本发明涉及一种测试土压力的模型试验装置与测试方法，所述装置包括：模型箱，挡墙板，微型土压力传感器，反力撑架，由位移加载楔、传动齿盘组、手动齿盘组、备用千斤顶组成的加载部件，U形滑槽，由直形标尺、弧形标尺组成的位移读数标尺，转轴固定杆与固定件，竖向位移阻栏杆，以及回复弹簧。本发明可以以较小竖向加载力实现数倍、数十倍甚至百倍的水平推力，极大的减小对加载头量程的要求，甚至无须千斤顶而手动加载；可以将微小侧向位移值放大数倍、数十倍甚至百倍后再读数，采用常规刻度盘就可以获得高精度，同时放大加载位移后便于加载控制；在大比例模型试验与被动土压力测试中优势明显。
1.一种测试土压力的简易模型试验装置，其特征在于，包括：模型箱、挡墙板、微型土压力传感器、反力撑架、U形滑槽、加载部件和回复弹簧；其中：所述模型箱为一个三面侧壁一短边侧面敞口的长方体箱体，箱体内用于装填实验用松散介质，挡墙板、U形滑槽、加载部件、反力撑架均设置于模型箱的敞口端；
所述挡墙板位于模型箱的敞口一端的最内侧；挡墙板朝向模型箱内侧的表面上设有孔，用于安装微型土压力传感器，挡墙板的背面设有坡面朝斜下方向的外凸的竖向楔坡构造；
所述U型滑槽设置在挡墙板与反力撑架之间且滑槽面朝向模型箱内侧方向，U形滑槽的中部位置开设圆孔，U形滑槽的下部中间位置开设矩形缺口构造；
所述加载部件包括位移加载楔、传动齿盘组、手动齿盘组、备用千斤顶，其中：所述位移加载楔设置于挡墙板背面的竖向楔坡结构与U形滑槽之间，位移加载楔的楔坡面朝斜上方向且正对挡墙板背面的竖向楔坡结构，位移加载楔的背面朝对并紧贴U形滑槽且在背面的竖向中线位置开有竖向的单侧齿轮槽；所述传动齿盘组为n组，n大于等于1，每组传动齿盘组均包括第一小齿盘、大齿盘和刚性连接第一小齿盘、大齿盘的第一转轴连接杆，所述手动齿盘组包括手动转盘、第二小齿盘和刚性连接手动转盘、第二小齿盘的第二转轴连接杆，其中第一组传动齿盘组即第一级传动齿盘组中的第一小齿盘穿过U形滑槽的中部圆孔并安插在位移加载楔背面的单侧齿轮槽内，第二组传动齿盘组即第二级传动齿盘组中的第一小齿盘连接一级转动齿盘组中的大齿盘，……，第n组传动齿盘组即第n级，也即最后一级传动齿盘组中的大齿盘连接与手动齿盘组中的第二小齿盘连接；备用千斤顶设置于位移加载楔的正下方；
2.根据权利要求1所述的一种测试土压力的简易模型试验装置，其特征在于，所述的传动齿盘组中：所述第一级传动齿盘组中的第一小齿盘与单侧齿轮槽内设置的齿轮咬合连接，第二级传动齿盘组中的第一小齿盘与第一级传动齿盘组中的大齿盘通过齿轮咬合连接，……，最后一级传动齿盘组中的第一小齿盘与前一级传动齿盘组的大齿盘通过齿轮咬合连接，最后一级传动齿盘组中的大齿盘与手动齿盘组中的第二小齿盘通过齿轮咬合连接；
当转动手动齿盘组中的手动转盘时第二小齿盘随之转动，通过各级传动齿盘组的大齿盘、第一小齿盘的传递，实现第一级传动齿盘组中的第一小齿盘转动，第一级传动齿盘组中的第一小齿盘通过位移加载楔背面的竖向单侧齿盘槽驱动位移加载楔向上或者向下移动，位移加载楔通过楔坡面推动挡墙板向模型箱内侧产生被动位移，或者由回复弹簧拉动挡墙板向模型箱外侧产生主动位移。
3.根据权利要求1所述的一种测试土压力的简易模型试验装置，其特征在于，所述的装置进一步包括竖向位移阻拦杆、转轴固定杆与固定件、位移读数标尺，其中：所述反力撑架由两片以上复合三角撑与若干水平连接杆牢固连接构成，模型箱底部设有托架，复合三角撑底部的杆件、底部的水平连接杆与托架牢固连接成一整体；U型滑槽的背面与复合三角撑中的竖向杆件和紧贴的水平连接杆间牢固连接；
所述转轴固定杆与固定件有多个，并分别设置在各传动齿盘组的第一转轴连接杆处和手动齿盘组的第二转轴连接杆处；其中固定件套住第一转轴连接杆、第二转轴连接杆并固定在转轴固定杆上，转轴固定杆的两端固定在复合三角撑上；
所述竖向位移阻拦杆设置于挡墙板背面的竖向楔坡结构的顶面高度处，竖向位移阻拦杆的两端固定在反力撑架上；竖向位移阻拦杆与竖向楔坡结构的顶面接触面打磨光滑、涂抹润滑油或者安装滚轮；
所述位移读数标尺包括直形标尺与弧形标尺，其中：直形标尺设置于位移加载楔的顶部，弧形标尺设置于手动齿盘组的手动转盘周围。
4.根据权利要求3所述的一种测试土压力的简易模型试验装置，其特征在于，所述的位移读数标尺均以毫米为最小刻度；其中：所述直形标尺，当第一级传动齿盘组的第一转轴连接杆对准单侧齿轮槽距离齿槽上端不小于N*Sa的某一位置时，直形标尺读数盘出露于U形滑槽的位置设为刻度零点，刻度零点向上为主动位移读数范围，主动位移的读数范围不小于N*Sa，刻度零点向下为被动位移读数范围，被动位移的读数范围不小于N*Sp；实测位移值取直形标尺刻度值的1/N；
所述的弧形标尺，零点位置任意设置，主动位移范围不少于N*N1*N2*…*Nn*No*Sa，被动位移范围不少于N*N1*N2*…*Nn*No*Sp，实测位移值为弧形标尺刻度值的1/(N*N1*N2*…*Nn*No)。
5.根据权利要求1所述的一种测试土压力的简易模型试验装置，其特征在于，所述装置进一步具有以下至少一种特征：——所述挡墙板的高度H根据实验需确定；挡墙板的宽度B取挡墙板高度H的1/2～1/3；
挡墙板的厚度T取挡墙板宽度B的1/8～1/5，或者为挡墙板宽度B的1/10外加纵横井字交叉加劲肋梁；
——所述挡墙板背面的竖向楔坡结构设置于挡墙板背面竖向中线附近的1/3～1/2条带区域，竖向楔坡结构的外凸部分坡面光滑，竖向楔坡结构的坡度大于45度、坡率N为5～
20，竖向楔坡结构的下端外凸高度不小于挡墙板的被动极限位移估算值Sp；
——所述挡墙板朝向模型箱内侧表面上的孔为两排以上的圆截面小孔，每排小孔的数量不少于5个；
