的拉杆安装在活塞的底部并依次贯穿所述的竖向受荷体和模型箱并设有延伸段，所述的拉杆下端部设有荷载装置，所述的荷载装置包括承重钢板和液压伺服千斤顶，所述的承重钢板固定安装在所述的液压伺服千斤顶的伸缩杆上随着所述的伸缩杆在垂直方向上上下移动；所述的拉杆与所述的承重钢板平面接触；所述的液压伺服千斤顶采用液压油缸进行加荷载或卸荷载并通过承重钢板传力到所述的拉杆式活塞，实现活塞的上下移动；所述的液压伺服千斤顶通过外接计算机统一控制加卸载速率；每个隔室的底部均设有直径相同的孔洞；所述的模型箱箱体底部对应所述竖向受荷体孔洞位置设有与所述孔洞相匹配的通孔；所述的孔洞外接透明带有刻度的出水管，所述的出水管与所述的竖向受荷体连通并构成U型连通器，所述的出水管与所述的竖向受荷体密封连接。进一步，所述的钢板的硬度至少可以在受到周围侧向土压力作用下不会产生变形。进一步，所述的孔洞处设有连接钢管，所述的连接钢管自竖向受荷体底部的孔洞沿着模型箱箱体底部的通孔向外设有延伸段，所述的连接钢管与所述的出水管可拆卸式连接。再进一步，所述的连接钢管与所述的出水管优选为螺纹连接。进一步，所述模型箱底部四个角点设有四根脚架，目的是便于承受试验装置的荷载和给引出的透明塑料管预留一定的空间。进一步，所述分隔板材料采用刚性板材，目的是防止受不同深度处水压力的作用而产生变形。进一步，所述连接钢管与孔洞密封焊接，目的是防止漏水现象发生。进一步，所述出水管为ABS材质，表面带有量程，量程的“0”刻度线与竖向受荷体底部持平。进一步，所述拉杆式活塞与所述隔室内壁接触部分用密封圈包裹。进一步，所述拉杆为45#钢材质，其下部与竖向受荷体连接处用密封垫包裹。再进一步，所述拉杆的硬度至少在受到上部竖向土压力作用下不会产生变形。进一步，所述拉杆在每个隔室均设有四根，目的是便于均匀受力，让活塞下落过程中不会发生倾斜。进一步，所述承重钢板的承重范围至少在受到上部区域荷载作用下不会产生变形。进一步，所述液压千斤顶的主要参数是最大载荷为1t，最大行程为400mm，最大顶升速度在60mm/min。再进一步，所述液压千斤顶置于所述承重钢板的下部正中心位置。本专利技术所述的判定地下构筑物顶面土拱效应作用范围的试验装置的操作方法具体包括以下步骤：步骤1，将拉杆式活塞固定在竖向受荷体上，并留有一定空隙用于注水；步骤2，分别对各个隔室进行注水，先检查竖向受荷体底部是否漏水，若有漏水则重新调整密封垫保证无渗漏现象发生；步骤3，当拉杆式活塞底部与水面刚刚接触，顶部恰好处于竖向受荷体顶面位置时停止注水，同时架设好承重钢板和液压伺服千斤顶，每个分隔区四根拉杆置于承重钢板四个角点处，保证均匀受力，液压伺服千斤顶置于承重钢板底部正中心位置处；步骤4，通过计算机设定液压伺服千斤顶初始值，直到刚好与承重钢板接触受力，保证拉杆式活塞位于初始位置不会向下滑动；步骤5，向箱体内填充土体并压实，直至充满整个模型箱，记录下初始的填土高度H，即填土顶面与竖向受荷体顶面的距离；步骤6，填土完成后，记录好各出水管的初始水位；步骤7，进行模拟土体下部隧道开挖过程，通过计算机控制液压伺服千斤顶的卸荷速率带动拉杆运动，从而带动活塞缓慢向下运动，导致局部土体产生移动，其余部分保持原来的位置不动，土中的这种相对运动受到土体抗剪强度的阻抗，使得土体发生压缩和变形，产生土拱效应；步骤8，观察所述出水管的水位变化，读出水位的高度差h，即可求出竖向受荷体顶部不同隔室受到的土压力γzi＝ρghi，ρ为水的密度，γ为所填土的重度，其中i取1～n；步骤9，根据所计算出不同隔室的竖向土压力γzi，通过公式zi＝ρghi/γ反算出不同隔室下落土体的厚度zi，进而可以求出产生土拱的高度Hi＝H-zi，把不同高度的土拱连成平滑曲线，即是土拱效应的作用范围，其中i取1～n。进一步，步骤7中，所述的卸荷速率优选为40mm/min～60mm/min。与现有技术相比，本专利技术有益效果主要表现在：1、本专利技术提供的判定地下构筑物顶面土拱效应作用范围的试验装置及其试验方法，可以用于研究填土条件下构筑物土拱效应的作用范围。2、利用本专利技术所述的装置实施所述的试验方法，可以避免在埋置土压力盒过程中发生的位置偏移，影响判定结果，测试结果精确。3、本专利技术所述的试验装置结构简单，造价低廉，方便好用。附图说明图1是本专利技术所述的试验装置的三维图。图2是本专利技术所述的试验装置的正视图。图3是本专利技术所述的试验装置的侧视图。图4是本专利技术所述的试验装置的俯视图。图5是本专利技术所述的拉杆式塑料活塞的构造详图。图6是本专利技术所述的可调节式电动拉杆的构造详图。图7是本专利技术所述的模型箱通孔和竖向受荷体孔洞详图。具体实施方式...

