申请/专利权人：河海大学

申请日：2019-05-20

公开（公告）日：2021-04-13

公开（公告）号：CN110186369B

主分类号：G01B7/16(20060101)

分类号：G01B7/16(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.04.13#授权;2019.09.24#实质审查的生效;2019.08.30#公开

摘要：本发明公开了一种检测加筋土结构中加筋环应变的实验装置及方法，属于加筋土结构物中筋材应力及应变领域。其包括反力架10、模型箱30、加筋环20、电阻应变仪、控制仪50、雨水模拟装置60和加压装置90，模型箱30内承载墙面板34、拉筋35、填料及埋置在填料内的加筋环20，其拉筋35均匀分布层层粘贴在墙面板34上并平整水平张拉，在每层填料平整后依层填埋若干个加筋环20，墙面板、拉筋、填料及埋置在填料内的加筋环经夯实后形成加筋土结构。本发明装置的检测过程更具针对性，装置结构简单，故障率低且易于维修，使用寿命长，在检测不同填料加筋土结构中加筋环应变方面具有广阔的应用前景。

主权项：1.一种检测加筋土结构中加筋环应变的实验装置，其特征在于：其包括反力架10、模型箱30、加筋环20、电阻应变仪、控制仪50、雨水模拟装置60和加压装置90；所述反力架10包括支撑梁11、左侧臂12、右侧臂13、底座14，所述左侧臂12、右侧臂13分立于横卧的支撑梁11两侧并与所述支撑梁11垂直固连，其底部分别与底座14垂直固连，所述模型箱30设置在支撑梁11的正下方，所述模型箱30的底部与底座14活动连接；所述模型箱30为上部敞口的箱体，其内承载墙面板34、拉筋35、填料及埋置在填料内的加筋环20，所述墙面板34与模型箱的前侧壁贴紧并活动连接，所述拉筋35均匀分布层层粘贴在墙面板34上并平整水平张拉，在所述模型箱30内分层填埋填料，在每层填料平整后的中部，依层填埋若干个平行排列的加筋环20，所述加筋环20与拉筋35交替布置，分布于不同填料层，且从下而上，所述加筋环20和拉筋35呈从小到大分布，所述墙面板34、拉筋35、填料及埋置在填料内的加筋环20经夯实后形成加筋土结构；所述加筋环20外壁中部对称设置至少两片电阻应变片40，所述电阻应变片40与电阻应变仪相连；所述支撑梁11的中央下方装配有加压装置90，所述加压装置90在所述控制仪50控制下对拆除模型箱30的加筋土结构施加压力；所述支撑梁11的两侧下方装配有若干个雨水模拟装置60，所述雨水模拟装置60在所述控制仪50控制下工作。

全文数据：一种检测加筋土结构中加筋环应变的实验装置及方法技术领域本发明涉及研究加筋土结构物中筋材应力及应变领域，尤其涉及一种检测加筋土结构中加筋环应变的实验装置及方法。背景技术加筋土就是在压实的填料中，做加筋处理，使其能够在拉筋方向获得和拉筋抗拉强度相适应的粘聚力，变为一个能够支承外力自重的复合结构。加筋土结构一般由墙面板、加筋材料和土体填料等主要部分组成。该结构存在着墙面板上的压力、土体填料自重压力、拉筋拉力和土体填料与筋条间的摩擦力等，这些相互作用的平衡保证了该复合结构的稳定性。总的来说，加筋土结构是利用土体填料和筋条之间所产生的摩擦力，使土体呈复合体，提高土体强度，抵抗墙面板后填料产生的侧压力。但近年来的工程实践和理论研究表明，加筋土结构及对其进行的检测存在着一些难以解决问题。例如现有对加筋土结构检测的装置不仅测量耗时长，而且不能进行连续测量，使用寿命短，对环境也不十分友好。发明内容本发明的目的在于克服现有技术上的不足，提供一种检测加筋土结构中加筋环应变的实验装置及方法，以解决现有对加筋土结构检测的装置存在的测量耗时长、不能进行连续测量、使用寿命短、对环境也不十分友好等问题。