[实用新型]一种多功能土拱仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种抗滑桩支挡机理及端承桩支挡机理的演示实验仪器，尤其涉及一种多功能土拱仪。

背景技术

在土力学领域，土拱是用来描述应力转移的一种现象，这种应力转移是通过土体抗剪强度的发挥而实现的。土拱作用是指支撑刚度较大而围护结构刚度较小，墙后土压力局部增大的现象，局部土体产生移动，而其余部分保持原来的位置不动，土中的这种相对运动受到土体抗剪强度的阻抗，使移动部分土体的压力减小，而不动部分上的压力增加。

土层中的拱作用的产生与拱结构物不一样，拱结构是把材料制成拱形状，在荷载作用下发挥其承受压力的作用;而土拱有其自身的形成过程:在荷载或自重的作用下，土体发生压缩和变形，从而产生不均匀沉降，致使土颗粒间产生互相"楔紧"的作用，于是在一定范围土层中产生"拱效应"；由于土拱效应的存在，使得围护结构后的主动土压力产生重分布，土体中除了竖向存在土拱效应外，水平方向同样存在着土拱效应。合理利用竖向及水平向的土拱效应可使土体的应力重分布向对工程有利的方向发展，充分利用土体自身的抗变形能力。

抗滑桩具有自身刚度大，稳定性好、施工方便等优点，在滑坡治理和防护中得到广泛的应用，端承桩在提供路堤承载力方面也有着十分广泛的用途，抗滑桩和端承桩等以离散的修筑来实现连续的支护，再这以离散修筑实现连续支挡的过过程中土拱效应起到了至关重要的作用，土拱效应是此类结构支挡机理的重要内容，但土拱效应主要形成表面以下一定距离，并且需要一定的应力、地质条件和坡度条件，但目前现有技术中无法实现在不同应力条件下、不同条件下和不同坡度条件土拱效应和桩土相互作用的真实再现。

实用新型内容

鉴于现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是在不同应力条件下、不同条件下和不同坡度条件下实现土拱效应和桩土相互作用的真实再现土拱仪。

为实现上述技术目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种多功能土拱仪，包括基础底座、动力系统、模型桩系统、横向支撑边界、竖向支撑边界以及模型桩盖板，所述模型桩系统置于基础底座上，横向支撑边界置于基础底座上表面的前后两端，竖向支撑边界置于基础底座上表面的左右两端，所述竖向支撑边界和横向支撑边界将模型桩系统围在中间形成一个矩形，所述模型桩系统包括前载荷均布组合、后载荷均布组合、左侧挡板、右侧挡板和模型桩底板，所述前载荷均布组合外侧设有推力器，该推力器的底部抵在基础底座上表面的前侧横向支撑边界内侧上，所述后载荷均布组合外侧设有反力器，该反力器的底部抵在基础底座上表面的后侧横向支撑边界内侧上，所述左侧挡板、右侧挡板位于模型桩底板左右两侧，与前载荷均布组合、后载荷均布组合构成一个矩形容腔，所述模型桩底板是由若干个长条板拼接排列而成，在每个长条板之间留有换板槽，在每个长条板上设有直立向上模型桩和模型桩镶嵌孔，所述左侧挡板和右侧挡板的外侧均设有若干与竖向支撑边界相抵的侧向支撑柱；所述模型桩盖板包括顶部加压板和顶部盖板，所述顶部盖板上横向设有若干镶嵌槽，顶部加压板置于镶嵌槽内，所述模型桩盖板完全覆盖住模型桩系统。

采用此多功能土拱仪，在模型桩系统的矩形容腔内填土，然后用模型桩盖板盖住密封，推力器向容腔内部挤压泥土，反力器作用一个反力均布，前载荷均布组合和后载荷均布组合将推力器作用的力与反力器作用的力分散开，均布在容腔内填埋的土中，然后根据推力器施加的力观察模型桩系统内的土沿着模型桩做出的形变与压力分布，可直观的观察在不同应力条件下、不同条件下和不同坡度条件土拱效应和桩土相互作用现象，左侧挡板和右侧挡板的外侧用侧向支撑柱给予支撑力，防止容腔内的土在推力器的作用下往外顶开左右两侧的挡板，长条板之间留有换板槽的作用是便于随意调节模型桩系统的横向宽度，可将左右侧挡板插在换板槽内调节位置，以观察在不同应力条件下泥土沿着模型桩的形变，可实现单排桩和多排状在多种情况下的土工效应再现，换板槽可使长条板重新组合，实现多组不同的桩距比土拱效应实验，可广泛的模拟大多数工程桩土间距的情况，克服了传统的一组实验装置只能测量一种土拱变化情况，节约了模型实验成本。

进一步限定，所述顶部盖板为有机透明玻璃，在有机透明玻璃外周固定有一层固定框架，所述固定框架与模型桩系统的顶部相配合，所述有机透明玻璃表面上绘制有刻度网格。有机透明玻璃的顶部盖板强度高，不易破碎裂开，可以实时观察土拱的形成和发育的全过程，刻度网格可以作为在模拟土体山均匀设置石灰线的依据方便直接观察泥土的位移变化。