[发明专利]一种恒水头静荷载桩承式路基渗流侵蚀试验装置

说明书

本发明公开了一种恒定水头的可施加静荷载的桩承式路基渗流侵蚀试验装置，该装置由四个部分组成：土体渗流系统、供水系统、排水及收集系统、加载系统。所述土体渗流系统为箱型结构，箱内底部设置一根钢桩，钢桩两侧有可拆卸的可控沉降门，上部填土时沉降门下降，从而在土体内产生土拱效应，以模拟桩承式路基，并由多孔板分隔为右侧进水槽和左侧出水槽；本发明试验装置结构简洁，试验操作简易，在试验过程中可以模拟桩承式路基当中的土拱效应的形成，可以探究大部分桩承式路基渗透侵蚀的模拟试验问题。且可根据需要施加恒定的水头和静荷载，适用范围广，为渗流相关的科学研究工作提供方法和设备。

技术领域

本发明涉及的是一种交通岩土工程技术领域的试验模拟装置，特别是涉及一种用于桩承式路基渗流侵蚀研究方向的室内试验装置。

背景技术

近年来，由于厄尔尼诺现象的肆虐，暴雨引发的城市内涝等自然灾害直接影响了人们的生产生活。大坝、基坑和路基等重要建筑物在暴雨作用下处于长期高水头渗流的恶劣环境，容易引发不均匀沉降、塌陷甚至结构破坏等损害。目前渗流侵蚀试验通常是在圆柱形渗流仪中进行，仅能够对单元体的渗流侵蚀特性进行分析，而不能得出贴近工程实际的模型试验的一般规律；

在实际工程当中，桩被打入地基当中，成为支撑路基上部结构的基础结构。在整个路基的服役时期当中，桩体和桩间土共同起到对上部结构的支撑作用。从填筑上部结构开始，荷载作用在桩和桩间土的复合结构上，由于桩体刚性大，桩间土刚性小，因此在相同的面荷载下桩间土会发生更大的沉降，而桩体的沉降则较小。因而在桩体和桩间土的分界面上将产生一个剪切带，其产生的剪切力往上传，最终在上部填料当中形成土拱结构。其宏观表现就是土拱拱脚始于刚性较大的桩体顶部，而桩间土为土拱内部。在一定程度范围内，土拱内部的沉降不会导致上部填料的表面发生沉降。但当应力水平上升时，土拱从拱脚发生破坏，从而改变土体的承载变形特性。

渗蚀作用其主要受到颗粒级配、孔隙分布、应力状态、水力梯度、上覆荷载等因素的影响。当试样中存在土拱效应时，其渗蚀发生的区域、速率、发展情况等等均会受到影响，与普通的均匀试验土样有着很大的区别。当渗蚀作用侵蚀了细颗粒之后，将直接改变土体的内部结构，从而引发土拱效应的应力重分布，这种重分布的特征就是拱脚的应力增大而拱体的应力减小。根据一些学者的研究，土拱是从拱脚开始破坏。土拱的瓦解，会导致土体表面发生不均匀沉降，引发严重后果。因此有必要同时研究土拱效应和渗蚀作用，以得出贴近工程实际的模型试验的一般规律。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种结构简洁、操作方便、能同时研究土拱效应和渗蚀作用的桩承式路基渗流侵蚀试验装置，可以提供恒定的进出口水头，施加稳定的静荷载，模拟桩承式路基的渗流侵蚀过程，可视化地进行模拟试验，得出在土拱效应下渗流侵蚀对桩承式路基的影响。

本发明采用的技术方案如下：

一种恒水头静荷载桩承式路基渗流侵蚀试验装置，由土体渗流系统、用于提供恒定水头的供水系统、用于排水和收集渗蚀排出的土体颗粒的排水及收集系统和用于提供静荷载的加载系统组成，所述土体渗流系统包括模型箱、孔压计和土压力盒，模型箱内部通过分隔板将模型箱分隔为进水槽、填土室和出水槽；填土室底部设置有一钢桩，钢桩两侧安装有可控沉降门，所述可控沉降门由海绵和固定在海绵顶上的刚性板组成；上部填土时沉降门下降，从而在土体内部产生土拱效应，以模拟桩承式路基结构；进水槽侧面顶部设有进水口，进水口与供水系统的出水管道相连；出水槽底部设有出水口，出水口与排水及收集系统相连；加载系统固定在模型箱顶部。

进一步地，所述供水系统包括储水箱和用于测定测量水头高度的液位计，储水箱侧面顶部设有一防溢水出口，底部设有储水箱出水口，储水箱出水口与进水槽进水口通过管道连接，管道上设有一进水阀门。通过控制水箱内部的液面高度可以调节不同的恒定水头，防溢水出口连接水管至集水桶，防止试验过程中储水箱水液面太高导致水溢出。