本发明的目的是这样实现的：本发明提供一种检测加筋土结构中加筋环应变的实验装置，其包括反力架、模型箱、加筋环、电阻应变仪、控制仪、雨水模拟装置和加压装置；所述反力架包括支撑梁、左侧臂、右侧臂、底座，所述左侧臂、右侧臂分立于横卧的支撑梁两侧并与所述支撑梁垂直固连，其底部分别与底座垂直固连，所述模型箱设置在支撑梁的正下方，所述模型箱的底部与底座活动连接；所述模型箱为上部敞口的箱体，其内承载墙面板、拉筋、填料及埋置在填料内的加筋环，所述墙面板与模型箱的前侧壁贴紧并活动连接，所述拉筋均匀分布层层粘贴在墙面板上并平整水平张拉，在所述模型箱内分层填埋填料，在每层填料平整后的中部，依层填埋若干个平行排列的加筋环，所述加筋环与拉筋交替布置，分布于不同填料层，且从下而上，所述加筋环和拉筋呈从小到大分布，所述墙面板、拉筋、填料及埋置在填料内的加筋环经夯实后形成加筋土结构；所述加筋环外壁中部对称设置至少两片电阻应变片，所述电阻应变片与电阻应变仪相连；所述支撑梁的中央下方装配有加压装置，所述加压装置在所述控制仪控制下对拆除模型箱的加筋土结构施加压力；所述支撑梁的两侧下方装配有若干个雨水模拟装置，所述雨水模拟装置在所述控制仪控制下工作。可选地，本发明所述模型箱内还包括若干个分层板，所述分层板水平设置，与所述模型箱侧壁滑动上下平移；优选地，所述分层板设置在模型箱中部。可选地，本发明所述模型箱包括前面板、三面环壁板、底板、活动螺栓、排水口，所述前面板、三面环壁板与底板彼此固连，所述墙面板与前面板通过活动螺栓贴合设置，所述排水口设置在环壁板的底部。可选地，本发明所述模型箱的上部敞口呈矩形、拱形或圆形。可选地，本发明所述加压装置包括液压千斤顶和压板，所述压板水平固定在液压千斤顶的底部。本发明还提供了一种检测加筋土结构中加筋环应变的实验装置的实验方法，其包括以下步骤：步骤一、组装模型箱，模型箱的前面板、三面环壁板与底板通过角钢和螺钉彼此可靠连接，将已组装好的上部敞口模型箱小心地放置在反力架的底座上，调整好模型箱的位置，使用底座上的卡槽固定模型箱，轻推模型箱不发生明显位移为宜；步骤二、将墙面板放置在模型箱内，通过活动螺栓与前面板紧贴连接，拉筋均匀层层排布在墙面板上，并与墙面板可靠粘结并平整水平张拉，对模型箱内分层填埋填料，并在每层填料平整后的中部依层平行埋置粘贴好电阻应变片的加筋环20，使填料顶面填埋至设计高程面；步骤三、使用实心锤夯实箱内填料，测定夯实效果较好后拆除前面板，构成加筋土结构的实验模型；步骤四、通过控制仪控制加压装置对加筋土结构施加不同等级的压力，必要时可启动雨水模拟装置；步骤五、通过电阻应变仪检测加筋环在加压情况下的应变变化情况并记录；步骤六、拆解和清洗上述实验装置。可选地，本发明步骤二中，所述加筋环置于沟深深于加筋环的高度、沟宽宽于加筋环的厚度的环沟中，所述环沟开挖于每层平整后的填料面中部。可选地，本发明步骤二中，若需填埋不同的填料，填料填埋至模型箱预设位置后将填料整平并固定分层板，再换填另一种填料继续填埋。可选地，本发明步骤三中，拆除前面板时需小心处理，先小心解除箱体上的活动螺栓，再将前面板整体拆下，静置1min，观察加筋土结构，若出现漏砂或加筋土结构大面积垮塌现象，重复步骤二-步骤三，直至构成稳定的加筋土结构的实验模型。有益效果1本发明对加筋土结构检测的装置结构简单，故障率低且易于维修，检测过程更具针对性，没有时间限制，可以反复进行检测，且相对于传统试验方法，大大缩短了检测时间；2本发明对加筋土结构检测的装置，其模型箱和反力架等均采用金属与胶合板等硬质材料，不易破损，设备使用寿命长，对环境也很友好；3本发明的实验装置，通过加压装置施加不同等级的压力，可直接检测加筋环的应变变化，尤其是检测不同填料加筋土结构中加筋环的应变变化，针对性较强；其雨水模拟装置可模拟降雨，进而检测在复杂情况下加筋土结构中加筋环应变的变化。