1.一种锚杆+铰链式砌块生态护坡振动台模型试验方法,其特征在于,包括振动台和模型箱,所述模型箱是由焊接角钢框架和四周挡板组成的箱体,所述箱体一侧的挡板为透明板,所述箱体的底部与振动台固定连接,所述模型箱内衬有塑料泡沫,所述透明板是透明PVC板;所述模型箱内覆盖有防水层;
所述振动台最大负荷25t,台面尺寸4m×6m,最大加速度1.5g;
所述模型箱为长2.2m,宽1.1m,高1.5m的钢箱,刚箱底部铁板厚度为10mm,箱体四周采用角钢满焊焊接然后用4mm厚铁皮包裹;箱体一侧面采用10mm厚透明PVC板包裹;
所述模型箱内设有试验模型土坡,所述模型土坡上具有铰链式砌块、植被和锚杆;所述模型土坡的坡底长2.2m,宽1.1m,高1.5m,坡角40°,土样为水库护坡的边坡土,有效粘聚力c=5.533kPa,内摩擦角=21°,含水率=32.21%,并对所取土样进行颗粒级配,对试验模型土坡采用分层填筑分层夯实的办法,每隔150mm填筑一层后进行夯实,环刀取样,当填筑到设定标高以后,采取人工削坡的方法,把坡度削成40°;
所述砌块尺寸为88mm×88mm×24mm,原料配合比水泥:砂:水=1:5.5:0.5:0.3,水泥采用C30海螺水泥,砂为中细砂,石子粒径在2mm到5mm之间;
种植植被是将长成的香根草幼苗4株一簇移植到护坡上;
所述锚杆长度取600mm,竖向间距取300mm;
加速度传感器布置在模型土坡坡体中间纵向剖面上,土压力传感器布置在距离模型土坡边坡中间纵向剖面300mm一侧的纵向剖面上,孔隙水压力传感器布置在距离边坡中间纵向剖面300mm的另一侧的纵向剖面上,激光位移传感器布置在模型土坡的中间剖面上;锚杆上应变片之间距离200mm,中间应变片居中布置;
在试验前对土压力传感器和孔隙水压力传感器进行标定,通过对不同水深处理论水压力值和利用土压力以及孔隙水压力传感器测出的水压力值进行比较,通过线性拟合得到传感器放大倍数,作为最后试验数据分析时的参照;
各传感器的放大倍数见下表,其中:501~510为孔隙水压力压传感器,511~520为土压力传感器;
该装置的试验方法,包括确定振动台模型试验相似律、搭建振动台模型试验装置、混凝土砌块制作及坡面植被种植、设计锚杆参数、制作模型土坡、布置传感器和试验数据采集处理:在振动台模型试验装置上输入不同地震波分别对无植被天然护坡、铰链式砌块护坡、铰链式砌块生态护坡、锚杆+铰链式砌块生态护坡四种不同工况边坡模型进行抗震对比试验;
所述振动台模型试验相似律的确定方法如下:
定义原型和模型之间的几何相似比为Cl,则:Cl=lp/lm (2-1)式中:lp为原型尺寸;lm为模型尺寸;
此试验在普通重力场下进行,模型和原型的重力加速度应当相等,重力加速的相似比Cg=gp/gm=1 (2-2)式中:gp为原型加速度;gm为模型加速度;
水平加速度与重力加速度相似,故水平地震加速度的相似比Ca=ap/am=1(2-3)式中:ap为原型加速度;am为模型加速度;
得出试验时输入模型中的地震波幅值不需要改变;
坡体材料的抗剪强度遵循莫尔一库仑准则,为使破坏现象相似,要求原型和模型的岩土材料满足抗剪强度相似,因此 又由于 所以且坡体荷载主要是本身重力作用,由于它们的加速度相似,而坡体材料的重度对应着材料的密度,所以由 知:
假设土坡在地震作用下产生的动力变形是由从坡底竖直向上传播的剪切波引起,在坡体自身重力的作用下,坡体会慢慢固结压实,由Janbu公式得到:坡体的最大剪切模量Gmax和土体竖直方向的深度近似呈Gmax~z1/2上凸曲线的非线性数值关系:式中:K是和土体密度有关系的无量纲的常数;Pa=98kPa;σ′0为坡体应力莫尔圆的平均有效应力;
同时,由坡体材料剪应力—剪应变双曲线图形,易知G/Gmax和剪应变的反S形衰减函数关系是确定的,则割线模量的相似比剪应变相似比
由于本试验坡体材料选取于真实模型土体,所以密度和K值也基本相等:CK=1;即使坡体材料采用和原模型相同的坡体材料,但是由于模型尺寸缩小,坡体高度减小,模型中几何相似点处的割线模量要小于原型中对应点的割线剪切模量,考虑模型的缩尺和应变的失真,模型的动位移相似比为:由于位移的减小,为了满足水平地震加速度相似比为1的要求,对试验模型中所输入的地震波在时间轴上进行压缩,提高地震输入波的频率,得到时间相似比为:速度相似比为:
综上,所述模型试验装置各物理量的相似比C如下:
长度l Cl=5
加速度a Ca=1
密度ρ Cρ=1
位移u
速度v
粘聚力c Cc=CρCl=5
内摩擦角
应力σ Cσ=CρCl=5
应变ε
时间t
频率ω
在试验数据采集处理中,试验数据的滤波方法主要是在时域方法中的IIR数字滤波基础上采用带通滤波器来进行滤波处理。