專利名稱：非飽和原狀黃土邊坡土壓力拉桿式測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于巖土工程領(lǐng)域中一種實(shí)測邊坡土壓力的裝置，主要用于測試非飽和原狀黃土垂直邊坡土壓力大小及變化規(guī)律，具體地說本實(shí)用新型涉及非飽和原狀黃土邊坡土壓力拉桿式測試裝置。
背景技術(shù)：
土壓力是土與支護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用的結(jié)果。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論根據(jù)擋土結(jié)構(gòu)變位的方向和大小，僅考慮三種極限狀態(tài)下的土壓力，即主動、被動和靜止土壓力。由于庫倫(1773)和郎肯(1857)的古典土壓力理論使用簡單而被廣泛應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)中。然而由于這些古典土壓力理論基于完全彈性、平面滑裂面假定等假設(shè)，使得實(shí)際土壓力與設(shè)計(jì)有一定的偏 差。庫侖理論假設(shè)土的黏聚力為零，缺點(diǎn)是對于黏性土必須采用等代摩擦角，誤差較大；對于層狀土尚要簡化等代為均質(zhì)土才能計(jì)算，而當(dāng)有地下水時，特別是有滲流效應(yīng)時，庫侖理論是不適用的。朗肯理論則不僅適用于砂土、黏性土、均質(zhì)土或?qū)訝钔?，也適用于有地下水及滲流效應(yīng)的土層。其理論上假設(shè)地面為水平，墻面為豎直，但假設(shè)墻與土體之間不存在摩擦力，使計(jì)算的主動土壓力偏大，被動土壓力偏小，因此其計(jì)算結(jié)果偏于保守。傳統(tǒng)的土壓力模型是通過飽和土的抗剪強(qiáng)度模型來建立的，非飽和原狀黃土的抗剪強(qiáng)度包括有效粘聚力有內(nèi)效摩擦角W、基質(zhì)吸力( -K)及黃土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，其抗剪強(qiáng)度與傳統(tǒng)的抗剪強(qiáng)度理論有較大區(qū)別，故傳統(tǒng)的土壓力計(jì)算理論不能再滿足非飽和原狀黃土邊坡的計(jì)算要求。許多學(xué)者就土壓力問題做了大量的試驗(yàn)研究，但試驗(yàn)中所針對的都是重塑土；對于原狀砂性土的力學(xué)性狀與擾動后的差別并不是很大，但擾動后的非飽和黃土與其原狀時的力學(xué)性能相差很大，并且這種原狀的力學(xué)特性在短期之內(nèi)不能恢復(fù)。測試土壓力中采用剛性支擋結(jié)構(gòu)和土壓力盒很難能準(zhǔn)確的測量出土體真實(shí)的土壓力。剛性擋墻受力后，由于擋墻的剛度很大，墻背各點(diǎn)是不可能又相對獨(dú)立的位移。而柔性支擋結(jié)構(gòu)已被廣泛的應(yīng)用到工程中，其結(jié)構(gòu)與土的作用所產(chǎn)生的土壓力分布和大小與剛性支擋結(jié)構(gòu)完全不同。因此本實(shí)用新型專利測試黃土邊坡土壓力采用了柔性支擋結(jié)構(gòu)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種非飽和原狀黃土邊坡土壓力拉桿式測試裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡單；相對于剛性擋墻方法經(jīng)濟(jì)合理，能夠準(zhǔn)確測試原狀黃土邊坡土壓力。本實(shí)用新型的實(shí)現(xiàn)目的所采取的技術(shù)方案是一種非飽和原狀黃土邊坡土壓力拉桿式測試裝置，包括錨桿、鋼筋應(yīng)力計(jì)、錨固板及數(shù)據(jù)采集箱；鋼筋應(yīng)力計(jì)兩端焊接于錨桿，錨桿一端與錨固板固定連接，另一端錨固在錨固樁上，鋼筋應(yīng)力計(jì)經(jīng)數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集箱連接。[0013]使用時錨桿錨固在錨固樁上作為固定端，錨桿另一端用錨固板錨固在削坡后垂直邊坡的臨空面上，用固定螺母擰緊。所述鋼筋應(yīng)力計(jì)是應(yīng)變式埋入鋼筋應(yīng)力計(jì)。為消除錨桿和鋼筋應(yīng)力計(jì)與土體的摩擦，用PVC管作為錨桿和鋼筋應(yīng)力計(jì)的套管。