[实用新型]一种模拟复杂荷载条件下桩承式路堤模型试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及道路工程中的地基处理技术领域中的一种模型试验装置，特别涉及一种模拟复杂荷载条件下桩承式路堤模型试验装置。

背景技术

我国幅员辽阔，地质条件复杂，特殊地基处理是公路(铁路)建设中的关键问题之一。建于东南沿海地区的高速公路(铁路)地基经常遇到饱和软粘土的不良地质条件。软土的物理、力学性质很差，具有高含水量、高压缩性、低强度、强结构性等特点，在工程实践中必须采取行之有效的地基处理方法进行处治。桩承式路堤因其施工速度快、施工质量易于控制、沉降及工后沉降小和处理深度大等突出优点而在新建高速公路软基处理、公路拓宽工程和高速铁路地基处理中得到较多的应用，但目前对该课题的理论研究还滞后于工程实践的需要，尤其是在交通荷载作用下路堤桩承载特性、路堤变形规律以及系统的设计方法上面亟待深入分析研究，模型试验是开展这方面研究的重要手段。

桩承式路堤常采用下述形式：在刚性桩的桩顶浇注一个独立的桩帽，增加承受路堤荷载的面积，将大部分荷载通过其中的土拱效应传递到桩体，再传递到下卧土层中；为了尽可能地将桩间距拉大，在上部填土和桩顶之间可以设置一层或多层水平材料以将更多的荷载传递到桩上，这种系统形式也有学者称之为桩-网式复合地基或双向复合地基。

桩承式路堤在交通荷载及路堤自重作用下，桩间土上部土体和桩帽顶部土体的沉降差会使桩顶水平面上一定范围内路堤填料产生应力重分布，大主应力方向发生偏转而大致平行于相邻两桩帽之间的圆拱形链线，从而将此拱形区域内的路堤填料压实，形成一个个拱状的压密壳体，将一部分桩间土上部的路堤重量传递在桩帽上。这一现象即是桩承式路堤中的“土拱效应”。

Terzaghi最早研究了平面土拱效应，采用活门拱试验验证了“土拱效应”现象。要分析“土拱效应”，首先必须确定土拱的拱轴形状及拱体的几何特征参数(作用范围、外形及尺寸等)，Handy首次描绘出拱形为近似于悬链线的主应力流线。目前对土拱形状的假设主要有以下几种：Terzaghi的平面土拱模型、Marston的等沉面计算模型、Carlsson的楔形土拱理论、Low等的半圆形模型、普罗托奇雅阔诺夫的自然平衡拱理论及Hewlett&Randolph的半球形模型等。基于以上的基本假设，一些学者对上述土拱理论进行了改进和修正。如陈云敏等从单桩等效处理范围内路堤受力平衡出发，改进了Hewlett的空间土拱极限分析方法；陈福全等对Hewlett空间土拱效应下塑性点出现在桩顶时的边界条件作了改进，得到改进后的桩土荷载分担比计算式。

模型试验和现场测试是研究桩承式路堤工作性状最为有效的手段之一，但现场试验因其局限性难以获得桩承式路堤的全方位、全过程工作性状资料。不少学者通过室内模型试验对桩承式路堤土拱效应进行了研究，取得了丰硕的成果。Hewlett&Randolph通过模型试验研究了路堤中的空间土拱效应，并基于极限平衡理论建立了求解土拱效应的解析方法，但是其试验及理论计算方法没有考虑路堤中水平垫层的作用，也没有分析桩承式路堤的变形特点；Low等制作了平面土拱效应试验装置，研究了路堤高度、桩梁间距对土拱效应的影响，但没有涉及路堤变形对土拱效应性状的影响；Orianne等采用与Low等相似的试验装置，采用类比材料研究了土拱效应，但类比材料与实际路堤填料相差很大，因此试验所得结果可能难以直接应用；詹永祥等进行了桩板结构路基动力试验，但试验方案不同于桩承式路堤的实际形式。

实用新型内容

针对现有模型试验装置的缺陷，本实用新型提供了一种模拟复杂荷载条件下桩承式路堤模型试验装置。

为了实现上述目的，本实用新型所采取的措施是：

一种模拟复杂荷载条件下桩承式路堤模型试验装置，包括试验槽和试验槽内部设置的软土层、路堤填料和含有桩帽的桩，插入若干桩的软土层的上面填有路堤填料，路堤填料中设置有加筋材料，路堤填料的上方设置有加载系统，加载系统分为静荷载加载系统和动荷载加载系统，加载系统为电磁式激振器加载系统，路堤填料中埋设有沉降仪，加筋材料中埋设有应变计或微型拉力计，桩的侧开槽内贴有应变片，桩帽上部、桩帽的下部及路堤填料中部土体内均埋设有土压力计；

所述桩的底部设置有控制弹簧；

所述桩帽为装配式；

所述路堤填料由经过筛分的砂分层铺撒夯实而成；

所述试验槽的材质为透明玻璃；

所述桩和桩帽的材质为有机玻璃；

所述软土层的材质为软土或硬质塑料泡沫。