实验室内一种挡土墙被动破坏的三维滑面测试方法

1.实验室内一种挡土墙被动破坏的三维滑面测试方法，其特征在于：在模型试验槽中，采用分层摊铺制作试验土体，在制作过程中，按实验设定的间距在蜂窝定位板上植入脆性细泡沫杆，并逐个编号、测量并记录每个脆性细泡沫杆的平面位置坐标，最后形成含脆性细泡沫杆的试验模型；随后将模型移至按要求设有液压千斤顶组的支撑墙处，并且使模型试验槽挡板和液压千斤顶位置对应好，然后操作加压泵逐渐加压，随着不断加压试验模型逐步达到被动破坏状态，在此过程中试验土体将沿着破裂面产生错动，当破裂面贯通时，试验模型达到被动破坏状态，此时，由于试验土体沿着破裂面错动，植入的脆性细泡沫杆将会在破裂面位置断裂；试验结束后，逐个测量并记录每个脆性细泡沫杆的断裂长度，结合试验前的平面位置坐标，得到了每根脆性细泡沫杆位置处的滑面深度，从而近似得到了三维滑裂面形态。

实验室内一种挡土墙被动破坏的三维滑面测试方法
技术领域
[0001] 本发明涉及岩土工程室内试验方法领域，具体是一种实验室内一种挡土墙被动破坏的三维滑面测试方法。
背景技术
[0002] 挡土类结构物是土木建筑、水利水电、公路、铁道交通等工程建设中广泛应用的一种结构形式。为了深入研究作用在挡土结构物上的土压力及土体破坏模式，室内模型试验是一种必要的研究手段。现有做法是，在模型槽两侧采用透明带网格的有机玻璃板，槽中分铺不同颜色土层，试验过程中，从侧面观察量测不同颜色土层偏移来获得土体破裂面，其缺点就是只能获得二维破裂面形态，无法得到三维破裂面形态。
[0003] 在模型试验获取三维破裂面方面：对于主动破坏模式，移去挡土结构物，破坏区土体也就随即滑落，残留的土体形态即为三维滑裂面，可直接测量获得；对于被动破坏模式，由于土体松散且不透明，无法采用类似主动破坏模式的方法直接测量其三维破裂面形态，因此通过实验较准确地获得土体被动破坏的三维破裂面形态一直是一个难题。
[0004] 发明内容 本发明的目的是提供一种实验室内一种挡土墙被动破坏的三维滑面测试方法，以克服在模型试验中挡土结构物发生被动破坏时，无法获得土体三维破裂面形态的不足。
[0005] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
[0006] 实验室内一种挡土墙被动破坏的三维滑面测试方法，其特征在于：在模型试验槽中，采用分层摊铺制作试验模型土体，在制作过程中，按实验设定的间距在蜂窝定位板上植入脆性细泡沫杆，并逐个编号、测量并记录每个脆性细泡沫杆的平面位置坐标，最后形成含脆性细泡沫杆的试验模型；随后将模型移到设有液压千斤顶组的支撑墙处，并且使挡板和液压千斤顶位置对应好，然后加载系统逐渐加压，随着不断加压试验模型逐步达到被动破坏，在此过程中试验土体将沿着破裂面产生错动，当破裂面贯通时，试验模型达到被动破坏状态，此时，由于试验土体沿着破裂面错动，植入的脆性细泡沫杆将会在破裂面位置断裂；
试验结束后，逐个测量并记录每个脆性细泡沫杆的断裂长度，结合试验前的平面位置坐标，得到了每根脆性细泡沫杆位置处的滑面深度，从而近似得到了三维滑裂面形态。
[0007] 本发明具有的有益效果为：
[0008] 在模型试验中，可以获得挡土结构物发生被动破坏时的三维滑裂面形态；可以为研究三维被动土压力的分布提供计算模型；还可以拓展到地基和边坡方面的三维滑裂面形态的近似测量。
附图说明
[0009] 图1为本发明实验总示意图。
[0010] 图2为为本发明实验俯视示意图。
[0011] 图3为为本发明实验侧视示意图。
[0012] 图4为本发明实验中模型槽示意图。
[0013] 图5为本发明实验中蜂窝定位板的俯视和侧视示意图。
[0014] 图6为本发明实验中脆性细泡沫杆和空心金属管示意图。
具体实施方式