——所述U形滑槽的滑槽内面光滑，U形滑槽的净宽与挡墙板背面竖向楔坡结构的宽度相同，U形滑槽的中部位置的圆孔尺寸不小于第一级传动齿盘组的第一小齿盘尺寸，U形滑槽下部矩形敞口构造的高度以允许备用千斤顶的加载手柄活动范围为下限值；
——所述回复弹簧对称的设置在U形滑槽的四角附近位置；回复弹簧的弹性系数k估算值为k＝μG/4，以满足挡墙板发生主动位移时克服挡墙板与模型箱内壁间的摩擦力，其中：G为挡墙板自重，μ为挡墙板与模型箱底板间的摩擦系数。
6.根据权利要求1所述的一种测试土压力的简易模型试验装置，其特征在于，所述的加载部件具有如下至少一种特征：——所述位移加载楔的楔坡面坡度与挡墙板背面的竖向楔坡结构的坡度相同，位移加载楔的上端厚度不小于挡墙板的被动极限位移估算值Sp；位移加载楔背面的单侧齿轮槽的宽度取位移加载楔宽度的1/8～1/3且不小于5cm，单侧齿轮槽的竖向长度不小于挡墙板主动极限位移估算值Sa与被动极限位移估算值Sp之和的N倍，其中N为挡墙板背面的竖向楔坡结构坡率；
——所述手动齿盘组中的手动转盘半径为40cm～60cm，手动转盘的半径与第二小齿盘半径的比率No不小于3；
——各级传动齿盘组中的大齿盘、小齿盘半径比值N1不小于3，N1取值5～20；第一级传动齿盘组的第一转轴连接杆的大齿盘端设有手柄；当由于空间尺寸限制、不满足手动驱动要求F≥Ep/(2*N*N1*No)时，需加设多组传动齿盘组，直至手动驱动要求F≥Ep/(2*N*N1*N2*…*Nn*No)满足为止，其中：n为传动齿盘组的组数，F为健康成年人双手转动手动转盘时单只手的转动力估算值，参考值取30kN～50kN，Ep是由深度为H的松散介质所产生的侧压力估算值，按照库伦土压力估算确定；其中：N为挡墙板背面的竖向楔坡结构坡率，N1、N2、N3…Nn分别代表各级传动齿盘组的半径比例、N*N1*N2*…*Nn表示挡墙实际的侧移在读数盘上方法的倍率；
——所述手动齿盘组中的手动转盘、第二小齿盘和各级传动齿盘组中的各个大齿盘、第一小齿盘的轮齿大小由强度条件确定，验算强度时各齿盘受力估算值按如下取值：第一级传动齿盘组的第一小齿盘的齿轮与单侧齿轮槽的齿轮的受力估算值为F1＝Ep/N；第i级传动齿盘组的第一小齿盘的齿轮与第i-1级传动齿盘组的大齿盘的齿轮受力估算值为F(i-1)＝Ep/(N*N1*N2*…*N(i-1))；手动齿盘组的第二小齿盘的齿轮与第n级传动齿盘组的大齿盘的齿轮受力估算值为Fn＝Ep/(N*N1*N2*…*Nn)，手动齿盘组中的第二小齿盘受力就是第最后一级，最后一级估算值Fi＝Ep/(N*N1*N2*…*Nn)，其中n即为最后一级传动齿盘组；
——所述备用千斤顶为小吨位千斤顶，按照最大顶推力满足不小于Ep/N选用。
7.根据权利要求6所述的一种测试土压力的简易模型试验装置，其特征在于，所述加载部件有两种加载模式：手动加载模式和千斤顶加载模式，其中：——所述手动加载模式：
手动转动手动齿盘组的手动转盘，通过手动齿盘组的第二转轴连接杆带动第n组即第n级传动齿盘组的第一小齿盘同向转动；第n级传动齿盘组的第一小齿盘通过齿轮驱动第n-1级传动齿盘组的大齿盘反向转动，第n-1级传动齿盘组的大齿盘通过第n-1级传动齿盘组的第一转轴连接杆带动第n-1级传动齿盘组的第一小齿盘同向转动；第n-1级传动齿盘组的第一小齿盘通过齿轮驱动第n-2级传动齿盘组的大齿盘反向转动，……；第二级传动齿盘组的第一小齿盘通过齿轮驱动第一级传动齿盘组的大齿盘反向转动，第一级传动齿盘组的大齿盘通过第一级传动齿盘组的第一转轴连接杆带动第一级传动齿盘组的第一小齿盘同向转动；第一级传动齿盘组的第一小齿盘通过齿轮驱动U形滑槽中位移加载楔向上或向下移动，位移加载楔通过斜坡面上的位移分解关系带动挡墙板向内或者向外移动；
摇动备用千斤顶的加载手柄，直接推动位移加载楔向上移动，位移加载楔通过楔坡面推动挡墙板向模型箱内侧产生被动位移。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种测试土压力的简易模型试验装置，其特征在于，所述的模型箱具有如下至少一种特征：——所述模型箱高度等于挡墙板的高度H；
9.一种采用权利要求1-8任一项所述装置的主动土压力测试方法，其特征在于，所述方法步骤包括：(1)刻度调零：
第一级传动齿盘组的第一连接轴杆的大齿盘端设有手柄，先拉动手柄，使得第一级传动齿盘组的第一小齿盘脱出位移加载楔背面的单侧齿轮槽；然后摇动备用千斤顶的加载手柄，将位移加载楔顶端的直形标尺调至零刻度位置；再手动转动手动齿盘组的手动转盘，使手动转盘的读数标志指向弧形标尺的零点位置，最后推动一级传动齿盘组的手柄，使第一级传动齿盘组的第一小齿盘插入位移加载楔背面的单侧齿轮槽内，调零完毕；
(2)向模型箱内装填实验用松散介质至实验所需的高度；
(3)根据实验要求的挡墙板主动位移要求值Sa’，计算得到：直形标尺的竖向向下位移要求值Sha＝N*Sa’，弧形标尺所需的转动弧长值Shua＝N*N1*N2*…*Nn*No*Sa’；
(4)手动转动手动齿盘组的手动转盘，转动弧长值Shua，驱动位移加载楔向下移动，并带动直形标尺向下移动Sha位移值，挡墙板在模型箱中实验用松散介质侧压力与回复弹簧共同作用下向外侧移动Sa’位移值；
(5)采集微型土压力传感器记录的压力值，即为挡墙板主动位移Sa’对应的侧压力值。
10.一种采用权利要求1-8任一项所述装置的被动土压力测试方法，其特征在于，所述方法包括如下：(1)刻度调零：
第一级传动齿盘组的第一连接轴杆的大齿盘端设有手柄，先拉动手柄，使得第一级传动齿盘组的第一小齿盘脱出位移加载楔背面的单侧齿轮槽；然后摇动备用千斤顶的加载手柄，将位移加载楔顶端的直形标尺调至零刻度位置；再手动转动手动齿盘组的手动转盘，使手动转盘的读数标志指向弧形标尺的零点位置，最后推动一级传动齿盘组的手柄，使第一级传动齿盘组的第一小齿盘插入位移加载楔背面的单侧齿轮槽内，调零完毕；
