[实用新型]一种三维阵列式多沉陷门模型试验系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种土工相似模型试验系统，具体地指一种三维阵列式多沉陷门模型试验系统。

背景技术

土拱效应是岩土工程中的一种荷载迁移现象，通过剪应力的发挥将荷载向刚性边界集中，差异变形是引起的剪应力的主要原因。以桩承式路堤为例，由于桩、土模量差异，在竖向荷载作用下，桩间土产生了大于桩体的沉降量，在桩顶部形成沉降差，导致上部荷载在桩与桩间土之间产生重分布，将更多的荷载传递到桩顶部。通过沉陷门下沉模拟差异沉降的方式能够造成荷载自然的向桩体集中，相比桩体刺入的模拟方式，与实际工程中桩承式路堤工作机制更为吻合。Terzaghi于1936年开发了平面应变条件下的单沉陷门试验装置，用于解释应力向刚性边界迁移的现象。沉陷门试验对于土拱效应问题的简化合理，已广泛应用于桩承式路堤、岩溶塌陷、崩落开采等类似工程的试验中，具有现场试验和数值模拟不可替代的优势。

沉陷门试验系统经过了由平面应变单沉陷门向平面应变多沉陷门和三维单沉陷门试验系统的发展过程。目前的三维模型试验大多不能考虑多个沉陷门之间的相互影响，可视化程度较低，内部变形与应力难以直接获取，同时相对位移量无法准确控制。

发明内容

本实用新型就是针对现有技术的不足，提供了三维阵列式多沉陷门模型试验系统，可以实现对竖向土拱效应的模拟，尤其适用于桩承式路堤、复合地基垫层在桩间土非一致下沉条件下的填料变形与荷载迁移现象的模拟。

为了实现上述目的，本实用新型所设计的三维阵列式多沉陷门模型试验系统，其特殊之处在于：包括外框架、多沉陷门组件、位移控制组件、填料箱、土工格栅安装组件、表面位移测量组件、以及断面位移可视化测量组件，

所述填料箱位于外框架内部，用于装填填料，且所述填料箱前侧为透明状；

所述多沉陷门组件位于填料箱底部，包括若干阵列式排列的可调节高度的升降台；

所述位移控制组件用于控制多沉陷门中阵列的升降台按设定的位移速度与间隔时间下降，产生非一致下沉；

所述土工格栅组件位于多沉陷门组件上，用于在试验需要时安装固定土工格栅加筋材料；

所述表面位移测量组件位于外框架顶部，用于测量所填物料在升降台下降过程中的顶部形态变化；

所述断面位移可视化测量组件位于外框架前侧，用于测量所填物料断面全场位移。

进一步地，所述填料箱由外框架四周的挡板和外框架底板构成，其中，外框架前侧挡板为有机玻璃挡板，两侧和后侧挡板均由多段拼接而成。前侧设置为有机玻璃挡板方便观测，两侧和后侧的挡板设计为从上之下多段拼接而成的挡板，方便填筑。

更进一步地，所述外框架两侧和后侧挡板均由多段钢条拼接而成。

再进一步地，所述升降台为滚珠丝杆升降台，且所述升降台顶部设置有载荷计，所述载荷计尺寸与升降台顶板尺寸相同。所述载荷计测试元件一般采用轮辐式称重传感器，用于测试填料传递到每块升降台上的荷载大小，以评估土拱效应的发挥程度。

再进一步地，所述升降台组件优选16×16的升降台阵列方式。可实现5种不同桩帽面积置换率与4种相对填料高度组合下可能出现的变形模式类型。

再进一步地，所述土工格栅安装组件包括土工格栅，所述土工格栅前侧与填料箱前侧玻璃挡板之间为活动连接，以满足前侧观察断面的边界条件要求，其余侧均与外框架固定连接。

再进一步地，所述玻璃挡板上对应格栅设置固定滑槽，所述外框架两侧及后侧上设置有格栅固定钢梁，所述土工格栅其余侧通过格栅压条固定在格栅固定钢梁上。

再进一步地，所述表面位移测量组件包括激光断面仪和用于激光断面仪滑行的滑动结构，所述滑动结构固定在外框架顶部的滑槽内。方便激光断面仪来回运动，测量所填物料顶部的形态变化。

再进一步地，所述断面位移可视化测量组件包括灯光系统和摄像装置。

再进一步地，所述所填物料为不同颜色分层填筑的散体砂石材料，且填筑方式为，先按照计算的填筑重量虚铺，刮平后压至预定的层高。从而对填料的填筑密度进行控制，填筑密度指砂土的相对密度或粘性土的压实度。

本实用新型的优点在于：其沉陷门采用高度可调的阵列升降台组合方式、沉陷门运动模式通过位移控制组件调节、下沉量可以精确控制；且设置有表面位移测量组件，以及断面位移可视化测量组件，使得断面位移可以追踪、表面位移可以测量。本实用新型实现三维条件下桩承式路堤、复合地基垫层填料在桩间土与土工格栅非一致下沉/变形时工作过程的模拟，并获得土拱演化全过程变形与应力的准确数据。

附图说明