[0015] 实验室内一种挡土墙被动破坏的三维滑面测试方法，在模型试验槽中，采用分层摊铺制作试验模型土体，在制作过程中，按实验设定的间距在蜂窝定位板上植入脆性细泡沫杆，并逐个编号、测量并记录每个脆性细泡沫杆的平面位置坐标，最后形成含脆性细泡沫杆的试验模型；随后将模型移到设有液压千斤顶组的支撑墙处，并且使挡板和液压千斤顶位置对应好，然后加载系统逐渐加压，随着不断加压试验模型逐步达到被动破坏，在此过程中试验土体将沿着破裂面产生错动，当破裂面贯通时，试验模型达到被动破坏状态，此时，由于试验土体沿着破裂面错动，植入的脆性细泡沫杆将会在破裂面位置断裂；试验结束后，逐个测量并记录每个脆性细泡沫杆的断裂长度，结合试验前的平面位置坐标，得到了每根脆性细泡沫杆位置处的滑面深度，从而近似得到了三维滑裂面形态。
[0016] 如图1所示。图1中，包括：脆性细泡沫杆1；挡板2；千斤顶（组）3；支撑墙4；模型槽5；
试验用土6；蜂窝定位板7；橡胶导管8；液压泵9；固定槽10；钢片11；斜撑12；蜂窝孔13；金属管14；地面钢槽15；模型槽背面肋条16。
[0017] 首先，将2mm直径的脆性泡沫细杆的一端涂抹少量润滑油，然后插入内径2.1mm、外径4mm的金属管14中，金属管14内外表面均光滑（如图6所示）。插入过程中如遇阻力可在该部位适当再涂少量润滑油。最后在金属管14另一端留出25mm的泡沫杆。如此方法，准备好需要数量的带泡沫细杆芯的金属管。
[0018] 第二步，将蜂窝定位板7（如图5所示）安放在模型槽5的底部（如图4所示），在蜂窝定位板7上按实验设定的间距植入带泡沫杆芯的金属管。具体操作是：在选定的蜂窝孔13中，用毛刷在小径孔侧面和底面涂少量胶水，将留有25mm泡沫杆的金属管一端插入小径孔中，同时金属管插入大径孔中。如此方法将所有带芯杆插好。
[0019] 第三步，安放挡板2，并在固定槽10中插入钢片11，以防挡板2在填土过程中晃动或者倾倒。按试验要求确定试验土体的相关指标，分层填筑模型试验用土6。在开始填筑的
500mm高度内，暂不提拔金属管14。填筑高度超过500mm后每填筑100mm提拔金属管100mm。直到填筑完成后，将金属管14全部提拔走。在逐步提升套在脆性细泡沫杆1上的金属管14过程中，确保填筑过程中避免影响脆性细泡沫杆1。为避免两者同时被拔起，在提拔过程中可边扭转边提拔。这样，完成将脆性细泡沫杆1植入试验模型。
[0020] 第四步，按一定顺序给脆性细泡沫杆1编号，选取坐标原点，测量并记录每个脆性细泡沫杆1的平面坐标，即得到该点的x，y坐标。由于蜂窝定位板7上每个定位孔13的坐标都是确定的，因此本步骤也可在第二步植入带芯金属管时完成。
[0021] 第五步，根据实验要求，选择合适的液压千斤顶3，根据实验要求（主要是位移模式）确定千斤顶的行程，油缸粗细以及安装高度。两个相同型号液压千斤顶为一组，在支撑墙4上的合适高度分别安置上、中、下各一组千斤顶3。
[0022] 第六步，将制作完成实验土体的模型槽5移至支撑墙4处，并使挡板2与千斤顶组3位置对应好。用型钢作为斜撑12，一端支住模型槽5背面的肋条16另一端固定在地面钢槽15中，其作用是用来支撑整个模型使其在加载过程中不致移动。
[0023] 第七步，移去钢片11，通过液压泵9对六个千斤顶3加压，直至试验土体6达到被动破坏。在此过程中，脆性细泡沫杆1将在破裂面处被折断。
[0024] 第八步，卸去液压泵9的压力使千斤顶3逐渐脱离挡板2，移出模型槽5，清理破坏试验土体6，取出折断的脆性细泡沫杆1，逐个测量其折断长度，就得到该处破裂面的深度，也就是得到了该点的z坐标。最后清理实验用品，对于粘接在蜂窝定位板7孔内的泡沫杆可以用小刀片刮干净，以备下次使用。
[0025] 第九步，按照编号结合平面坐标和折断长度，得到脆性细泡沫杆1在破裂面上的一系列点的空间坐标（x，y，z）。再根据破裂面近似光滑的特性，通过曲面拟合即可得到破裂面的三维形态，为后续研究提供较可靠模型。