(2)向模型箱内装填实验用松散介质至实验所需的高度；
(3)根据实验要求的挡墙板被动位移要求值Sp’，计算得到：直形标尺的竖向向下位移要求值Shp＝N*Sp’，弧形标尺所需的转动弧长值Shup＝N*N1*N2*…*Nn*No*Sp’；
(4)手动转动手动齿盘组的手动转盘，转动弧长值Shup，驱动位移加载楔向上移动，并带动直形标尺向上移动Shp位移值，挡墙板在位移加载楔的楔面位移的水平分量位移作用下Sp’，向内侧即向模型箱一侧移动Sp’位移值；
当手动加载方式困难或者手动齿盘组、传动齿盘组有故障时，采用备用千斤顶加载模式，即手动摇动备用千斤顶的加载手柄，直接推动位移加载楔与直形标尺向上移动Shp位移值，挡墙板在位移加载楔的楔面位移的水平分量位移作用下Sp’，向内侧即向模型箱一侧移动Sp’位移值；
(5)采集微型土压力传感器记录的压力值，即为挡墙板被动位移Sp’对应的侧压力值。
一种测试土压力的模型试验装置与测试方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种岩土工程的室内模型试验系统与测试方法，具体的，涉及一种测试主动、被动与极限、非极限土压力的模型试验装置与测试方法。
背景技术
[0002] 支挡结构的土压力问题是基坑工程、边坡工程关注的共同工程问题，土压力的大小及其分布特点是支挡结构设计的依据；挡土墙土压力也是岩土工程的重要研究方向，关于极限、非极限土压力的实验研究与理论研究的实验验证均需要借助土压力实验装置得以实现。
[0003] 加载装置的加载量程与位移读数构造是挡墙土压力实验装置两个最重要部分，现有的加载方法主要是水平方向的全量加载和直接测取侧向微量位移的方法，对于稍大比例的模型实验、特别被动土压力实验，所需要的水平推力相当可观，采用水平全量加载方法则对加载装置的最大加载值提供较高的要求；而且室内模型实验的挡墙侧移量一般都很小，几个毫米到一两个厘米，要准确测取位移值，特别是满足非极限土压力的位移测量需求，直接测取侧移法则往往需要借助复杂的精密装置才能实现，这对于实验操作提出较高的要求，且对于研究非极限土压力更困难。
发明内容
[0004] 针对现有装置与方法中的不足与缺陷，本发明提供一套广泛适用与测取主动、被动，极限、非极限土压力模型试验的简易装置。
[0005] 根据本发明的第一个方面，提供一种适用于测取主动、被动，极限、非极限土压力的模型试验装置，包括：模型箱、挡墙板、微型土压力传感器、反力撑架、U形滑槽、加载部件、回复弹簧；
[0006] 所述的模型箱为一个三面侧壁一短边侧面敞口的长方体箱体，箱体内用于装填实验用松散介质，挡墙板、U形滑槽、加载部件、反力撑架均设置于模型箱的敞口端；
[0007] 所述的挡墙板位于模型箱的敞口一端的最内侧；挡墙板朝向模型箱内侧的表面上设有孔，用于安装微型土压力传感器，挡墙板的背面设有坡面朝斜下方向的外凸的竖向楔坡构造；
[0008] 所述的反力撑架位于模型箱敞口一端的最外侧；
[0009] 所述的U型滑槽设置在挡墙板与反力撑架之间且滑槽面朝向模型箱内侧方向，U形滑槽的中部位置开设圆孔，U形滑槽的下部中间位置开设矩形缺口构造；
[0010] 所述的加载部件包括位移加载楔、传动齿盘组、手动齿盘组、备用千斤顶，其中：所述位移加载楔设置于挡墙板背面的竖向楔坡结构与U形滑槽之间，位移加载楔的楔坡面朝斜上方向且正对挡墙板背面的竖向楔坡结构，位移加载楔的背面朝对并紧贴U形滑槽且在背面的竖向中线位置开有竖向的单侧齿轮槽；所述传动齿盘组为n组，n大于等于1，每组传动齿盘组均包括第一小齿盘、大齿盘和刚性连接第一小齿盘、大齿盘的第一转轴连接杆，所述手动齿盘组包括手动转盘、第二小齿盘和刚性连接手动转盘、第二小齿盘的第二转轴连接杆，其中第一组传动齿盘组即第一级传动齿盘组中的第一小齿盘穿过U形滑槽的中部圆孔并安插在位移加载楔背面的单侧齿轮槽内，第二组传动齿盘组即第二级传动齿盘组中的第一小齿盘连接一级转动齿盘组中的大齿盘，……，第n组传动齿盘组即第n级，也即最后一级传动齿盘组中的大齿盘连接与手动齿盘组中的第二小齿盘连接；备用千斤顶设置于位移加载楔的正下方；
[0011] 所述的回复弹簧设置在挡墙板与U形滑槽之间。
[0012] 优选地，所述的传动齿盘组中：
[0013] 所述第一级传动齿盘组中的第一小齿盘与单侧齿轮槽内设置的齿轮咬合连接，第二级传动齿盘组中的第一小齿盘与第一级传动齿盘组中的大齿盘通过齿轮咬合连接，……，最后一级传动齿盘组中的第一小齿盘与前一级传动齿盘组的大齿盘通过齿轮咬合连接，最后一级传动齿盘组中的大齿盘与手动齿盘组中的第二小齿盘通过齿轮咬合连接；
[0014] 当转动手动齿盘组中的手动转盘时第二小齿盘随之转动，通过各级传动齿盘组的大齿盘、第一小齿盘的传递，实现第一级传动齿盘组中的第一小齿盘转动，第一级传动齿盘组中的第一小齿盘通过位移加载楔背面的竖向单侧齿盘槽驱动位移加载楔向上或者向下移动，位移加载楔通过楔坡面推动挡墙板向模型箱内侧产生被动位移，或者由回复弹簧拉动挡墙板向模型箱外侧产生主动位移。
[0015] 优选地，所述的装置进一步包括竖向位移阻拦杆、转轴固定杆与固定件、位移读数标尺，其中：
[0016] 所述反力撑架由两片以上复合三角撑与若干水平连接杆牢固连接构成；模型箱底部设有托架，复合三角撑底部的杆件、底部的水平连接杆与托架牢固连接成一整体；U型滑槽的背面与复合三角撑中的竖向杆件和紧贴的水平连接杆间牢固连接；
[0017] 所述转轴固定杆与固定件有多个，并分别设置在各传动齿盘组的第一转轴连接杆处和手动齿盘组的第二转轴连接杆处；其中固定件套住第一转轴连接杆、第二转轴连接杆并固定在转轴固定杆上，转轴固定杆的两端固定在复合三角撑上；
