[發(fā)明專利]框格預(yù)應(yīng)力錨桿加固邊坡振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)裝置及施工方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711360524.1
• 申請(qǐng)日: 2017-12-18
• 公開（公告）號(hào): CN107748048A
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉帥華;趙壯福;朱彥鵬;房光文;時(shí)軼磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘭州理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M7/06
• 分類號(hào): G01M7/06;E02D33/00
• 代理公司: 蘭州振華專利代理有限責(zé)任公司62102
• 代理人: 董斌

1.框格預(yù)應(yīng)力錨桿加固邊坡振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)裝置, 包括振動(dòng)臺(tái)（1），鋼墊板（2），模型箱（3），土質(zhì)邊坡體（4），框格（20），預(yù)應(yīng)力錨桿（6），其特征在于：所述的模型箱（3）由鋼墊板（2）、方鋼梁（21）、方鋼柱（22）以及有機(jī)玻璃（5）經(jīng)緊固件柔性連接而成，通過高強(qiáng)螺栓（29）與振動(dòng)臺(tái)（1）連接，模型箱（3）內(nèi)裝有框格（20）和土質(zhì)邊坡體（4）；所述土質(zhì)邊坡體（4）經(jīng)分層壓實(shí)后形成，土質(zhì)邊坡體（4）內(nèi)鋪設(shè)預(yù)應(yīng)力錨桿（6），由錨桿自由段（30）和錨桿錨固段（31）構(gòu)成；所述框格（20）置于土質(zhì)邊坡體（4）前，由格構(gòu)梁（7）、格構(gòu)柱（8）和擋土板（9）組成；錨頭（19）和墊板（18）將穿過框格（20）的預(yù)應(yīng)力錨桿（6）通過螺母（24）錨定在框格（20）上，形成模擬支護(hù)邊坡；位移傳感器（10）安裝于錨頭（19）以及土質(zhì)邊坡體（4）坡頂預(yù)設(shè)位置處；在模型箱（3）內(nèi)部設(shè)四組加速度計(jì)A（14），模型箱（3）外部設(shè)三組加速度計(jì)B（15）；錨桿自由段（30）、錨桿錨固段（31）以及格構(gòu)梁（7）、格構(gòu)柱（8）預(yù)設(shè)位置處貼有應(yīng)變片（12）；框格（20）與土質(zhì)邊坡體（4）接觸的設(shè)定位置處布有土壓力盒（13）；應(yīng)變片（12）、加速度計(jì)A（14）、加速度計(jì)B（15），位移傳感器（10）與土壓力盒（13）通過數(shù)據(jù)線（27）分別與應(yīng)變采集儀（35）、加速度采集儀（32）、位移采集儀（34）、土壓力采集儀（33）對(duì)應(yīng)連接，通過數(shù)據(jù)線（27）一并連接到動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（28）。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的框格預(yù)應(yīng)力錨桿加固邊坡振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述振動(dòng)臺(tái)（1）為X、Y、Z三向六自由度震動(dòng)裝置，頻率范圍為0.1Hz～50Hz。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的框格預(yù)應(yīng)力錨桿加固邊坡振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述框格（20）預(yù)制而成，包括格構(gòu)梁（7）、格構(gòu)柱（8）和擋土板（9）；格構(gòu)梁（7）、格構(gòu)柱（8）內(nèi)的受力縱筋采用鋼絲，擋土板（9）內(nèi)鋼筋和梁、柱箍筋采用鍍鋅鐵絲。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的框格預(yù)應(yīng)力錨桿加固邊坡振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述模型箱（3）是頂部不閉合的長(zhǎng)方形體，頂部設(shè)有方鋼梁（21）構(gòu)成的圈梁，在其底部設(shè)有預(yù)留孔洞與鋼墊板（2）連接；模型箱（3）頂部設(shè)有橫向方鋼梁，其上焊接吊環(huán)（26）。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的框格預(yù)應(yīng)力錨桿加固邊坡振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述加速度采集儀（32）、土壓力采集儀（33）、位移采集儀（34）、應(yīng)變采集儀（35）設(shè)置在振動(dòng)臺(tái)（1）的影響范圍以外，通過數(shù)據(jù)線（27）將其均與動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（28）連接。

6.框格預(yù)應(yīng)力錨桿加固邊坡振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)裝置的施工方法，其特征在于，其步驟為：

（1）方案設(shè)計(jì)：制定模型結(jié)構(gòu)構(gòu)件方案及數(shù)據(jù)采集方案；按照重力相似率及量綱法推導(dǎo)出振動(dòng)臺(tái)模型的相似比，并按照相似關(guān)系確定土質(zhì)邊坡體（4）、預(yù)應(yīng)力錨桿（6）、格構(gòu)梁（7）、格構(gòu)柱（8）、擋土板（9）的幾何尺寸；土質(zhì)邊坡體（4）模型按照原狀土的基本參數(shù)確定其質(zhì)量配比、最優(yōu)含水量及最大干密度；

（2）預(yù)制預(yù)應(yīng)力錨桿（6）：用PVC 管（16）作為模具，以預(yù)應(yīng)力鋼絲作為材料制作預(yù)應(yīng)力錨桿（6），錨桿自由段（30）和錨桿錨固段（31）按照既定方案貼應(yīng)變片（12），并用絕緣膠帶包扎，然后將數(shù)據(jù)線（27）引出；將錨桿錨固段（31）插入PVC 管（16）內(nèi)，內(nèi)部配合對(duì)中支架（17），灌注水泥砂漿（11），形成錨桿錨固段（31），養(yǎng)護(hù)完成后，拆掉PVC管（16）；

