1.一种可以改变锚杆角度的模型试验装置,其特征在于:包括模型箱(1)、扩大头锚杆模型(2)、加载系统(3)和数据采集系统(4);
所述模型箱(1)为顶部开口的透明箱体,模型箱(1)的前外壁面和后外壁面分别对应设有两个参照定位点(18),两个参照定位点(18)之间的连线为参照线,参照线上设有参照点;
模型箱(1)的右壁面开设有十九个沿竖直方向上下依次排布的圆形通孔(6),其中排在第十位的圆形通孔(6)的圆心与参照点的连线为水平线,排在第一位的圆形通孔(6)的圆心与参照点的连线与水平线的夹角为45度,排在第十九位的圆形通孔(6)的圆心与参照点的连线与水平线的夹角为‑45度,每两个相邻圆形通孔(6)的圆心到参照点的连线之间的夹角的绝对值为5度;
模型箱(1)内填装有土体,土体内埋设有扩大头锚杆模型(2),扩大头锚杆模型(2)分为锚固段(8)和自由段(9),锚固段(8)为中心具有钻孔的圆柱体,自由段(9)为螺旋杆,所述螺旋杆的右部表面为磨光面;自由段(9)的左端穿过锚固段(8)后与螺帽(10)连接,螺帽(10)的尺寸大于锚固段(8)钻孔的尺寸;锚固段(8)的位置位于参照点处,自由段(9)的右端从模型箱(1)右侧面的圆形通孔(6)中穿出;
所述加载系统(3)包括加压装置(11)和拉力装置(12),模型箱(1)内的土体顶面盖设有薄钢板(14),薄钢板(14)的面积略小于模型箱(1)顶部开口的面积;模型箱(1)的顶部架设有反力架框架(13),反力架框架(13)上设有垂直向下延伸以向薄钢板(14)加载施压的加压装置(11),加压装置(11)的加压端与薄钢板(14)的上表面接触;自由段(9)的右端连接有用于拉拔扩大头锚杆模型(2)的拉力装置(12);
所述数据采集系统(4)包括拉力传感器(15)、位移传感器(16)、计算机(17)和数据采集仪(19),自由段(9)位于箱体外侧的部分设有拉力传感器(15)和位移传感器(16);拉力传感器(15)、位移传感器(16)分别与数据采集仪(19)电连接,数据采集仪(19)和拉力装置(12)分别与计算机(17)电连接。
2.如权利要求1所述的一种可以改变锚杆角度的模型试验装置,其特征在于:所述模型箱(1)由矩形的模型箱框架(5)和5块钢化玻璃板组装而成,模型箱框架的底部四个角通过三角铁片(22)焊接有圆形固定钢板(7),圆形固定钢板(7)与模型箱(1)的底面平行,圆形固定钢板(7)上设有若干螺孔(20),螺孔(20)内穿设有用于与地面固定连接的固定螺栓(21)。
3.如权利要求2所述的一种可以改变锚杆角度的模型试验装置的试验方法,其特征在于,包括:
步骤1,将制作成整体的模型箱(1)放置于平地上,使用固定螺栓(21),通过圆形固定钢板(7)上的螺孔(20),将模型箱(1)固定在地面上;
步骤2,为了使土体埋置均匀,使用分层干装法将用于模拟地基土体填入固定好的模型箱(1)中;填装至模型箱(1)的一半,即扩大头锚杆模型(2)的锚固段(8)的埋置深度;
步骤3,将作为自由段(9)的螺旋杆穿过锚固段(8)的钻孔,并穿出一部分,使用螺帽(10)连接穿出的螺旋杆,制成试验所需的扩大头锚杆模型(2);
步骤4,将锚固段(8)对准模型箱(1)前后壁面上的两个参照定位点(18)处以及右侧排在第十位的圆形通孔(6),此时锚固段(8)处于模型箱(1)正中央;
步骤5,扩大头锚杆模型(2)的自由段(9)从模型箱(1)右侧排在第十位的圆形通孔(6)中穿出,此时扩大头锚杆模型(2)为水平放置;
步骤6,继续使用分层干装法进行填装,直至装满模型箱(1);
步骤7,将模拟地基的顶面整平、压实,盖上薄钢板(14);
步骤8,扩大头锚杆模型(2)的自由段(9)穿出模型箱(1)后依次连接拉力传感器(15)、位移传感器(16),自由段(9)的右端部连接于拉力装置(12);
步骤9,将拉力传感器(15)、位移传感器(16)、拉力装置(12)与数据采集仪(19)进行连接,数据采集仪(19)与计算机(17)进行连接;
步骤10,通过设置使加压装置(11)输出预设的荷载数值,对薄钢板(14)施加压力,模拟扩大头锚杆模型(2)的预设埋深;
步骤11,使用计算机(17)控制拉力装置(12),使拉力逐级增加,进行拉拔试验;
步骤12,使用计算机(17)记录不同拉力情况下,拉力传感器(15)、位移传感器(16)传入的数据;
步骤13,完成一组试验后,将模型箱(1)内土体移出,重复上述步骤1至12,仅在步骤5改变自由段(9)穿出的圆形通孔(6)位置,以此改变扩大头锚杆模型(2)的埋置角度;
步骤14,得到不同扩大头锚杆模型(2)角度时的试验数据,对得到的数据进行分析。