[0018] 所述竖向位移阻拦杆设置于挡墙板背面的竖向楔坡结构的顶面高度处，竖向位移阻拦杆的两端固定在反力撑架上；竖向位移阻拦杆与竖向楔坡结构的顶面接触面打磨光滑、涂抹润滑油或者安装滚轮；
[0019] 所述位移读数标尺包括直形标尺与弧形标尺，其中：直形标尺设置于位移加载楔的顶部，弧形标尺设置于手动齿盘组的手动转盘周围，且二者均以毫米为最小刻度。
[0020] 更优选地，所述直形标尺，当第一级传动齿盘组的第一转轴连接杆对准单侧齿轮槽距离齿槽上端不小于N*Sa的某一位置时，直形标尺读数盘出露于U形滑槽的位置设为刻度零点，刻度零点向上为主动位移读数范围，主动位移的读数范围不小于N*Sa，刻度零点向下为被动位移读数范围，被动位移的读数范围不小于N*Sp；实测位移值取直形标尺刻度值的1/N。
[0021] 更优选地，所述的弧形标尺，零点位置任意设置，主动位移范围不少于N*N1*N2*…*Nn*No*Sa，被动位移范围不少于N*N1*N2*…*Nn*No*Sp，实测位移值为弧形标尺刻度值的1/(N*N1*N2*…*Nn*No)。
[0022] 优选地，所述的回复弹簧对称的设置在U形滑槽的四角附近位置；回复弹簧的弹性系数k估算值为k＝μG/4，以满足挡墙板发生主动位移时克服挡墙板与模型箱内壁间的摩擦力，其中：G为挡墙板自重，μ为挡墙板与模型箱底板间的摩擦系数。
[0023] 优选地，所述的挡墙板的高度H根据实验需确定；挡墙板的宽度B取挡墙板高度H的1/2～1/3；挡墙板的厚度T取挡墙板宽度B的1/8～1/5，或者为挡墙板宽度B的1/10外加纵横井字交叉加劲肋梁。
[0024] 优选地，所述挡墙板背面的竖向楔坡结构设置于挡墙板背面竖向中线附近的1/3～1/2条带区域，竖向楔坡结构的外凸部分坡面光滑，竖向楔坡结构的坡度大于45度、坡率N为5～20，竖向楔坡结构的下端外凸高度不小于挡墙板的被动极限位移估算值Sp。
[0025] 优选地，所述的挡墙板朝向模型箱内侧表面上的孔为两排以上的圆截面小孔，每排小孔的数量不少于5个，小孔的尺寸大于微型土压力传感器的尺寸。
[0026] 优选地，所述的U形滑槽的滑槽内面光滑，U形滑槽的净宽与挡墙板背面的竖向楔坡结构的宽度相同，U形滑槽的中部位置的圆形小孔尺寸不小于传动齿盘组中一级传动齿盘组的第一小齿盘尺寸，U形滑槽下端的矩形敞口结构高度以允许备用千斤顶的加载手柄活动范围为下限值。
[0027] 优选地，所述的加载部件中：
[0028] 所述位移加载楔的楔坡面坡度与挡墙板背面的竖向楔坡结构的坡度相同，位移加载楔的上端厚度不小于挡墙板的被动极限位移估算值Sp；位移加载楔背面的单侧齿轮槽的宽度取位移加载楔宽度的1/8～1/3且不小于5cm，单侧齿轮槽的竖向长度不小于挡墙板主动极限位移估算值Sa与被动极限位移估算值Sp之和的N倍，其中N为挡墙板背面的竖向楔坡结构坡率；
[0029] 所述手动齿盘组中的手动转盘半径为40cm～60cm，手动转盘的半径与第二小齿盘半径的比率No不小于3；
[0030] 所述各级传动齿盘组中的大齿盘、小齿盘半径比值N1不小于3，N1取值5～20；第一级传动齿盘组的第一转轴连接杆的大齿盘端设有手柄；当由于空间尺寸限制、不满足手动驱动要求F≥Ep/(2*N*N1*No)时，需加设多组传动齿盘组，直至手动驱动要求F≥Ep/(2*N*N1*N2*…*Nn*No)满足为止，其中：n为传动齿盘组的组数，F为健康成年人双手转动手动转盘时单只手的转动力估算值，参考值取30kN～50kN，Ep是由深度为H的松散介质所产生的侧压力估算值，按照库伦土压力估算确定；其中：N为挡墙板背面的竖向楔坡结构坡率，N1、N2、N3…Nn分别代表各级传动齿盘组的半径比例、N*N1*N2*…*Nn表示挡墙实际的侧移在读数盘上方法的倍率；
[0031] 所述手动齿盘组中的手动转盘、第二小齿盘和各级传动齿盘组中的各个大齿盘、第一小齿盘的轮齿大小由强度条件确定，验算强度时各齿盘受力估算值按如下取值：第一级传动齿盘组的第一小齿盘的齿轮与单侧齿轮槽的齿轮的受力估算值为F1＝Ep/N；第i级传动齿盘组的第一小齿盘的齿轮与第i-1级传动齿盘组的大齿盘的齿轮受力估算值为F(i-1)＝Ep/(N*N1*N2*…*N(i-1))；手动齿盘组的第二小齿盘的齿轮与第n级传动齿盘组的大齿盘的齿轮受力估算值为Fn＝Ep/(N*N1*N2*…*Nn)，手动齿盘组中的第二小齿盘受力就是第最后一级，最后一级估算值Fi＝Ep/(N*N1*N2*…*Nn)，其中n即为最后一级传动齿盘组；
[0032] 所述备用千斤顶为小吨位千斤顶，按照最大顶推力满足不小于Ep/N选用。
[0033] 优选地，所述加载部件有两种加载模式：手动加载模式和千斤顶加载模式，其中：
[0034] —所述手动加载模式：
[0035] 手动转动手动齿盘组的手动转盘，通过手动齿盘组的第二转轴连接杆带动第n组即第n级传动齿盘组的第一小齿盘同向转动；第n级传动齿盘组的第一小齿盘通过齿轮驱动第n-1级传动齿盘组的大齿盘反向转动，第n-1级传动齿盘组的大齿盘通过第n-1级传动齿盘组的第一转轴连接杆带动第n-1级传动齿盘组的第一小齿盘同向转动；第n-1级传动齿盘组的第一小齿盘通过齿轮驱动第n-2级传动齿盘组的大齿盘反向转动，……；第二级传动齿盘组的第一小齿盘通过齿轮驱动第一级传动齿盘组的大齿盘反向转动，第一级传动齿盘组的大齿盘通过第一级传动齿盘组的第一转轴连接杆带动第一级传动齿盘组的第一小齿盘同向转动；第一级传动齿盘组的第一小齿盘通过齿轮驱动U形滑槽中位移加载楔向上或者向下移动，位移加载楔通过斜坡面上的位移分解关系带动挡墙板向内或者向外移动；
[0036] —所述千斤顶加载模式：