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。图1为本发明一种检测加筋土结构中加筋环应变的实验装置的结构正视图；图2为图1中本发明的模型箱横剖图；图3为图1中本发明的模型箱俯视图；其中，反力架10支撑梁11左侧臂12右侧臂13底座14加筋环20模型箱30前面板31环壁板32底板33墙面板34拉筋35活动螺栓36分层板37排水口38电阻应变片40控制仪50雨水模拟装置60加压装置90液压千斤顶91压板93。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和或它们的组合。为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。上文已经提及，近年来的工程实践和理论研究表明，加筋土结构存在着一些难以解决问题。例如加筋材料的防腐和对土体的适应性问题、工程施工中加筋土结构理论计算结果和实际工程不相匹配的问题等。为了克服这些难题，我国提出了一种可替代拉筋的新型质料——加筋环。但该技术发展尚未成熟，尤其是探究加筋环在不同填料加筋土结构物中的应力及应变关系等问题尚未得到较好解决。一般工程上采用平板载荷法进行加筋环在加筋土结构物中的应力测试，但需耗费较多的人力物力施加荷载与构建加筋结构物，往往需要数个小时甚至更久才可完成试验，试验效率较低。而加筋环的使用受许多因素影响，很重要的一项是加筋土体即填料的适应性问题，研究加筋环对不同填料的适应性且利用加筋环的应变来反映其效用有很大意义。本发明针对上述问题，本发明公开了一种检测加筋土结构中加筋环应变的实验装置，其包括反力架10、加筋环20、模型箱30、控制仪50、雨水模拟装置60、电阻应变仪、加压装置90。如图1所示，其中，反力架10包括支撑梁11、左侧臂12、右侧臂13和底座14。其左侧臂12、右侧臂13分立于横卧的支撑梁11两侧并与所述支撑梁11垂直固连，其底部分别与底座14垂直固连。模型箱30设置在支撑梁11的正下方，其底部通过卡槽与底座14活动连接，以方便模型箱30拆装及清洗。模型箱30为上部敞口的箱体，其内承载墙面板34、拉筋35、填料及埋置在填料内的加筋环20。模型箱30主体由胶合板组合而成，各面板之间通过角钢和螺钉可靠连接，其包括一前面板31、三面环壁板32、底板33、若干个活动螺栓36、排水口38，所述前面板31与三面环壁板32、底板33彼此固连。墙面板34为采用丁苯橡胶SBR等合成橡胶或其他柔性材料制成的薄板，墙面板34通过活动螺栓36与前面板31贴紧设置，所述排水口38设置在环壁板32的底部，有排水管引出。前面板31用于支撑墙面板34，在未填埋好填料时，与环壁板32结合，为加筋土结构提供侧限，如图2所示。模型箱30的上部敞口呈矩形、拱形或圆形等，如模型箱30箱体尺寸为长1.2m*宽1m*高1m，且墙面板34呈拱形的上部敞口的箱体，如图3所示。拉筋35的材质为聚丙烯塑料或其他具有一定抗拉强度的柔性材料，其均匀分布层层粘贴在墙面板34上并平整水平张拉，一般地，拉筋35的锚固长度不小于20厘米。所述模型箱30内分层填埋填料，填料可以是多种类的，包括黏土、砂土、垃圾土、碎石等。在每层填料平整后，在填料中部依层填埋若干个平行排列的加筋环20，加筋环20呈环形，采用丁苯橡胶或其他合成橡胶制成。