【技术保护点】
1.一种判定地下构筑物顶面土拱效应作用范围的试验装置，其特征在于：包括内部中空的模型箱(1)和设置在所述模型箱(1)内的竖向受荷体(4)；/n所述竖向受荷体(4)四周以及底部均由钢板拼接而成，拼接处经过密封处理，所述竖向受荷体(4)内部空间由n-1块等厚度分隔板(6)均匀隔开，形成n个隔室，n至少为2，所述的分隔板(6)与所述的竖向受荷体(4)内壁紧密连接；每个隔室均设有与隔室相匹配的可在所述的隔室内沿着内壁上下滑动的拉杆(10)式活塞(8)，所述的拉杆(10)式活塞(8)由活塞(8)和拉杆(10)构成，所述的拉杆(10)安装在活塞(8)的底部并依次贯穿所述的竖向受荷体(4)和模型箱(1)并设有延伸段，所述的拉杆(10)下端部设有荷载装置(12)，所述的荷载装置(12)包括承重钢板(121)和液压伺服千斤顶(122)，所述的承重钢板(121)固定安装在所述的液压伺服千斤顶(122)的伸缩杆上随着所述的伸缩杆在垂直方向上上下移动；所述的拉杆(10)与所述的承重钢板(121)平面接触；所述的液压伺服千斤顶(122)采用液压油缸进行加荷载或卸荷载并通过承重钢板(121)传力到所述的拉杆(10)式活塞(8)，实现活塞(8)的上下移动；所述的液压伺服千斤顶(122)通过外接计算机(13)统一控制加卸载速率；每个隔室的底部均设有直径相同的孔洞(5)；所述的模型箱(1)箱体底部对应所述竖向受荷体(4)孔洞(5)位置设有与所述孔洞(5)相匹配的通孔(3)；所述的孔洞(5)外接透明带有刻度的出水管(7)，所述的出水管(7)与所述的竖向受荷体(4)连通并构成U型连通器，所述的出水管(7)与所述的竖向受荷体(4)密封连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种判定地下构筑物顶面土拱效应作用范围的试验装置，其特征在于：包括内部中空的模型箱(1)和设置在所述模型箱(1)内的竖向受荷体(4)；
所述竖向受荷体(4)四周以及底部均由钢板拼接而成，拼接处经过密封处理，所述竖向受荷体(4)内部空间由n-1块等厚度分隔板(6)均匀隔开，形成n个隔室，n至少为2，所述的分隔板(6)与所述的竖向受荷体(4)内壁紧密连接；每个隔室均设有与隔室相匹配的可在所述的隔室内沿着内壁上下滑动的拉杆(10)式活塞(8)，所述的拉杆(10)式活塞(8)由活塞(8)和拉杆(10)构成，所述的拉杆(10)安装在活塞(8)的底部并依次贯穿所述的竖向受荷体(4)和模型箱(1)并设有延伸段，所述的拉杆(10)下端部设有荷载装置(12)，所述的荷载装置(12)包括承重钢板(121)和液压伺服千斤顶(122)，所述的承重钢板(121)固定安装在所述的液压伺服千斤顶(122)的伸缩杆上随着所述的伸缩杆在垂直方向上上下移动；所述的拉杆(10)与所述的承重钢板(121)平面接触；所述的液压伺服千斤顶(122)采用液压油缸进行加荷载或卸荷载并通过承重钢板(121)传力到所述的拉杆(10)式活塞(8)，实现活塞(8)的上下移动；所述的液压伺服千斤顶(122)通过外接计算机(13)统一控制加卸载速率；每个隔室的底部均设有直径相同的孔洞(5)；所述的模型箱(1)箱体底部对应所述竖向受荷体(4)孔洞(5)位置设有与所述孔洞(5)相匹配的通孔(3)；所述的孔洞(5)外接透明带有刻度的出水管(7)，所述的出水管(7)与所述的竖向受荷体(4)连通并构成U型连通器，所述的出水管(7)与所述的竖向受荷体(4)密封连接。


2.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述的孔洞(5)处设有连接钢管(9)，所述的连接钢管(9)自竖向受荷体(4)底部的孔洞(5)沿着模型箱(1)箱体底部的通孔(3)向外设有延伸段，所述的连接钢管(9)与所述的出水管(7)可拆卸式连接。


3.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述的连接钢管(9)与所述的出水管(7)螺纹连接。


4.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述模型箱(1)底部四个角点设有四根脚架(2)。


5.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述连接钢管(9)与孔洞(5)密封焊接。


6.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述拉杆(10)式活塞(8)与所述隔室内壁接触部分用密封圈包裹。

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【专利技术属性】
技术研发人员：许四法，吴淑伟，王哲，姚王晶，翁鹤森，崔涵晟，邱杭鹰，吕润东，陈振寰，付亚君，任康，章韬，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33