[0037] 摇动备用千斤顶的加载手柄，直接推动位移加载楔向上移动，位移加载楔通过楔坡面推动挡墙板向模型箱内侧产生被动位移。
[0038] 优选地，所述模型箱为长方体结构；
[0039] 所述模型箱的高度等于挡墙板的高度H；
[0040] 所述模型箱的长边尺寸：
[0041] 当用于测主动土压力时，不小于
[0042] 当用于测被动土压力时，不小于
[0043] 其中：π为圆周率，为实验用松散介质的内摩擦角。
[0044] 根据本发明的第二个方面，提供一种基于上述装置的主动土压力测试方法，包括如下步骤：
[0045] (1)刻度调零：
[0046] 第一级传动齿盘组的第一连接轴杆的大齿盘端设有手柄，先拉动手柄，使得第一级传动齿盘组的第一小齿盘脱出位移加载楔背面的单侧齿轮槽；然后摇动备用千斤顶的加载手柄，将位移加载楔顶端的直形标尺调至零刻度位置；再手动转动手动齿盘组的手动转盘，使手动转盘的读数标志指向弧形标尺的零点位置，最后推动一级传动齿盘组的手柄，使第一级传动齿盘组的第一小齿盘插入位移加载楔背面的单侧齿轮槽内，调零完毕；
[0047] (2)向模型箱内装填实验用松散介质至实验所需的高度；
[0048] (3)根据实验要求的挡墙板主动位移要求值Sa’，计算得到：直形标尺的竖向向下位移要求值Sha＝N*Sa’，弧形标尺所需的转动弧长值Shua＝N*N1*N2*…*Nn*No*Sa’；
[0049] (4)手动转动手动齿盘组的手动转盘，转动弧长值Shua，驱动位移加载楔向下移动，并带动直形标尺向下移动Sha位移值，挡墙板在模型箱中实验用松散介质侧压力与回复弹簧共同作用下向外侧移动Sa’位移值；
[0050] (5)采集微型土压力传感器记录的压力值，即为挡墙板主动位移Sa’对应的侧压力值。
[0051] 根据本发明的第三个方面，提供一种基于上述装置的被动土压力测试方法，包括如下步骤：
[0052] (1)刻度调零：
[0053] 第一级传动齿盘组的第一连接轴杆的大齿盘端设有手柄，先拉动手柄，使得第一级传动齿盘组的第一小齿盘脱出位移加载楔背面的单侧齿轮槽；然后摇动备用千斤顶的加载手柄，将位移加载楔顶端的直形标尺调至零刻度位置；再手动转动手动齿盘组的手动转盘，使手动转盘的读数标志指向弧形标尺的零点位置，最后推动一级传动齿盘组的手柄，使第一级传动齿盘组的第一小齿盘插入位移加载楔背面的单侧齿轮槽内，调零完毕；
[0054] (2)向模型箱内装填实验用松散介质至实验所需的高度；
[0055] (3)根据实验要求的挡墙板被动位移要求值Sp’，计算得到：直形标尺的竖向向下位移要求值Shp＝N*Sp’，弧形标尺所需的转动弧长值Shup＝N*N1*N2*…*Nn*No*Sp’；
[0056] (4)手动转动手动齿盘组的手动转盘，转动弧长值Shup，驱动位移加载楔向上移动，并带动直形标尺向上移动Shp位移值，挡墙板在位移加载楔的楔面位移的水平分量位移作用下Sp’，向内侧即向模型箱一侧移动Sp’位移值；
[0057] 当手动加载方式困难或者手动齿盘组、传动齿盘组有故障时，采用备用千斤顶加载模式，即手动摇动备用千斤顶的加载手柄，直接推动位移加载楔与直形标尺向上移动Shp位移值，挡墙板在位移加载楔的楔面位移的水平分量位移作用下Sp’，向内侧即向模型箱一侧移动Sp’位移值；
[0058] (5)采集微型土压力传感器记录的压力值，即为挡墙板被动位移Sp’对应的侧压力值。
[0059] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0060] 本发明所述装置和方法可以以较小的竖向加载力产生数倍、数十倍甚至数百倍的水平推力，大大降低对加载装置的量程需求；
[0061] 进一步的，本发明所述装置和方法同时可以将微小测移量放大数倍、数十倍甚至数百倍后再行读数，大大降低对读数装置的需求，直接采用毫米精度刻度尺就可以实现高精度要求；
[0062] 进一步的，本发明所述装置构造与实际操作方法也较为简易，相对于现有装置优势明显，且能满足各种工程应用与科学研究的需要。
附图说明
[0063] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0064] 图1为本发明一优选实施例的结构三维视图；
[0065] 图2为本发明一优选实施例的剖切三维视图；
[0066] 图3为本发明一优选实施例的框架三维视图；
[0067] 图4为本发明一优选实施例的操作面的平面视图；
[0068] 图5为本发明一优选实施例的加载部件三维视图；
[0069] 图6为本发明一优选实施例的手动转盘加载模式三维视图；
[0070] 图7为本发明一优选实施例的备用千斤顶加载模式三维视图；
[0071] 图8为本发明一优选实施例的加载力缩小原理三维视图；
[0072] 图9为本发明一优选实施例的位移放大原理三维视图；
[0073] 图中：1—挡墙板，2—加载部件，3—U形滑槽，4—位移读数标尺，5—反力撑架，6—转轴固定杆与固定件，7—竖向位移阻栏杆，8—回复弹簧，9—模型箱，10—微型土压力传感器，11—楔坡结构，12—竖向单侧齿轮槽，13—位移加载楔，14—传动齿盘组，15—手动齿盘组，16—备用千斤顶，17—直形标尺，18—弧形标尺，19—复合三角撑，20—转轴固定杆，21—转轴固定件，22—模型箱托架，23—小齿盘，24—大齿盘，25—转轴连接杆，26—小齿盘，27—手动转盘，28—转轴连接杆，29—手柄，30—弹簧拉孔，31—模型箱边框架。
具体实施方式
[0074] 下面结合具体的实施例对本发明进行详细的说明，以便于本领域的研究者与工程技术人员进一步理解本发明。应当指出的是，本实施例仅是本发明的一个典型代表，不限制本发明专利的保护范围，对于本领域的研究者与工程技术人员，在不需要付出劳动的前提下，根据专业常识，做出没有超出本发明创新构思的若干变形与改进，均属于本发明的保护范围。