（3）預(yù)制框格（20）：按照設(shè)計(jì)尺寸綁扎鋼筋籠并支好模板，然后將鋼筋籠放入模板內(nèi)澆筑細(xì)骨料混凝土，同時(shí)預(yù)留好預(yù)應(yīng)力錨桿（6）的出孔孔洞；待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后拆除模板；

（4）組裝模型箱（3）：先用方鋼梁（21）、方鋼柱（22）按照模型箱（3）設(shè)計(jì)尺寸組裝出模型箱（3）框架，用螺栓（36）連接；然后將有機(jī)玻璃（5）經(jīng)緊固件柔性連接在模型箱（3）框架上，最后通過螺栓（36）將鋼墊板（2）與模型箱（3）底部的方鋼梁（21）連接；

（5）將模型箱（3）用起吊裝置通過模型箱（3）上的吊環(huán)（26）吊到振動(dòng)臺(tái)（1）上，并用高強(qiáng)螺栓（29）固定在振動(dòng)臺(tái)（1）臺(tái)面上；

（6）在模型箱（3）的鋼墊板（2）板面上用環(huán)氧樹脂粘上碎石，在模型箱（3）前后端填土厚度范圍內(nèi)設(shè)置10cm厚的聚苯乙烯泡沫板（23）；

（7）將框格（20）吊入模型箱（3）內(nèi)，按照設(shè)計(jì)角度用繩子固定；

（8）向模型箱（3）內(nèi)填土，地基土現(xiàn)場(chǎng)挖掘，用攪拌機(jī)攪勻，按照設(shè)計(jì)方案，每次填土厚度l0cm，找平均勻搗實(shí)，現(xiàn)場(chǎng)取重度控制確保壓實(shí)率達(dá)到90%，同時(shí)做土體參數(shù)試驗(yàn)，擊實(shí)試驗(yàn)、直接剪切試驗(yàn)、固結(jié)試驗(yàn)；

（9）當(dāng)土層填至第一層錨桿處，按照既定方案鋪設(shè)預(yù)應(yīng)力錨桿（6）；將預(yù)應(yīng)力錨桿（6）從框格20上預(yù)留的孔洞由模型箱3內(nèi)向外穿出，套上墊板（18）、錨頭（19）；對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿（6）的錨桿自由段（30）進(jìn)行開絲處理，用螺母（24）將其錨定在框格（20）上，填土壓實(shí)，對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿（6）施加預(yù)應(yīng)力；在土質(zhì)邊坡體（4）內(nèi)部預(yù)設(shè)位置處布置加速度計(jì)A（14）和土壓力盒（13）；

（10）繼續(xù)向模型箱（3）內(nèi)填土，重復(fù)步驟（8）、步驟（9）完成土質(zhì)邊坡體（4）和支護(hù)結(jié)構(gòu)的成型；填土過程中，在高度20cm、40cm、60cm、80cm、100cm、120cm、140cm、160cm土體處鋪一層2cm厚染色土體；將模型箱（3）內(nèi)部的加速度計(jì)A（14）埋設(shè)在距邊坡頂面10cm、60cm、110cm、140cm處、擋土板（9）外側(cè)中間一榀立柱的錨頭（19）處以及土質(zhì)邊坡體（4）地基表面；模型箱（3）外部加速度計(jì)B（15）布置在振動(dòng)臺(tái)（1）臺(tái)面及振動(dòng)臺(tái)（1）周圍處；

（11）在邊坡頂面距離坡頂邊緣線50cm、100cm、150cm處設(shè)置位移傳感器（10），在格構(gòu)梁（7）及格構(gòu)柱（8）設(shè)定位置布置應(yīng)變片（12）；格構(gòu)梁（7）上的應(yīng)變片（12）布置于各排格構(gòu)梁（7）的兩端；格構(gòu)柱（8）上的應(yīng)變片（12）布置于第一、二、三排格構(gòu)梁（7）與中柱的交接處；

（12）在模型箱內(nèi)部前側(cè)方鋼梁（21）引出位移計(jì)鋼架（25），并且在振動(dòng)臺(tái)外部地面處懸挑設(shè)置位移計(jì)鋼架（25），在位移計(jì)鋼架（25）上安裝位移傳感器（10）；

（13）將模型箱（3）內(nèi)布置測(cè)點(diǎn)引出的數(shù)據(jù)線（27）分組編號(hào)，并對(duì)各組量測(cè)儀器編號(hào)，按照測(cè)定的數(shù)據(jù)類型分別對(duì)應(yīng)連接加速度采集儀（32）、土壓力采集儀（33）、位移采集儀（34）、應(yīng)變采集儀（35），進(jìn)行最后階段的調(diào)試；

（14）將完成好的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ挽o置一段時(shí)間；

（15）啟動(dòng)振動(dòng)臺(tái)（1）系統(tǒng)并待其熱機(jī)；

（16）振動(dòng)臺(tái)（1）輸入地震波形：分別輸入El Centro波、蘭州波和汶川波，試驗(yàn)中，臺(tái)面輸入加速度峰值按小量級(jí)SS分級(jí)遞增，按相似關(guān)系調(diào)整加速度峰值和時(shí)間間隔；開始進(jìn)行第一階段振動(dòng)，單一階段振動(dòng)完成后，中斷數(shù)分鐘，檢查模型試體及測(cè)量資料，并拍攝土體變形情況，接著進(jìn)行下一階段振動(dòng)；

（17）試驗(yàn)結(jié)束后測(cè)量試體的坡頂沉陷量，并觀測(cè)記錄試體的破壞模式；

（18）將系統(tǒng)停機(jī)，移開位移傳感器（10），分階卸土、移除預(yù)應(yīng)力錨桿（6）和格構(gòu)梁（7）、格構(gòu)柱（8）及擋土板（9），以及埋設(shè)的測(cè)量?jī)x器。