[发明专利]桥梁基础水平受荷试验装置及试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种桥梁基础水平受荷试验装置及试验方法，属于桥梁基础实验研究领域。

背景技术

国内外跨海大桥建设日渐增多，出现了许多新型的大型桥梁基础形式。这些基础形式大多缺乏理论研究基础，现场实验也很难开展。因而，工程界普遍采用模型试验进行研究。而且，目前国内外的研究着重于宏观力学方面，从细观角度基于土体、基础与土体相互作用的细观根本机理的研究处于欠缺状态。

传统基础的模型试验一般量测基础的位移和力的变化，通过建立力与位移之间的关系进行研究，该宏观方法需要很好的数学推理能力和三维空间想象能力，且该方法不够直观形象，非专业领域人员的理解会有一定的难度。所以，如何让模型试验变得更加直观形象，让人一目了然的看出土体的变化显得尤为重要。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种桥梁基础水平受荷试验装置及试验方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的桥梁基础水平受荷试验装置，包括试验槽、试验用土和桥梁基础模型，所述试验槽为上部开口的荷载模型箱，所述试验用土填充于试验槽内，所述桥梁基础模型嵌于试验用土中，还包括配重块、土压力盒和百分表，所述配重块通过滑轮向桥梁基础模型施加长期荷载，所述土压力盒置于桥梁基础模型受力侧的试验用土中，所述百分表用于测量桥梁基础模型的倾覆、转动和平动。

作为优选，所述土压力盒布置于桥梁基础模型的正前方、各成45°夹角的左前侧和右前侧。

作为优选，取沿全模型对称轴分开的半模型，所述试验槽侧壁为透明面，在垂直于透明面中轴线的试验槽外架设有用于PIV拍摄的数码相机。

作为优选，所述试验用土中夹杂有层状彩砂。

作为优选，还包括土体位移测量装置，所述土体位移测量装置包括竖直嵌入试验用土中的挡土圆片，所述挡土圆片与试验槽外的百分表连接。

本发明同时提出上述应用实验装置的桥梁基础水平受荷试验方法，包括以下步骤：

1）对测试元件进行设置、校正；

2）在试验槽中布置试验用土，分层摊铺彩砂并注水形成饱和砂土；

3）在试验用土中布置基础模型，视具体模型形式确定是边铺边埋置模型还是先铺砂土再埋模型；

4）在铺设砂土的过程中，在设计高度将土压力盒埋置在砂土内部和基础模型壁上；

5）采用连续加载法进行加、卸载实验；

6）对试验测得的数据进行数据处理，得出相关结论。

其中所述连续加载法的加、卸载实验包括以下步骤：

1）每级加载量是预估最大荷载的1/10，分10级加载，其中预估最大荷载通过预实验确定；

2）加载的前5级荷载每级维持4小时，分别在5min、15min、30min、60min、2h、4h各测读一次，然后进入下一级荷载；

3）加载的后5级荷载每级维持1天，分别在5min、15min、30min、60min、2h、4h、8h、24h各测读一次，然后进入下一级荷载；

4）最后一级荷载持续20天，每天读一次数据；

5）卸载每天卸载一级，分别在5min、15min、30min、60min、2h、4h、8h、24h各测读一次；

6）重复试验，卸载完成后撤除所有测点，提升模型取出所有扰动土层，返回步骤1）重复试验。

为了测量土压力、土体位移及基础模型倾覆、转发和平动等宏观特性，上述试验方法的优选方式之一是采用宏观观测全模型试验：所述步骤2）试验时将试验用彩砂进行分层摊铺，每层厚度5公分，根据设计相对密实度、最大孔隙比、最小孔隙比、土颗粒比重、每层的体积计算出每层土的重量，使用室内轻型压实仪进行多遍夯实，直至土面达到设计高度，每隔一定的高度铺设一层单色砂便于肉眼宏观观察；如此反复，铺设每层土层，装土完成后静置10min以上，以保证每次试验样本的均一性，最后向试验槽里注水，使水没过土层表面，形成饱和砂土。。

为了分析颗粒位移、旋转和局部孔隙率等细观机理，上述试验方法的另一种优选方式是采用PIV摄像半模型试验：

所述试验槽的一侧壁为透明面；

所述步骤2）中在紧贴有透明内壁铺设大量不同颜色的彩砂以便拍摄观察；

所述步骤3）中基础模型侧壁紧贴玻璃内壁；

在加、卸载实验过程中还包括以下操作：

在试验进程中设置相机每隔30min对指定区域进行一次拍摄；