[0075] 实施例1
[0076] 如图1-图5所示，一种基坑分层开挖工况与沿深度非均匀侧移工况支护结构土压力测试的室内模型试验装置，所述装置包括：挡墙板1、加载部件2(由位移加载楔13、传动齿盘组14、手动齿盘组15、备用千斤顶16组成)、U形滑槽3、位移读数标尺4(由直形标尺17、弧形标尺18组成)、反力撑架5、转轴固定杆与固定件6、竖向位移阻栏杆7、回复弹簧8、模型箱9、微型土压力传感器10。
[0077] 如图1、图2所示，所述的模型箱9为一个三面侧壁一短边侧面敞口的长方体箱体，箱体内用于装填实验用松散介质，挡墙板1、加载部件2、U形滑槽3、反力撑架5、转轴固定杆与固定件6、竖向位移组栏杆7均设置于模型箱9的敞口端。如图3所示，所述的模型箱9放置在模型箱边框架31内部，模型箱9的底部设有模型箱托架22。
[0078] 作为优选的实施方式，所述的模型箱9的高度为H，长边尺寸为其中：π为圆周率，为松散介质的内摩擦角。模型箱9的底板采用边框与井字加强肋钢梁上铺有机玻璃的复合结构。
[0079] 作为优选的实施方式，所述的模型箱9以刚度较大的材质为边框、以有机玻璃为侧壁。
[0080] 如图1、图2所示，所述的挡墙板1位于模型箱9的敞口一侧的最内侧，挡墙板1朝向模型箱9内的一面上设有两排以上圆截面小孔用于安装微型土压力传感器10，且每排小孔的数量不少于5个；挡墙板1的背面竖向中线附近的1/3～1/2条带区域设有外凸的竖向楔坡结构11且其坡面朝斜下方向。
[0081] 作为优选的实施方式，所述的楔坡结构11的外凸部分坡面光滑，楔坡结构11的坡度大于45度、坡率N为5～20，楔坡结构11的下端外凸高度不小于挡墙板1的被动极限位移估算值Sp。
[0082] 作为优选的实施方式，所述的挡墙板1的高度H根据实验需确定；挡墙板1的宽度B取挡墙板1的高度H的1/2～1/3；挡墙板1的厚度T取挡墙板1的宽度B的1/8～1/5，或者为挡墙板1的宽度B的1/10外加纵横井字交叉加劲肋梁。
[0083] 进一步的，所述的挡墙板1的材质为生铁、钢材、铝合金。
[0084] 所述的微型土压力传感器10有多个且均为纽扣型小尺寸传感器，分别设置于挡墙板1朝向模型箱9内的一面上的圆截面小孔内。
[0085] 作为优选的实施方式，多个所述的微型土压力传感器10均匀分列设置在挡墙板1上，其中：列数不少于3列，每列的个数根据实验要求确定；进一步的每列的个数不少于5个。
[0086] 进一步的，所述微型土压力传感器10的形状为圆形，直径为1cm～2cm、厚度为4mm～8mm。
[0087] 如图3所示，所述的反力撑架5位于模型箱9敞口一侧的最外侧，反力撑架5由两片以上复合三角撑19以及连接所述复合三角撑19的水平连接杆件牢固连接构成；复合三角撑19底部的杆件、水平连接杆件与模型箱托架22牢固连接成一整体。
[0088] 如图1、图4所示，所述的U型滑槽3设置于挡墙板1与反力撑架5之间，U型滑槽3的槽面朝向挡墙板1方向、背面与反力撑架5的竖向杆件与紧贴的水平连接杆件牢固连接；U形滑槽3的中部位置开设圆孔、下部中间位置开设矩形敞口结构(如图6所示)。
[0089] 作为优选的实施方式，所述的U形滑槽3的滑槽内面光滑，U形滑槽3的净宽与挡墙板1背面的楔坡结构11的宽度相同，U形滑槽3上的圆孔尺寸不小于传动齿盘组14的小齿盘23尺寸，U形滑槽3下部矩形敞口结构的高度以允许备用千斤顶16的加载手柄活动范围为下限值。
[0090] 进一步的，所述的U形滑槽3的材质为生铁、钢材、铝合金。
[0091] 如图1、图2、图4所示，所述的位移读数标尺4包括直形标尺17、弧形标尺18，其中：
[0092] 所述直形标尺17设置于位移加载楔13的顶部，所述弧形标尺18设置于手动齿盘组15的手动转盘27周围。
[0093] 作为优选的实施方式，所述的位移读数标尺4以毫米为最小刻度，当传动齿盘组14的小齿盘23位于位移加载楔13背面竖向单侧齿轮槽12中距离其上端大于N*Sa处，直形标尺17出露位置设置为零刻度点，零刻度点向上为主动位移刻度范围且不少于N*Sa长度，零刻度点向下为被动位移范围且不少于N*Sp长度；
[0094] 所述的弧形标尺18以任意位置为零刻度，优选以竖向刻度位置为零点。
[0095] 进一步的，所述的直形标尺17以竖向位移为读数依据，实测位移值为标尺刻度值的1/N。
[0096] 进一步的，所述的弧形标尺18以手动转动的弧线长度为读数依据，实测位移值为标尺刻度值的1/(N*N1*N2*…*Ni)。
[0097] 如图1、图2、图4、图5所示，所述的加载部件2包括位移加载楔13、传动齿盘组14、手动齿盘组15、备用千斤顶16，其中：
[0098] 所述位移加载楔13设置于挡墙板1背面的楔坡结构11与U形滑槽3之间，位移加载楔13的楔坡面朝斜上方向且正对挡墙板1背面的楔坡结构11，位移加载楔13的背面朝对U形滑槽3且在背面的竖向中线位置开有竖向单侧齿轮槽12(如图5所示)，U形滑槽3中部的圆孔对着位移加载楔13背面竖向单侧齿轮槽12的上侧三等分点与中点之间位置。
[0099] 如图2、图4、图5所示，所述传动齿盘组14为一组，包括大齿盘24，小齿盘23，用于连接大齿盘24、小齿盘23的转轴连接杆25，以及安装于转轴连接杆25的大齿盘端的手柄29，小齿盘23穿过U形滑槽3的中部圆孔并安插在位移加载楔13背面的竖向单侧齿轮槽12内(如图5所示)，向外拉动或向内按入手柄29时，小齿盘23脱出或插入到位移加载楔13背面的竖向单侧齿轮槽12；