非飽和原狀黃土土壓力目前的研究還處于半經(jīng)驗(yàn)半理論層面，計(jì)算結(jié)果往往與實(shí)際情況不否。本實(shí)用新型可以很好解決非飽和原狀黃土邊坡土壓力測試這一難點(diǎn)問題，解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，能夠測試非飽和原狀黃土邊坡土壓力大小及分布情況。應(yīng)用本實(shí)用新型時一種全新測試土壓力方法，采用柔性支擋結(jié)構(gòu)，對自然邊坡進(jìn)行垂直切削的方式，使邊坡表面土體各測點(diǎn)可以相對獨(dú)立的位移，測試非飽和黃土邊坡的 土壓力與分布形式。本實(shí)用新型方法實(shí)施簡單，相對剛性擋墻經(jīng)濟(jì)合理；與傳統(tǒng)擋墻和土壓力盒測試方法不同，能夠準(zhǔn)確直接測量原狀非飽和黃土邊坡土壓力。這種實(shí)測方法是原狀黃土土壓力測試的一種全新嘗試。本實(shí)用新型使用時，用混凝土樁作為錨固錨桿和鋼筋應(yīng)力計(jì)一端的錨固樁，錨桿和鋼筋應(yīng)力計(jì)的另一端錨固在邊坡的臨空面處，對黃土邊坡進(jìn)行自上而下垂直切減，把試驗(yàn)的自然原邊坡削坡成垂直邊坡，在削坡過程中，由于對原邊坡的大量卸荷，土體應(yīng)力釋放對錨固鋼板產(chǎn)生作用力，垂直邊坡產(chǎn)生側(cè)向即橫向水平位移，使錨桿和鋼筋應(yīng)力計(jì)產(chǎn)生應(yīng)變，故便可以測得應(yīng)力計(jì)的拉力，即為此測點(diǎn)的土壓力；還可測得錨固鋼板上的土壓力強(qiáng)度，經(jīng)過修正得到非飽和原狀黃土垂直高邊坡的土壓力強(qiáng)度分布特征曲線。在邊坡坡頂和錨固樁樁身頂部設(shè)置位移觀測點(diǎn)，以便觀測邊坡和樁的位移情況。
圖I是挖設(shè)探井、洛陽鏟水平向打孔的示意圖；圖2是水平向孔洞中插入PVC管、錨桿及鋼筋應(yīng)力計(jì)的示意圖，圖3是在探井中布置鋼筋，將錨桿一端固定于鋼筋上，并澆注混凝土的示意圖，圖4是錨桿拉拔儀拉緊錨桿，自上而下削坡至第一個錨桿時，固定端頭的示意圖，圖5是自上而下削坡，固定端頭的示意圖，圖6是試驗(yàn)區(qū)域剖面示意圖，圖7是試驗(yàn)區(qū)域的立面圖，圖8是試驗(yàn)區(qū)域的俯視圖，圖9是臨空面固定端組件圖，圖10是的圖9的左視圖，圖11是非飽和原狀黃土邊坡土壓力拉桿式測試裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1一原始地面；2—探井；3—水平孔；4一套管；5—鋼筋應(yīng)力計(jì)；6—錨桿；7—原有坡面；8—鋼筋混凝土錨固樁；9一數(shù)據(jù)線；10—數(shù)據(jù)米集箱；11一錨桿拉拔儀；12 —臨空面固定端；13—垂直邊坡臨空面；14一新形成的地面；15—垂直邊坡臨空面與原有黃土坡面分界線；16—固定螺母；17—錨固板；18—A矩形等效面積，19—A板面積。
Χ0Υ, Χ0Υ Ζ:γ:為二維坐標(biāo)軸；χγζ為三維坐標(biāo)。
具體實(shí)施方式
[0033]如圖11與圖8所示一種非飽和原狀黃土邊坡土壓力拉桿式測試裝置，包括錨桿
6、鋼筋應(yīng)力計(jì)5、錨固板17及數(shù)據(jù)采集箱10 ;鋼筋應(yīng)力計(jì)5兩端焊接于錨桿6，錨桿6 —端與錨固板17固定連接，另一端錨固 在錨固樁8上，鋼筋應(yīng)力計(jì)5經(jīng)數(shù)據(jù)線9與數(shù)據(jù)采集箱10連接。參見圖6、圖9與圖10 :使用時，錨桿6 —端錨固在鋼筋混凝土錨固樁8上作為固定端，另一端用錨固板17錨固在削坡后垂直邊坡的臨空面上，用固定螺母16擰緊。所述鋼筋應(yīng)力計(jì)5是應(yīng)變式埋入鋼筋應(yīng)力計(jì)。為消除錨桿6和鋼筋應(yīng)力計(jì)5與土體的摩擦，錨桿6和鋼筋應(yīng)力計(jì)5的外圍設(shè)有套管4，套管4為PVC管。