加筋环20设置在每层填料面中部，与拉筋35交替布置，而拉筋35在更靠近墙面板34的一侧，加筋环20仅与拉筋35的上半部分重叠布置，以便更好地构成加筋土结构。加筋环20与拉筋35在不同填料层，如图2所示。可依据试验需求布置规格不同的加筋环和拉筋，每种规格的加筋环尺寸可不等，如从下而上，加筋环的半径差为0.1m。图2示出了一种具体的布置方式，加筋环20使用两种型号，半径为0.25m、壁厚为8cm的加筋环20设置在下部若干层，拉筋长度0.5m；半径为0.35m、壁厚为8cm的加筋环20设置在上部若干层，拉筋长度0.7m。所述加筋环20外壁中部对称设置有电阻应变片40，所述电阻应变片40设置具体的数量根据实验要求而定，最少对称布置两片且与电阻应变仪图中未示出相连。所述墙面板34、拉筋35、填料及埋置在填料内的加筋环20经夯实后形成加筋土结构。模型箱30内还可设置若干个分层板37，其材料为胶合板，用于填埋不同的填料，以检测添加不同填料的情况下加筋土结构内加筋环20的应变变化情况。分层板37水平设置，可与模型箱侧壁滑动上下平移，以便施加竖向压力时分层板37可向下层填料传递压力，图2中，以一个分层板37设置于模型箱中部示意。如图2所示，支撑梁11的中央下方装配有加压装置90，该加压装置90由液压千斤顶91和压板93构成，压板93水平固定在液压千斤顶91的底部，用于对拆除模型箱30的加筋土结构施加不同等级的压力，在进行加压的情况下可检测加筋环20应变的大小。支撑梁11的两侧下方装配有若干个雨水模拟装置60，所述雨水模拟装置60在所述控制仪50控制下开启雨水模拟装置60。雨水模拟装置60通过外接水管进行供水，控制仪5调节模拟降雨量的大小，最终箱内的水通过排水口38排出。所述雨水模拟装置60可模拟降雨，进而检测在复杂情况下加筋土结构中加筋环20应变的变化情况。加筋环20的工作原理是充分利用合成橡胶抗拉强度较高的特性，使圆环内填料产生的侧向压力转由加筋环20承担；圆环内的填料在竖向荷载作用下受到挤压并产生侧向膨胀，而加筋环20束缚了这种侧向变形。加筋环20阻断了环内侧压力向环外的传递，并与环内填料组成一个“饼”状加筋体，若干层“饼”状加筋体交叉叠加后组成加筋土结构实体。加筋土结构的外部稳定可采用库仑或朗肯理论计算。由于本发明墙面板34墙背竖直、光滑，忽略墙背与填料之间的摩擦力，故可利用朗肯主动土压力公式，依据土体的极限平衡条件，由于填料无粘性的填料，不考虑粘聚力c，得到：pa＝γ×z×Ka式中：Ka——主动土压力系数；γ——墙后填料重度，单位：kNm3，地下水位以下用有效重度；——墙后填料的内摩擦角，单位：°；z——所计算点距离填料面的深度，单位：m。主动土压力的求解有利于研究加筋土结构的受力特征，在加筋土中埋置加筋环20的情况下，可以更好地检测加筋土结构中加筋环20的应变特征。本发明一种检测加筋土结构中加筋环应变的实验装置的实验方法为：步骤一、组装模型箱30，模型箱30的前面板31、三面环壁板32与底板33通过角钢和螺钉彼此可靠连接，将已组装好的上部敞口模型箱30小心地放置在反力架10的底座14上，调整好模型箱30的位置，使用底座14上的卡槽固定模型箱30，轻推模型箱30不发生明显位移为宜。步骤二、将墙面板34放置在模型箱30内，通过活动螺栓36与前面板31紧贴连接，拉筋35均匀层层排布在墙面板34上，并与墙面板34可靠粘结且平整水平张拉，使拉筋35有充分的拉力。对模型箱30内分层填埋填料，每层层高为0.05-0.2m，平整拉筋35并拉直，并在每层填料平整后依层埋置粘贴好电阻应变片40的加筋环20，再进行上层填料的填埋，使填料顶面填埋至设计高程面。