[0100] 所述手动齿盘组15包括手动转盘27、小齿盘26和用于连接手动转盘27、小齿盘26的转轴连接杆28，小齿盘26连接传动齿盘组14中的大齿盘24(如图5所示)。
[0101] 在其他实施例里，所述的传动齿盘组14可以是一组以上，小齿盘23穿过U形滑槽3的中部圆孔并安插在位移加载楔13背面的竖向单侧齿轮槽12内的传动齿盘组14为一级传动齿盘组，其他各级传动齿盘组均以小齿盘23连接前一级传动齿盘组中的大齿盘24，手动齿盘组15中的小齿盘26连接最后一级传动齿盘组中的大齿盘24；
[0102] 转动手动齿盘组15中的手动转盘27，小齿盘26随之转动，经小齿盘26带动最后一级传动齿盘组中的大齿盘24转动，并经各级传动齿盘组传动后，带动一级传动齿盘组中的大齿盘24转动，一级传动齿盘组中的小齿盘23随之转动，小齿盘23通过位移加载楔13背面的竖向单侧齿盘槽12驱动位移加载楔13向上或者向下移动，位移加载楔13通过楔坡面推动挡墙板1向模型箱9内侧产生被动位移。通过手动转盘27-小齿盘26-大齿盘24-小齿盘23之间的传动，实现对微小位移进行放大，同时对推力进行缩小，以达到以较小的驱动荷载驱动挡墙板移动。
[0103] 作为优选的实施方式，所述的位移加载楔13的楔坡面坡度与挡墙板1背面的楔坡结构11的坡度相同，位移加载楔13的上端厚度不小于挡墙板1的被动极限位移估算值Sp；位移加载楔13背面的竖向单侧齿轮槽12的宽度取位移加载楔13宽度的1/8～1/3且不小于5cm，竖向单侧齿轮槽12的竖向长度不小于挡墙板1主动极限位移估算值Sa与被动极限位移估算值Sp之和的N倍，其中N为挡墙板1背面的楔坡结构11坡率。
[0104] 进一步的，所述的位移加载楔13材质坚硬，变形小，优选的材质为生铁、钢材、铝合金。
[0105] 作为优选的实施方式，所述的竖向单侧齿轮槽12的宽度取位移加载楔13宽度的1/8～1/4，竖向单侧齿轮槽12的竖向长度不小于主动、被动极限位移估算值之和的N倍，其中N为楔坡结构11坡率和位移加载楔13楔坡面坡率。
[0106] 作为优选的实施方式，所述的手动齿盘组15中的手动转盘27的半径为40cm～60cm，手动转盘27的半径与小齿盘26半径的比率No不小于3。
[0107] 作为优选的实施方式，所述的传动齿盘组14中的大齿盘24、小齿盘23半径比值N1不小于3，其中N1取值5～20；当由于空间尺寸限制、不满足手动驱动要求F≥Ep/(2*N*N1*No)时，需加设多组传动齿盘组，直至手动驱动要求F≥Ep/(2*N*N1*N2*…*Ni*No)满足为止，其中：i为传动齿盘组的组数，F为健康成年人双手转动手动转盘27时单只手的转动力估算值，参考值取30kN～50kN，Ep为深度为H的松散介质所产生的侧压力估算值，按照库伦土压力估算确定。
[0108] 作为优选的实施方式，所述的手动齿盘组15中的手动转盘27、小齿盘26和各级传动齿盘组14中的大齿盘24、小齿盘23的轮齿大小由强度条件确定，验算强度时各齿盘受力估算值按如下取值：一级传动齿盘组的小齿盘23受力估算值F1＝Ep/N，第i级传动齿盘组的大齿盘24与第i+1级传动齿盘组的小齿盘23受力估算值Fi＝/(N*N1*N2*…*Ni)。
[0109] 如图2、图4、图5所示，所述备用千斤顶16设置于位移加载楔13的正下方(如图5所示)；当手动加载方式困难，或者手动齿盘组15、传动齿盘组14有故障时，采用备用千斤顶16加载，即手动摇动备用千斤顶16的加载手柄，直接推动位移加载楔13向上移动。
[0110] 作为优选的实施方式，所述的备用千斤顶16手动式、液压式均可，优选手动加载方式。
[0111] 进一步的，所述的备用千斤顶16为小吨位千斤顶，按照最大顶推力满足不小于Ep/N选用；备用千斤顶16为测量被动土压力工况手动齿盘组15驱动困难时，或者是手动齿盘组15、传动齿盘组14出现故障时备选的加载方式，并配合直形标尺17同时使用。
[0112] 根据所述的加载部件2有两种加载模式：手动加载模式和千斤顶加载模式，其中：
[0113] 所述手动加载模式：手动转动手动齿盘组15的手动转盘27，通过转轴连接杆28驱动小齿盘26，小齿盘26再驱动传动齿盘组14的大齿盘24，大齿盘24通过转轴连接杆25驱动小齿盘23，小齿盘23通过位移加载楔13背面的竖向单侧齿盘槽12驱动位移加载楔13向上或者向下移动，位移加载楔13通过楔坡面推动挡墙板1向模型箱9内侧产生被动位移，或者由回复弹簧8拉动挡墙板1向模型箱9外侧产生主动位移；
[0114] 所述的千斤顶加载模式：摇动备用千斤顶16的加载手柄，直接推动位移加载楔13向上移动，位移加载楔13通过楔坡面推动挡墙板1向模型箱9内侧产生被动位移。
[0115] 如图1、图3、图4所示，所述的转轴固定杆与固定件6设置于转轴连接杆25、28处，包括转轴固定杆20和转轴固定件21，其中：转轴固定件21套住转轴连接杆25、28并固定在转轴固定杆20上，转轴固定杆20的两端固定在反力撑架5的复合三角撑19上。
[0116] 如图1、图2、图4所示，所述的竖向位移阻拦杆7设置于挡墙板1背面的楔坡结构11的顶面高度处，且竖向位移阻拦杆7的两端固定在反力撑架5上。
[0117] 作为优选的实施方式，所述的竖向位移阻拦杆7与楔坡结构11的顶面接触面打磨光滑、涂抹润滑油或者安装滚轮。
[0118] 如图1、图2所示，所述的回复弹簧8有四个并设置在挡墙板1与U形滑槽3之间，四个回复弹簧8对称的设置在U形滑槽3的四角附近位置。
[0119] 如图5所示，作为优选的实施方式，所述的挡墙板1的背面设有四个弹簧拉孔30，所述的U形滑槽3的四角位置设有四个弹簧拉孔30，四个回复弹簧8的两端分别勾在挡墙板1和U形滑槽3上的弹簧拉孔30上。