圖I、圖2、圖3、圖4與圖5表示出本實(shí)用新型土壓力測試方法實(shí)施步驟圖，應(yīng)用拉桿式測試裝置測試非飽和原狀黃土邊坡土壓力的方法，是利用非飽和原狀黃土邊坡土壓力拉桿式測試裝置與錨固樁，將錨桿、鋼筋應(yīng)力計(jì)與套管，按照設(shè)計(jì)方案埋設(shè)于原狀黃土邊坡中，對非飽和原狀黃土邊坡土壓力進(jìn)行測試；主要步驟如下(I)在邊坡土體坡頂?shù)脑嫉孛鍵向下挖設(shè)與其垂直的探井2 ;探井2距離原有邊坡坡頂邊緣15 m,探井2的直徑H5為O. 8 m、探井2深度Hl為14m與邊坡同高；(2)邊坡土體側(cè)面按照設(shè)計(jì)距離，用洛陽鏟橫向生產(chǎn)水平孔3，水平孔3從邊坡處一直延伸至探井2與探井2垂直對接連通；設(shè)計(jì)距離第一個拉桿離地面距離H2為3m，兩拉桿之間距離H3為I. 4m ;鋼筋應(yīng)力計(jì)5和錨桿6組成拉桿；(3)橫向水平孔3中，插入套管4 ;套管4中在放入焊接好的鋼筋應(yīng)力計(jì)5和錨桿6 ;將鋼筋應(yīng)力計(jì)5與數(shù)據(jù)采集線9相連，數(shù)據(jù)采集線9另一端與數(shù)據(jù)采集箱10連接；鋼筋應(yīng)力計(jì)離錨固端距離H4為Im ;拉桿長度H6為15m ;(4)探井中布直鋼筋籠，鋪桿6 —端與探井2中鋼筋籠固定連接，探井2中燒注混凝土，使之成為受力的鋼筋混凝土錨固樁8 ;(5)從原有邊坡7自上而下逐步垂直削坡，削至第一個拉桿處，用錨桿拉拔儀11拉緊錨桿6使之剛好受力，加錨固板17用固定螺母16固定該點(diǎn)，即臨空面固定端12 ;并將數(shù)據(jù)采集線9與數(shù)據(jù)采集箱10相連，開始記錄數(shù)據(jù)；(6)重復(fù)步驟(5)，即削出一段垂直邊坡臨空面13，直至完成接近邊坡土體坡腳原始地面；參見圖6與圖7 :將垂直邊坡臨空面13全部挖完后，形成了垂直邊坡臨空面與原有黃土坡面分界線15、新形成的地面14 ；(7)自上而下對原有黃土邊坡7逐步削坡成為垂直邊坡，原邊坡大量卸載，削坡后的垂直邊坡側(cè)向水平位移增大，鋼筋應(yīng)力計(jì)5與土體共同移動，鋼筋應(yīng)力計(jì)5的應(yīng)變也隨之改變，數(shù)據(jù)箱10直接測得鋼筋應(yīng)力計(jì)5的微應(yīng)變；(8)將測得的鋼筋應(yīng)力計(jì)微應(yīng)變經(jīng)公式換算，得出該測點(diǎn)錨桿所受的拉力及該測點(diǎn)的土壓力。
權(quán)利要求1.一種非飽和原狀黃土邊坡土壓力拉桿式測試裝置，其特征在于包括錨桿、鋼筋應(yīng)力計(jì)、錨固板及數(shù)據(jù)采集箱；鋼筋應(yīng)力計(jì)兩端焊接于錨桿，錨桿一端與錨固板固定連接，另一端錨固在錨固樁上，鋼筋應(yīng)力計(jì)經(jīng)數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集箱連接。
2.如權(quán)利要求I所述的一種非飽和原狀黃土邊坡土壓力拉桿式測試裝置，其特征在于錨桿錨固在錨固樁上，錨桿另一端用錨固板錨固在削坡后垂直邊坡的臨空面上，由固定螺母固定。
3.如權(quán)利要求I或2所述的一種非飽和原狀黃土邊坡土壓力拉桿式測試裝置，其特征在于錨桿和鋼筋應(yīng)力計(jì)的外圍設(shè)有套管。
4.如權(quán)利要求3所述的一種非飽和原狀黃土邊坡土壓力拉桿式測試裝置，其特征在于套管為PVC管。
5.如權(quán)利要求3所述的一種非飽和原狀黃土邊坡土壓力拉桿式測試裝置，其特征在于鋼筋應(yīng)力計(jì)是應(yīng)變式埋入鋼筋應(yīng)力計(jì)。
專利摘要本實(shí)用新型屬于巖土工程領(lǐng)域中實(shí)測邊坡土壓力技術(shù)領(lǐng)域，主要用于測試非飽和原狀黃土垂直邊坡土壓力大小及變化規(guī)律，涉及非飽和原狀黃土邊坡土壓力拉桿式測試裝置，主要用于測試非飽和原狀黃土垂直邊坡土壓力大小及變化規(guī)律，涉及非飽和原狀黃土邊坡土壓力拉桿式測試裝置，包括錨桿、鋼筋應(yīng)力計(jì)、錨固板及數(shù)據(jù)采集箱；鋼筋應(yīng)力計(jì)兩端焊接于錨桿，錨桿一端與錨固板固定連接，另一端錨固在錨固樁上，鋼筋應(yīng)力計(jì)經(jīng)數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集箱連接。錨桿和鋼筋應(yīng)力計(jì)的外圍設(shè)有套管。使用時，錨桿錨固在錨固樁上，錨桿另一端用錨固板錨固在削坡后垂直邊坡的臨空面上，由固定螺母固定。本實(shí)用新型能夠測試非飽和原狀黃土邊坡土壓力大小及分布情況。
文檔編號E02D1/00GK202730734SQ20122034510
公開日2013年2月13日 申請日期2012年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月17日
發(fā)明者黃雪峰, 陳正漢, 胡燕妮 申請人:蘭州理工大學(xué)