[发明专利]一种桩承式加筋路堤三维变形场可视化试验装置及其试验方法

说明书

发明提供一种桩承式加筋路堤三维变形场可视化试验装置及其试验方法。该试验装置包括模型槽、若干模型桩和桩帽。所述模型槽采用透明材料制成，整体为一个矩形箱体。工作时，所述模型槽安置在光学平台上。所述模型桩的底部插入凹槽中。3个激光器发射的激光在透明土中形成三个激光平面。试验时，控制排水阀门以恒定速率放出下模型槽中的水，模拟软土层在路堤填土的自重下发生的沉降过程。该试验装置的试验方法包括试验设计、模型制作、模型槽定位、布桩、配土、试验和数据处理等步骤。该装置的沉降模式与实际相符合、安全可靠且成本节约。

技术领域

本发明涉及一种地基处理领域的模型试验技术，尤其涉及一种桩承式加筋路堤三维变形场可视化试验装置和试验方法。

背景技术

我国幅员辽阔，地质条件千差万别，在滨海平原、三角洲、河湖岸边及山间谷地等有大量软土分布。而在修建高速公路、高速铁路时，因为选线受限，不得不穿越这些区域。软土通常含水量大、压缩性高、承载力低，有的还富含有机质，且由于渗透性差，短期内难以达到很好的固结效果。若不加以处理，则可能使公路、铁路产生过大沉降，影响使用。

桩承式路堤因为土拱效应的存在，可将路堤上大部分荷载传递到桩上，既能减小路基沉降，又能节省地基加固造价，因而得到广泛应用。而在刚性桩上铺设加筋材料，利用加筋材料的张拉膜效应和土拱效应，桩上能承担更多的荷载，从而减小路基的差异沉降。

由于土体是非透明的，传统的摄影测量方法一般只能测量土体表面的变形，无法观测到土体内部变形。若要测量桩承式路堤内部变形，则需要通过在路堤中埋设位移测量装置来获取变形数据，而很多模型试验本身尺寸较小，埋入土中的测量装置和线缆等会严重干扰土体的承载性能，得到的数据也只是几个特征点的零散数据，无法得到土体内部三维变形场。

现有技术中存在一种透明土模型试验方法，但该方法存在诸多不足：采用水袋模拟地基沉降，水袋上需预留与桩间距一致的孔洞，每改变一次试验工况，需要重新制作水袋；由于水袋异形效应严重，受力复杂，容易导致放水后水袋表面变形不均；模型桩和桩帽是粘结在模型箱底部，位置精度难以控制，容易倾斜；采用土工格栅模拟加筋层，材料强度和模量太大，在小型模型试验中不满足相似性；水袋放水以后变形不易恢复；水袋部分地基和透明土部分路堤安放在一个模型槽，不方便安装和拆卸。

发明内容

本发明的目的是提供一种桩承式加筋路堤三维变形场可视化试验装置及其试验方法，以解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种桩承式加筋路堤三维变形场可视化试验装置，包括模型槽、若干模型桩和桩帽。

所述模型槽采用透明材料制成，整体为一个矩形箱体。所述模型槽可拆分为上模型槽和下模型槽。

所述上模型槽整体为一个矩形框体。这个矩形框体的下端具有外卷边Ⅰ。

所述下模型槽整体为一个矩形箱体。这个矩形箱体的上端具有外卷边Ⅱ。所述下模型槽底部布置有定位板。所述定位板板面上具有若干凹槽。所述下模型槽侧壁上设置有若干孔洞。排水管一端与下模型槽侧壁上的孔洞连接，另一端伸入量筒内。所述排水管上设置有排水阀门。

所述上模型槽和和下模型槽之间设置隔水乳胶膜。所述上模型槽和下模型槽拼合后，外卷边Ⅰ和外卷边Ⅱ通过法兰连接。

所述模型桩的桩顶设置有桩帽。

工作时，所述模型槽安置在光学平台上。所述模型桩的底部插入凹槽中。所述模型桩的上表面与下模型槽顶面平齐。所述桩帽位于上模型槽内。所述桩帽的顶面加筋乳胶膜。所述加筋乳胶膜与桩帽固定。所述下模型槽内注满水，上模型槽中填入透明土。所述光学平台上还安置有3个激光器和3个高速CCD相机。所述激光器和高速CCD相机均位于模型槽外侧。所述3个激光器分别位于模型槽的三个侧面。所述3个激光器发射的激光在透明土中形成三个激光平面。