[发明专利]抗滑桩土拱效应演化机理可视化模型试验装置及试验方法

权利要求书

1.抗滑桩土拱效应演化机理可视化模型试验装置，其特征在于：包括可视化模型箱(7)、加载装置(2)、标准砂(6)、两侧挡板(1)、脱料板(5)、加载板(3)、代替桩的钢板(8)、垫块(4)以及设置于可视化模型箱(7)外的数码相机；所述的可视化模型箱(7)为顶端及底端开口的箱体；所述的两侧挡板(1)包括两块对称布置的由竖直长翼板及水平短翼板组成的倒T型挡板(1a)，两竖直长翼板均位于可视化模型箱(7)内且竖直长翼板的两宽度边均与可视化模型箱(7)内壁贴合使得可视化模型箱(7)内壁与两竖直长翼板共同构成用于容纳标准砂(6)的容砂空间；两水平短翼板位于可视化模型箱(7)底端且位于垫块(4)之上，两水平短翼板内端的顶部均通过螺栓(1c)固定有代替桩的钢板(8)，代替桩的钢板(8)的两长度边与可视化模型箱(7)内壁贴合；两水平短翼板底部均通过螺栓(1c)固定有用于共同承载脱料板(5)的水平旋转板(1b)，所述脱料板(5)位于两水平短翼板的内端之间且位于容砂空间的底部；所述标准砂(6)的顶部设置有加载板(3)；所述的加载装置(2)包括设置于可视化模型箱(7)上方的用于对加载板(3)施力的千斤顶(2c)。

2.根据权利要求1所述的抗滑桩土拱效应演化机理可视化模型试验装置，其特征在于：所述的可视化模型箱(7)为由四块透明的有机玻璃拼接而构成的顶端和底端开口的长方体结构，且有机玻璃的连接处用防水胶进行密封。

3.根据权利要求1所述的抗滑桩土拱效应演化机理可视化模型试验装置，其特征在于：所述的标准砂(6)采用福建平潭标准砂。

4.根据权利要求1所述的抗滑桩土拱效应演化机理可视化模型试验装置，其特征在于：所述每块水平短翼板底部均固定有两块水平旋转板(1b)，四块水平旋转板(1b)共同支撑脱料板(5)。

5.根据权利要求1所述的抗滑桩土拱效应演化机理可视化模型试验装置，其特征在于：所述的加载装置(2)包括下部结构(2a)、上部结构(2b)及千斤顶(2c)，所述的下部结构(2a)包括四边形的底面及设置于底面四角的竖直向上的钢管，所述垫块(4)设置于底面上表面；上部结构(2b)包括四边形的顶面及设置于顶面四角的竖直向下的钢管；竖直向下的钢管对应插入竖直向上的钢管中并以销钉进行固定，所述千斤顶(2c)倒置于顶面的下表面。

6.根据权利要求1所述的抗滑桩土拱效应演化机理可视化模型试验装置进行试验的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、准备试验材料和器材

准备可视化模型箱(7)、两侧挡板(1)、加载装置(2)、标准砂(6)、垫块(4)、脱料板(5)、加载板(3)、代替桩的钢板(8)以及数码相机；

步骤二、组装土拱效应演化机理可视化模型试验装置

将两块垫块(4)放在加载装置(2)下部结构(2a)的底面上，每块垫块(4)上分别放置两侧挡板(1)，调整两侧挡板(1)之间的距离，将可视化模型箱(7)套在两竖直长翼板外侧使得可视化模型箱(7)内壁与两竖直长翼板共同构成用于容纳标准砂(6)的容砂空间，旋转两侧挡板(1)底部的旋转板(1b)，将脱料板(5)放在旋转板(1b)上；

步骤三、建造土拱效应演化机理分析模型

将标准砂(6)倒入容砂空间中，直至可视化模型箱(7)内填土达到设计高度，整平土体，加载板(3)放在整平后土体之上，将加载装置(2)的上部结构(2b)固定于下部结构(2a)上；

步骤四、开始试验

通过施加千斤顶(2c)，将荷载通过加载板(3)分级作用在土体上，旋转底部旋转板(1b)使脱料板(5)脱落，用数码相机分别拍摄试验过程中各级荷载下可视化模型箱侧标准砂的图像，加载直至可视化模型箱(7)内土体坍塌破坏；

步骤五、调整两侧挡板(1)间距、代替桩的钢板(8)的宽度、砂土密实度参数，重复上述步骤三、步骤四，以实现多因素影响下的土拱效应演化分析；

步骤六、试验结果分析

试验加载结束后，通过图像处理软件对试验过程中数码相机所拍摄的图像进行分析，得到多因素情况下土拱演化过程中的桩周土的位移场和剪应变场。