[0120] 进一步的，所述的回复弹簧8的弹性系数大于弹性系数估算值：k＝μG/4，以满足挡墙板1发生向内侧位移过程中克服挡墙板1与模型箱9内壁间的摩擦力，其中：G为挡墙板1自重，μ为挡墙板1与模型箱9的底板间的摩擦系数。
[0121] 一种基于上述装置的测试方法，包括主动土压力测试方法和被动土压力测试方法，其中：
[0122] (一)主动土压力测试方法，包括如下步骤：
[0123] (1)刻度调零：先拉动一级传动齿盘组14中转轴连接杆25的大齿盘端手柄29，使得小齿盘23脱出位移加载楔13背面的竖向单侧齿轮槽12；然后摇动备用千斤顶16的加载手柄，将位移加载楔13顶端的直形标尺17调至零刻度位置；再手动转动手动齿盘组15的手动转盘27，使手动转盘27的读数标志指向弧形标尺18的零点位置，最后推动传动齿盘组的手柄29，使小齿盘23插入位移加载楔13背面的竖向单侧齿轮槽12内，调零完毕；
[0124] (2)向模型箱9内装填实验用松散介质至实验所需的高度；
[0125] (3)根据实验要求的挡墙板主动位移要求值Sa’，计算得到：直形标尺17的竖向向下位移要求值Sha＝N*Sa’，弧形标尺18所需的转动弧长值Shua＝N*N1*N2*…*Nn*No*Sa’；
[0126] (4)手动转动手动齿盘组15的手动转盘27，转动弧长值Shua，驱动位移加载楔13向下移动，并带动直形标17尺向下移动Sha位移值，挡墙板1在模型箱9中实验用松散介质侧压力与回复弹簧8共同作用下向外侧移动Sa’位移值；
[0127] 手动转盘27的转动方向与位移加载楔13背面的竖向单侧齿轮槽12中齿条设置在哪一侧及传动齿盘组数量的奇偶性有关；
[0128] (5)采集微型土压力传感器10记录的压力值，即为挡墙板1主动位移Sa’对应的侧压力值。
[0129] (二)被动土压力测试方法，包括如下步骤：
[0130] (1)刻度调零同主动土压力测试方法的步骤(1)；
[0131] (2)向模型箱9内装填实验用松散介质至实验所需的高度；
[0132] (3)根据实验要求的挡墙板1被动位移要求值Sp’，计算得到：直形标尺17的竖向向下位移要求值Shp＝N*Sp’，弧形标尺18所需的转动弧长值Shup＝N*N1*N2*…*Nn*No*Sp’；
[0133] (4)手动转动手动齿盘组15的手动转盘27，转动弧长值Shup，驱动位移加载楔13向上移动，并带动直形标尺17向上移动Shp位移值，挡墙板1在位移加载楔13的楔面位移的水平分量位移作用下Sp’，向内侧即向模型箱9一侧移动Sp’位移值；
[0134] 手动转盘27的转动方向与位移加载楔13背面的竖向单侧齿轮槽12中齿条设置在哪一侧及传动齿盘组数量的奇偶性有关；
[0135] 当手动加载方式困难或者手动齿盘组15、传动齿盘组14有故障时，采用备用千斤顶16加载模式，即手动摇动备用千斤顶16的加载手柄，直接推动位移加载楔13与直形标尺17向上移动Shp位移值，挡墙板1在位移加载楔13的楔面位移的水平分量位移作用下Sp’，向内侧即向模型箱9一侧移动Sp’位移值；
[0136] (5)采集微型土压力传感器10记录的压力值，即为挡墙板1被动位移Sp’对应的侧压力值。
[0137] 实施例4
[0138] 进入千斤顶加载模式操作方法：如图6所示，向外拉动第一级传动转盘组的转轴连接杆25端部的手柄29，使第一级传动转盘组的小齿盘23与位移加载楔13背面的竖向单侧齿轮槽12脱离，进入千斤顶加载模式。
[0139] 实施例5
[0140] 进入转动加载模式操作方法：如图7所示，向内推动第一级传动转盘组的转轴连接杆25端部的手柄29，使第一级传动转盘组的小齿盘23进入位移加载楔13背面的竖向单侧齿轮槽12，进入转动加载模式。
[0141] 实施例6
[0142] 加载力缩小原理：如图8所示，以被动土压力为例，来自挡墙板1的侧压力Ep与来自位移加载楔13的竖向力F1以及反力撑架5的水平推力平衡，由位移加载楔13与挡墙板1背面的楔坡结构11接触面处的静力平衡，位移加载楔13竖向驱动力F1＝Ep/N，即位移加载楔13背面的竖向单侧齿轮槽12的齿轮与第一级传动齿盘组的小齿盘23的齿轮上的加载力均为F1＝Ep/N；对于第一级传动齿盘组，由同轴齿盘受力关系(杠杆原理或力矩平衡原理)可知，第一级传动齿盘组的大齿盘24上齿轮的驱动力为F2＝F1/N1＝Ep/(N1*N)，则与之接触手动齿盘组15的小齿盘26上的齿轮的驱动力也为F2＝Ep/(N1*N)；对于手动转盘组15，由同轴齿盘受力关系(杠杆原理或力矩平衡原理)可知，手动齿盘组15的手动齿盘27上的驱动力为F3＝F1/(2*No)＝Ep/(2*No*N1*N)。
[0143] 实施例7
[0144] 位移读数放大原理：如图9所示，以被动位移为例，当挡墙板1向内侧产生侧移Sp，由位移加载楔13与挡墙板1背面的楔坡结构11接触面处的的位移分解关系，位移加载楔13竖向产生的位移S1＝N*Sp，也就是位移加载楔13背面的竖向单侧齿轮槽12的齿轮的竖向位移和第一级传动齿盘组的小齿盘23的齿轮的转动线位移均为
[0145] S1＝N*Sp；对于第一级传动齿盘组，由同轴齿盘的转动位移关系(各同轴齿盘的角位移相等，线位移与半径成正比)可知，第一级传动齿盘组的大齿盘24上齿轮的转动线位移为S2＝N1*S1＝N1*N*Sp，则与之接触手动齿盘组15的小齿盘26上的齿轮的线位移也为S2＝N1*N*Sp；对于手动转盘组15，由同轴齿盘受力关系(各同轴齿盘的角位移相等，线位移与半径成正比)可知，手动齿盘组15的手动齿盘27外边缘划过得线位移为S3＝No*S2＝No*N1*N*Sp。
[0146] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
