室内刚性挡墙有限土体边界条件影响的模型装置技术领域
本发明涉及建筑工程技术领域，更为具体地，涉及一种研究土压力的类型、位移模
式和边界条件影响的一个模型装置。
背景技术
在工程支挡结构物中，挡土墙是常用建筑物之一，用来防止墙后土体坍塌下滑。作
用在其上的土压力是挡土墙设计时考虑的主要荷载，需要确定土压力作用的分布形式、大
小，是设计的首要工作。
在实际的工程中，尽管众多学者也对土压力进行了深入的研究，但土压力仍不能
精确的计算，其计算理论至今还在不断的发展中。在研究土压力时，试验是必不可少的，试
验又分为现场试验和室内试验；采用现场试验纵然是研究土压力的首选，但由于现场试验
也存在许多不利的因素，如成本太高、影响因素不易控制等，这就需要采用合理的试验手段
进行室内试验；室内试验的特点是方便可控，成本相对现场试验低廉。但如何使理想化的室
内试验在众多模型试验限制条件和影响因子下更接近实际现场试验，是室内试验成功与否
的关键。
因此，本发明提供一种室内刚性挡墙有限土体边界条件影响的模型装置，研究刚
性挡墙有限填土体下模型试验的影响因子及各影响因子对不同土体、不同挡墙位移下的影
响程度。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种室内刚性挡墙有限土体边界条件影响的
模型装置，以解决现场试验成本太高、影响因素不易控制问题。
本发明提供一种室内刚性挡墙有限土体边界条件影响的模型装置，包括：模型试
验箱和设置在所述模型试验箱内的转动挡板和平移挡板，其中，
在所述转动挡板和所述平移挡板上均设置有多个土压力传感器；
所述模型试验箱包括两个相对设置的侧壁、相对设置的前壁和后壁；其中，两个相
对设置的侧壁其中一个侧壁通过钢化玻璃和角钢焊接而成；
所述转动挡板通过转动调节杆与所述后壁连接，所述平移挡板通过平移调节杆与
所述前壁连接；
所述转动挡板在所述转动调节杆的作用下模拟墙体绕墙踵转动时墙背在不同倾
角主动或被动土压力值的变化；
所述平移挡板在所述平移调节杆和滑杆的作用下模拟墙体沿水平方向移动时，墙
背主动或被动土压力值的变化；
透过钢化玻璃和角钢焊接而成的侧壁，并通过三维光学静态变形测量及分析系统
直观的观察所述模型试验箱内的土体的变化。
此外，优选的方案是，所述模型试验箱还包括一个底板，所述平移挡板通过所述滑
杆和所述平移调节杆沿着所述底板水平移动。
此外，优选的方案是，两个相对设置的侧壁另外一个侧壁通过钢板和角钢焊接而
成。
此外，优选的方案是，所述转动调节杆通过转动固定调节螺母与所述后壁固定。
此外，优选的方案是，所述平移调节杆通过平固定移调节螺母与所述前壁固定。
此外，优选的方案是，所述转动挡板的水平位置和转动的支点的位置设置有销钉。
此外，优选的方案是，在所述前壁和后壁上设置有圆孔，所述圆孔分别作为所述转
动挡板和所述平移挡板的支点。
从上面的技术方案可知，本发明提供的室内刚性挡墙有限土体边界条件影响的模
型装置，借助该模型试验箱，可以模拟在不同位移模式下多种类型的土压力，同时可以确定
合理的模型边界条件，和各边界条件的影响大小，操作简便，从而实现周期短、经济、高效的
开展土压力的试验。
为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在
权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。
然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明
旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面
理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1为根据本发明实施例的室内刚性挡墙有限土体边界条件影响的模型装置结构
示意图；
图2-1为根据本发明实施例的室内刚性挡墙有限土体边界条件影响的模型装置结
构的正视图；
图2-2和图2-4为根据本发明实施例的室内刚性挡墙有限土体边界条件影响的模
型装置结构的侧视图；
图2-3为根据本发明实施例的室内刚性挡墙有限土体边界条件影响的模型装置结
构的俯视图。
其中的附图标记包括：转动挡板1，侧壁2、6，前壁4，后壁7，平移挡板3，底板5，土压
力传感器8，转动固定调节螺11，转动调节杆12，销钉13，平移调节固定螺母31，平移调节杆
32，滑杆33、加强板34。
在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐
述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。
以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
为了说明本发明提供的室内刚性挡墙有限土体边界条件影响的模型装置的结构，
图1至图2-4分别从不同角度对室内刚性挡墙有限土体边界条件影响的模型装置的结构进
行了示例性标示。具体地，图1示出了根据本发明实施例的室内刚性挡墙有限土体边界条件
影响的模型装置结构；图2-1示出了根据本发明实施例的室内刚性挡墙有限土体边界条件
影响的模型装置的正视结构；图2-2和图2-4示出了根据本发明实施例的室内刚性挡墙有限
土体边界条件影响的模型装置的侧视结构；图2-3示出了根据本发明实施例的室内刚性挡
