[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

说明书

本发明涉及一种抗滑桩土拱效应演化机理可视化模型试验装置和试验方法,该装置包括可视化模型箱、加载装置、标准砂、两侧挡板、脱料板、加载板、代替桩的钢板、垫块以及设置于可视化模型箱外的数码相机；通过加载装置，将荷载通过加载板分级作用在土体上，旋转底部旋转板使脱料板脱落，加载直至可视化模型箱内土体坍塌破坏；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；通过本发明可以更加方便、直观地通过可视化模型试验研究土体在外荷载作用下的桩周围土体变形及发展规律。

技术领域

本发明属于岩土工程和地质工程技术领域，涉及一种模型试验装置和试验方法，具体涉及一种抗滑桩土拱效应演化机理可视化模型试验装置和试验方法。

背景技术

土拱效应是抗滑桩用于边坡加固等岩土工程问题的最主要的加固机理。土拱效应的作用范围直接关系到土拱的传力特征和抗滑桩支护的成败。自太沙基通过活动门试验证明土拱效应存在以后，国内外学者通过现场试验或数值模拟软件对土拱效应做了大量的研究，得出了诸多土拱的形成及演化的结论。但是目前关于土拱效应演化过程的可视化模型试验缺乏深入研究，更缺乏不同因素对抗滑桩土拱效应桩周土颗粒运动演化影响规律及对土体剪应变集中带的变形破坏影响规律试验研究成果。

综上所述，目前在土拱效应演化机理研究中还存在着诸多未知，而本发明提供了一种土拱效应演化机理可视化模型试验装置及试验方法，可以更加方便、直观地通过可视化模型试验研究抗滑桩土拱效应桩周土颗粒运动演化规律及土拱效应形成、发展及破坏的演化过程，以及土体剪应变集中带的变形破坏规律，研究不同因素(桩宽、桩间距、砂土密实度)影响下的土拱效应演化规律。

发明内容

为解决现有的对于土拱效应演化物理试验中存在的不可视化问题，本发明提供一种抗滑桩土拱效应演化可视化模型试验装置及试验方法。

为实现上述技术目的，本发明可以通过以下技术方案来实现：抗滑桩土拱效应演化机理可视化模型试验装置，包括可视化模型箱、加载装置、标准砂、两侧挡板、脱料板、加载板、代替桩的钢板、垫块以及设置于可视化模型箱外的数码相机；所述的可视化模型箱为顶端及底端开口的箱体；所述的两侧挡板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，两竖直长翼板均位于可视化模型箱内且竖直长翼板的两宽度边均与可视化模型箱内壁贴合使得可视化模型箱内壁与两竖直长翼板共同构成用于容纳标准砂的容砂空间；两水平短翼板位于可视化模型箱底端且位于垫块之上，两水平短翼板内端的顶部均通过螺栓固定有代替桩的钢板，代替桩的钢板的两长度边与可视化模型箱内壁贴合；两水平短翼板底部均通过螺栓固定有用于共同承载脱料板的水平旋转板，所述脱料板位于两水平短翼板的内端之间且位于容砂空间的底部；所述标准砂的顶部设置有加载板；所述的加载装置包括设置于可视化模型箱上方的用于对加载板施力的千斤顶。

数码相机设置于可视化模型箱的正视面，用于拍摄可视化模型箱箱侧标准砂的清晰图像。

所述的可视化模型箱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，可从各个角度直接观测箱内试验现象，且有机玻璃的连接处用防水胶进行密封。

所述的标准砂采用福建平潭标准砂。该标准砂质量稳定且可用于可视化试验中砂土颗粒的变形量测。

所述每块水平短翼板底部均固定有两块水平旋转板，四块水平旋转板共同支撑脱料板。

所述的加载装置包括下部结构、上部结构及千斤顶，所述的下部结构包括四边形的底面及设置于底面四角的竖直向上的钢管，所述垫块设置于底面的上表面；上部结构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，所述千斤顶倒置于顶面的下表面。

根据上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，包括以下步骤：

步骤一、准备试验材料和器材