对于下部若干层填料，在其平整后的填料面中部开挖若干个平行排列的半径为0.25m的环沟，对于上部若干层填料，在其平整后的填料面中部开挖若干个平行排列的半径为0.35m的环沟，明显地，上部填料设置的环沟数少于下部填料设置的环沟数。环沟深度略深于加筋环20的高度，沟宽略宽于加筋环20的厚度，以正好能放下加筋环20为佳。填料的具体层数、环沟数、加筋环20的规格等具体参数，由试验人员根据现场的实际情况确定。若需填埋不同的填料，填料填埋至模型箱预设位置后将填料整平并固定好分层板37，按压分层板37使其尽量水平放置，再换填另一种填料继续填埋，所填填料由具体实验需求而定。重复上述过程，使填料顶面填埋至设计高程面，一般地，填料顶面填埋至墙面板34顶端水平面下1cm左右。步骤三、使用实心锤夯实箱内填料，测定夯实效果较好后拆除前面板31，构成加筋土结构的实验模型。拆除前面板31时需小心处理，先小心解除箱体上的活动螺栓36，再将前面板31整体拆下，静置1min，观察加筋土结构，若无漏沙现象可进行下一步骤。若出现漏沙或加筋土结构大面积垮塌现象，重复步骤二-步骤三，直至构成稳定的加筋土结构的实验模型。步骤四、在加筋土结构稳定后，通过控制仪50控制加压装置90对加筋土结构中的加筋环20施加不同等级的压力，控制仪50可控制施加压力的大小，从小至大进行加载。若需模拟降雨时的工况，可启动雨水模拟装置60，对加筋土结构模拟降雨。雨水模拟装置60通过外接水管进行供水，控制仪50调节模拟降雨量的大小，最终箱内的水通过排水口38排出。步骤五、通过电阻应变仪检测合成加筋环20的应变变化情况并记录：在加压过程中，电阻应变仪实时显示合成加筋环20的应变情况，在反复施加荷载的情况下对其应变特征进行记录，以此研究加筋环20在加筋土结构中的应变特征。对比添加不同填料的情况下加筋环20的应变变化情况并记录，对不同填料的加筋环20应变可做对比试验，检验加筋环对于不同种类填料的适应性。步骤六、拆解和清洗装置：在试验完成后，关闭加压装置90和模拟雨水装置10，等待箱内雨水从排水口38排出，再将模型箱30内的填料铲除并贮存。确认无余砂后，拆下模型箱30并擦拭干净，沥干水分后收纳好。本发明装置的使用寿命长，在检测不同填料加筋土结构中加筋环应变方面具有广阔的应用前景。以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步地详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围。上述实施例的油纸膜的固定方式适合其他产生滴胶的装置或设备，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种检测加筋土结构中加筋环应变的实验装置，其特征在于：其包括反力架10、模型箱30、加筋环20、电阻应变仪、控制仪50、雨水模拟装置60和加压装置90；所述反力架10包括支撑梁11、左侧臂12、右侧臂13、底座14，所述左侧臂12、右侧臂13分立于横卧的支撑梁11两侧并与所述支撑梁11垂直固连，其底部分别与底座14垂直固连，所述模型箱30设置在支撑梁11的正下方，所述模型箱30的底部与底座14活动连接；所述模型箱30为上部敞口的箱体，其内承载墙面板34、拉筋35、填料及埋置在填料内的加筋环20，所述墙面板34与模型箱的前侧壁贴紧并活动连接，所述拉筋35均匀分布层层粘贴在墙面板34上并平整水平张拉，在所述模型箱30内分层填埋填料，在每层填料平整后的中部，依层填埋若干个平行排列的加筋环20，所述加筋环20与拉筋35交替布置，分布于不同填料层，且从下而上，所述加筋环20和拉筋35呈从小到大分布，所述墙面板34、拉筋35、填料及埋置在填料内的加筋环20经夯实后形成加筋土结构；所述加筋环20外壁中部对称设置至少两片电阻应变片40，所述电阻应变片40与电阻应变仪相连；所述支撑梁11的中央下方装配有加压装置90，所述加压装置90在所述控制仪50控制下对拆除模型箱30的加筋土结构施加压力；所述支撑梁11的两侧下方装配有若干个雨水模拟装置60，所述雨水模拟装置60在所述控制仪50控制下工作。