墙有限土体边界条件影响的模型装置的俯视结构。
如图1至图2-4共同所示，本发明提供的室内刚性挡墙有限土体边界条件影响的模
型装置，包括模型试验箱和设置在模型试验箱内的转动挡板1和平移挡板3，其中，在转动挡
板1和平移挡板3上均设置有多个土压力传感器8；模型试验箱包括两个相对设置的侧壁2和
侧壁6、相对设置的前壁4和后壁7；其中，两个相对设置的侧壁其中一个侧壁6通过钢化玻璃
和角钢焊接而成；转动挡板1通过转动调节杆12与后壁7连接，平移挡板3通过平移调节杆32
与前壁4连接；转动挡板1在转动调节杆12的作用下模拟墙体绕墙踵转动时墙背在不同倾角
主动或被动土压力值的变化；平移挡板3在平移调节杆32和滑杆33的作用下模拟墙体沿水
平方向移动时，墙背主动或被动土压力值的变化；透过钢化玻璃和角钢焊接而成的侧壁6，
并通过三维光学静态变形测量及分析系统直观的观察模型试验箱内的土体的变化。
具体地，模型试验箱内设置两块挡板，分别是可转动的转动挡板1和可平移的平移
挡板3，通过改变转动挡板1来模拟挡墙沿墙踵转动时，墙背在不同倾角下主动和被动的土
压力及墙背摩擦力对土压力值得影响；通过改变平移挡板3的位置来模拟挡墙平动时主动
和被动的土压力及墙背摩擦力对土压力值得影响。
其中，在平移挡板3与前壁4之间设置有加强板34，平移调节杆32穿过加强板34的
中心，加强板34的主要作用是增加平移挡板3的刚度，使平移挡板3在平移过程中保证挡板
的每点处的位移一致，挡做大型土压力实验时，可以将34和后壁之间改为千斤顶，后壁成为
自然的施加反力的反力架，更便于操作控制。
此外，再在转动挡板1和平移挡板3上从墙踵起始沿挡板高度方向，每间隔一定
10cm设置一个微型土压力传感器8，转动挡板1和平移挡板3分别设置三竖排，分别位于中轴
线处和距离中轴线30cm处，具体布置如图1所示，布置此微型土压力传感器8用于量测模型
试验箱内填土时两块挡板分别变化时各个土压力值的变化，中轴线旁边的两竖排土压力传
感器所量测的土压力值与中轴线处的土压力值做对比，分析模型试验箱内两侧的侧壁的阻
力对模型试验的影响。
需要说明的是，转动挡板1和平移挡板3同时都安置微型土压力传感器8，是为了研
究当改变转动挡板1和平移挡板3中的一个挡板的位移或角度时，同时可以知道另外一个挡
板上的土压力值是否有变化，以便于确定模型试验的边界；在模型试验箱的外围安置配套
的三维光学静态变形测量及分析系统，目的是用来量测模拟挡墙的挡板当改变挡板位移或
角度的时候，挡板内侧土体的变形位移和模式，再与挡板上的土压力传感器所测得的土压
力值大小相结合，研究此时挡板上的受力情况。
在本发明一个具体的实施例中，模型试验箱还包括一个底板5，平移挡板1通过滑
杆33和平移调节杆32沿着底板5水平移动。两个相对设置的侧壁另外一个侧壁2通过钢板和
角钢焊接而成。转动调节杆12通过转动固定调节螺母11与后壁固定。平移调节杆32通过平
固定移调节螺母31与前壁4固定。转动挡板1的水平位置和转动的支点的位置设置有销钉
13。在所述前壁和后壁上设置有圆孔，圆孔分别作为转动挡板1和平移挡板3的支点。
在本发明的实施例中，模型试验箱主要分两类，一类是以转动挡板1为主体，研究
挡墙的转动，同时通过静态数据采集仪采集转动挡板1、平移挡板3上微型土压力传感器的
读数；二类是以平移挡板3为主体，研究挡墙沿水平的平移，同时通过静态数据采集仪采集
转动挡板1、平移挡板3上微型土压力传感器的读数。上述两类均同时采集数据是为了当以
其中一块挡板为研究对象时，主体挡板的改变对另外一块挡板处土压力的影响，从而分析
得到合理的边界条件。
在本发明的实施例中，模型试验箱是一个整体，首先需要确定转动挡板1和平移挡
板3的位置，分别通过销钉13和平移调节固定螺母31来调节挡板到前后壁的距离；
2)通过旋转转动调节杆12的固定调节螺母11来确定转动挡板1的转角；
3)对微型土压力传感器8进行标定和静态数据采集系统的连接调试；
4)向模型试验箱内填入按一定比尺预先制备好的土样，采用分层填筑，10cm一层，
压实到期望的压实度，在振捣压实的过程中避免压实器具对微型土压力传感器的直接触
碰；
5)在距离钢化玻璃侧壁1m处安置三维光学静态变形测量及分析系统，用于量测挡
板变化时板内侧土体的变化过程；
6)按照所需要研究的内容和项目进行试验研究。
其中，上述所涉及到的微型土压力传感器为电阻应变片式微型土压力计厚度为
6mm，直径为2cm，量程为0至100kPa，精度为±0.5％。
从上面的技术方案可知，本发明提供的室内刚性挡墙有限土体边界条件影响的模
型装置，借助该模型试验箱，可以模拟在不同位移模式下多种类型的土压力，同时可以确定
合理的模型边界条件，和各边界条件的影响大小，操作简便，从而实现周期短、经济、高效的
开展土压力的试验。
如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明提出的室内刚性挡墙有限土体边
界条件影响的模型装置。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的室内刚
性挡墙有限土体边界条件影响的模型装置，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种
改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。