采动压缩作用下框架桥扰动侧土压力模拟试验系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种采动压缩作用下框架桥扰动侧土压力模拟试验系统，模拟试验系统包括模型箱，模型箱的前后两侧各自挡设有加载板，模拟实验系统还包括框架桥缩尺模型以及分设在模型箱的前方和后方的前反力架和后反力架，前反力架和前侧的加载板之间顶装有前加载系统，后反力架与后侧的加载板之间顶装有后加载系统，框架桥缩尺模型的前后两侧壁上均连接有压力测量装置，所述加载板上设有位移测量装置，所述压力测量系统与位移测量系统信号连接有数据采集装置，能够完整复原框架桥在采动压缩影响作用下的扰动土压力的状态,为采动影响下框架桥扰动土压力的计算提供了试验依据,以保证框架桥下煤层开挖时框架桥安全运营。

【技术实现步骤摘要】
采动压缩作用下框架桥扰动侧土压力模拟试验系统
本技术涉及一种采动压缩作用下框架桥扰动侧土压力模拟试验系统。
技术介绍
当刚性墙体位于采动区下沉盆地压缩区不同位置时，墙后土体存在两种不同的压缩变形区：一种是递增压缩变形区，离墙体越近，土体压缩变形越大；另一种是递减压缩变形区，离墙体越近，土体压缩变形越小。基于此，采用松砂和密砂填料，进行了模型试验。而现有技术中的模型试验如在《中国矿业大学学报》第46卷第1期中公开的“采动区刚性墙体侧土压力试验研究”的文章中描述了：当采用挡墙去挤压土体时，一般是在模型箱的前后两侧均放置刚性墙体一块，模型箱前侧放置墙体A，墙体A与千斤顶相连，用来加载土体，后侧放置墙体B，墙体B紧靠模型箱后壁，模型箱后壁有反力架支撑，防止模型箱滑动，挡墙后方土体越靠近挡墙挤压位移越大,越远离挡墙挤压位移越小。加载系统由一组千斤顶组成，可独立操作，墙体A唯一由位移计来测量，位移计布置在墙体A外侧的4个端点处。试验研究能够表明：挡墙后方土体越靠近挡墙挤压位移越大，越远离挡墙挤压位移越小。通常情况下，在设计框架桥时，土压力作为永久作用，取值通常采用主动土压力或静止土压力，然而在考虑采动压缩影响作用下，框架桥侧墙的土压力将会增大，其值通常介于静止土压力和极限被动土压力之间，被称为非极限扰动被动土压力，目前针对非极限扰动被动土压力试验研究主要是采用挡墙去挤压土体，然后分析其变化规律，当采用挡墙去挤压土体时，挡墙后方土体越靠近挡墙挤压位移越大，越远离挡墙挤压位移越小。然而在采动压缩影响作用下，是框架桥两侧的土体去挤压框架桥的侧墙，此工况下的位移场将和上述的模型试验有根本性的不同，是侧墙后方土体越靠近侧墙时，挤压位移越小；越远离侧墙时，挤压位移越大。因此，现有土压力模型箱土体位移场和采动压缩作用下框架桥两侧墙后土体的位移场不一致，现有的模型试验无法完整模拟。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种采动压缩作用下框架桥扰动侧土压力模拟试验系统，以解决现有技术中的模式试验无法模拟采动压缩影响下框架桥两侧墙后土体的位移场的问题。为了解决上述问题，本技术所涉及的采动压缩作用下框架桥扰动侧土压力模拟试验系统采用以下技术方案：采动压缩作用下框架桥扰动侧土压力模拟试验系统包括模型箱，模型箱的前后两侧敞口且内部用于填装土体，模型箱的前后两侧各自挡设有可沿前后方向平移以挤压土体的加载板，模拟实验系统还包括用于放置于箱体内中心位置并被土体包覆住四周的框架桥缩尺模型，模拟实验系统还包括分设在模型箱的前方和后方的前反力架和后反力架，前反力架和前侧的加载板之间顶装有用于向前侧的加载板施加朝向后方移动的作用力的前加载系统，后反力架与后侧的加载板之间顶装有用于向后侧的加载板施加朝向前方移动的作用力的后加载系统，框架桥缩尺模型的前后两侧壁上均连接有压力测量装置，所述加载板上设有位移测量装置，所述压力测量装置与位移测量装置信号连接有数据采集装置。进一步的，所述模型箱体内位于框架桥缩尺模型的下方填装有土体以使框架桥缩尺模型悬设于模型箱体内。进一步的，所述位移测量装置包括多个百分表，百分表分设于加载板的各个边角位置处。进一步的，所述压力测量装置包括若干个压力传感器，各个压力传感器的自上之下间隔布设于框架桥缩尺模型的前后两侧侧壁上。进一步的，前反力架和后反力架之间通过横梁固定连接。进一步的，所述前加载系统和后加载系统均包括至少两个千斤顶。进一步的，所述千斤顶的顶推端与对应的加载板之间夹设有钢板。本技术的有益效果如下：相比于现有技术，本技术所涉及的采动压缩作用下框架桥扰动侧土压力模拟试验系统，在试验前，先将加载板挡设在模型箱体的前后两侧，向模型箱内填土，将框架桥缩尺模型放入预设位置，填土完成后，然后试验员通过数据采集系统进行记录初始土压力读数，然后施加土体位移，两侧千斤顶同时加载，施加位移时，每次均施加相应设定值的位移,并及时读取土压力读数，不断施加位移直至土体发生剪切破坏。该系统成本低廉,结构简单,而且使用方便,通过该系统进行框架桥扰动土压力试验,能够完整复原框架桥在采动压缩影响作用下的扰动土压力的状态,为采动影响下框架桥扰动土压力的计算提供了试验依据,以保证框架桥下煤层开挖时框架桥安全运营。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍：图1为本技术的采动压缩作用下框架桥扰动侧土压力模拟试验系统的具体实施例的具体实施例结构示意图；图2为图1的正视图；图3为图2的俯视图；图4为图3中加载板与钢板的装配结构示意图；图5为图1中框架桥缩尺模型的结构示意图。附图标记说明：1-模型箱；2-加载板；3-框架桥缩尺模型；4-百分表；5-压力传感器；6-前反力架；7-后反力架；8-横梁；9-千斤顶；10-钢板；11-数据采集装置。具体实施方式为了使本技术的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本技术的技术方案作出进一步的说明。本技术所涉及的采动压缩作用下框架桥扰动侧土压力模拟试验系统的具体实施例，如图1-5所示，采动压缩作用下框架桥扰动侧土压力模拟试验系统包括模型箱1，该模型箱1为U形槽箱结构，其前后两侧敞口，在本实施例中，模型箱1内部用于填装土体，其他的零部件基本均安装于模型箱1体内，在本实施例中，模型箱1的结构的长、宽、高分别为：4000mm、1000mm、1500mm。当然，在其他实施例中，模型箱1的结构尺寸不做具体限定，本领域技术人员可以根据实际要求任意设计。模型箱1的前后两侧各自挡设有可沿前后方向平移以挤压土体的加载板2，本实施例中的前侧的加载板2和后侧的加载板2均为矩形板，两个加载板2的结构尺寸的长、宽、高分别为：1000mm、100mm、1500mm，这样加载板2能够直接将对应模型箱1的前后两侧完整封闭，避免模型箱1内的土体向外漏出。该模拟实验系统还包括用于放置于箱体内中心位置并被土体包覆住四周的框架桥缩尺模型3，该框架桥缩尺模型3的结构如图5所示，其左右两侧贯通，且左右方向的尺寸与模型箱1的左右方向的尺寸基本一致。上述的模拟实验系统还包括分设在模型箱1的前方和后方的前反力架6和后反力架7，前反力架6和后反力架7之间通过横梁8固定连接，在本实施例中，前反力架6、后反力架7以及横梁8联合搭设在模型箱1的前后两侧以及上方。前反力架6和前侧的加载板2之间顶装有用于向前侧的加载板2施加朝向后方移动的作用力的前加载系统，后反力架7与后侧的加载板2之间顶装有用于向后侧的加载板2施加朝向前方移动的作用力的后加载系统，框架桥缩尺模型3的前后两侧壁上均连接有压力测量装置，所述加载板2上设有位移测量装置，所述压力测量装置与位移测量装置信号连接有数据采集装置11。在本实施例中，数据采集装置11可以采用现有技术中的信号处理装置，采用带有信号滤波、放大电路，采样保持电路等本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.采动压缩作用下框架桥扰动侧土压力模拟试验系统，包括模型箱，模型箱的前后两侧敞口且内部用于填装土体，其特征在于，模型箱的前后两侧各自挡设有可沿前后方向平移以挤压土体的加载板，模拟实验系统还包括用于放置于箱体内中心位置并被土体包覆住四周的框架桥缩尺模型，模拟实验系统还包括分设在模型箱的前方和后方的前反力架和后反力架，前反力架和前侧的加载板之间顶装有用于向前侧的加载板施加朝向后方移动的作用力的前加载系统，后反力架与后侧的加载板之间顶装有用于向后侧的加载板施加朝向前方移动的作用力的后加载系统，框架桥缩尺模型的前后两侧壁上均连接有压力测量装置，所述加载板上设有位移测量装置，所述压力测量装置与位移测量装置信号连接有数据采集装置。/n