2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于：所述模型箱30内还包括若干个分层板37，所述分层板37水平设置，与所述模型箱30侧壁滑动上下平移。3.根据权利要求2所述的实验装置，其特征在于：所述分层板37设置在模型箱中部。4.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于：所述模型箱30包括前面板31、三面环壁板32、底板33、活动螺栓36、排水口38，所述前面板31、三面环壁板32与底板33彼此固连，所述墙面板34与前面板31通过活动螺栓36贴合设置，所述排水口38设置在环壁板32的底部。5.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于：所述模型箱30的上部敞口呈矩形、拱形或圆形。6.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于：所述加压装置90包括液压千斤顶91和压板93，所述压板93水平固定在液压千斤顶91的底部。7.一种检测加筋土结构中加筋环应变的实验装置的实验方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、组装模型箱30，模型箱30的前面板31、三面环壁板32与底板33通过角钢和螺钉彼此可靠连接，将已组装好的上部敞口模型箱30小心地放置在反力架10的底座14上，调整好模型箱30的位置，使用底座14上的卡槽固定模型箱30，轻推模型箱30不发生明显位移为宜；步骤二、将墙面板34放置在模型箱30内，通过活动螺栓36与前面板31紧贴连接，拉筋35均匀层层排布在墙面板34上，并与墙面板34可靠粘结并平整水平张拉，对模型箱30内分层填埋填料，并在每层填料平整后的中部依层平行埋置粘贴好电阻应变片40的加筋环20，使填料顶面填埋至设计高程面；步骤三、使用实心锤夯实箱内填料，测定夯实效果较好后拆除前面板31，构成加筋土结构的实验模型；步骤四、通过控制仪50控制加压装置90对加筋土结构施加不同等级的压力，必要时可启动雨水模拟装置60；步骤五、通过电阻应变仪检测加筋环20在加压情况下的应变变化情况并记录；步骤六、拆解和清洗上述实验装置。8.根据权利要求7所述的实验方法，其特征在于：步骤二中，所述加筋环20置于沟深深于加筋环20的高度、沟宽宽于加筋环20的厚度的环沟中，所述环沟开挖于每层平整后的填料面中部。9.根据权利要求8所述的实验方法，其特征在于：步骤二中，若需填埋不同的填料，填料填埋至模型箱预设位置后将填料整平并固定分层板37，再换填另一种填料继续填埋。10.根据权利要求7至9中任一项所述的实验方法，其特征在于：步骤三中，拆除前面板31时需小心处理，先小心解除箱体上的活动螺栓36，再将前面板31整体拆下，静置1min，观察加筋土结构，若出现漏砂或加筋土结构大面积垮塌现象，重复步骤二-步骤三，直至构成稳定的加筋土结构的实验模型。

百度查询： 河海大学 一种检测加筋土结构中加筋环应变的实验装置及方法

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