【技术特征摘要】
1.采动压缩作用下框架桥扰动侧土压力模拟试验系统，包括模型箱，模型箱的前后两侧敞口且内部用于填装土体，其特征在于，模型箱的前后两侧各自挡设有可沿前后方向平移以挤压土体的加载板，模拟实验系统还包括用于放置于箱体内中心位置并被土体包覆住四周的框架桥缩尺模型，模拟实验系统还包括分设在模型箱的前方和后方的前反力架和后反力架，前反力架和前侧的加载板之间顶装有用于向前侧的加载板施加朝向后方移动的作用力的前加载系统，后反力架与后侧的加载板之间顶装有用于向后侧的加载板施加朝向前方移动的作用力的后加载系统，框架桥缩尺模型的前后两侧壁上均连接有压力测量装置，所述加载板上设有位移测量装置，所述压力测量装置与位移测量装置信号连接有数据采集装置。


2.根据权利要求1所述的采动压缩作用下框架桥扰动侧土压力模拟试验系统，其特征在于，所述模型箱体内位于框架桥缩尺模型的下方填装有土体以使框架桥缩尺模型悬设于模型箱体内。


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【专利技术属性】
技术研发人员：窦国涛，于文杰，顾展飞，
申请(专利权)人：郑州航空工业管理学院，
类型：新型
国别省市：河南;41