[发明专利]桩承式路堤中平面土拱效应与多层加筋体拉膜效应研究试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及公路及铁路工程室内模型试验研究技术领域的试验装置，特别涉及一种测量桩承式路堤中平面土拱效应与多层加筋体拉膜效应研究的试验装置。

背景技术

桩承式路堤中，由于桩的强度远大于软土的强度，路堤填土层中会产生不均匀沉降，促使剪应变或者剪切面的产生，因此来自于路堤以及上部荷载的竖向应力会重新分布，使得传递到桩顶的竖向应力增加，而传递到软土的竖向应力会等量减少，这种由于不均匀沉降而引起的应力重分布的现象被定义为“土拱效应”。当有加筋体时，部分路堤荷载将作用在加筋材料上，通过加筋材料中的拉力再将荷载传递给桩顶，这称为“拉膜效应”。桩承式路堤因其有着施工速度快、沉降控制容易，并且适用于各种地质条件的优点，已越来越广泛地应用于软土地基处理中。目前室内试验中，采用水袋模拟软土的固结，不能体现软土表面的不均匀沉降。且对于土拱效应的产生机理、加筋体和软土在桩承式路堤中的承载作用力都少有研究，因此，有必要提供一种新的土拱试验装置，能够更好的研究“土拱效应”和“拉膜效应”以及两者之间的相互耦合。

发明内容

本发明的目的在于提供一种桩承式路堤中平面土拱效应与多层加筋体拉膜效应研究的试验装置，以分析桩承式路堤中土拱效应产生机理、加筋体和软土的承载作用力。

桩承式路堤中平面土拱效应与多层加筋体拉膜效应研究试验装置，包括上下两层立方体模型槽，两层模型槽之间利用凹形卡槽进行连接；模型槽一面为带刻度线的钢化玻璃，其余面为钢制材料。其中，上层模型槽中放置砂土模拟路堤填料；下层模型槽放置钢质桩梁，桩梁周围填筑地基软土；软土表面放置单点位移计测量软土表面的沉降。在软土上方不同高度处四周焊接固定架，并固定带孔钢框架，从而固定多层加筋体四周边界，通过应变片测量加筋体的应变，并通过自制装置测量加筋体竖向变形，进而计算加筋体在桩承式路堤中的承载作用力。软土上方铺设隔砂层，防止填筑砂土的渗漏，路堤填土中分层放置土压力盒，以观察路堤填土竖向应力沿高度的分布规律；同时分层布置彩砂，以观察平面土拱中等沉面的位置。通过数码相机拍摄图片对比试验前后的变化。

所述的桩梁底部两侧焊接L型钢支座以保证桩在模型槽中竖直、稳定；桩帽为活动可装卸式，可变化尺寸大小。考虑到模型槽的边界效应，桩梁的布置满足：边缘桩的桩心与模型槽边界的距离为大于等于桩间距的一半；在钢质模型槽的周边铺设塑料薄膜，在钢化玻璃面涂抹凡士林，减小边界摩擦。

所述的地基软土采用尺寸为1cm³的软、硬质聚丙乙烯泡沫或海绵立方体颗粒来模拟。相比于没有考虑软土的试验装置，可以直观观察在路堤作用下软土表面的不均匀沉降。软土层表面相邻桩中心点处上方安置单点位移计测量泡沫颗粒层的最大竖向变形，通过室内压缩试验测量泡沫颗粒的无侧限模量。软土的竖向承载力可以用公式(E₀·δ_s)/h_s评估，其中h_s是软土的厚度；E₀是软土的压缩模量；δ_s为软土表面的最大沉降量。

所述软土上方不同高度处四周焊接固定架，该固定架用于固定带孔钢框架，带孔钢框架分别位于桩梁上方20mm，50mm和100mm，多层加筋体通过钢框架上的孔洞进行固定。所述的多层加筋体表面粘贴应变片，应变片连接模型槽外侧的数据采集仪，观察加筋体不同位置处的应变；在两相邻桩的中心点位置处，加筋体的上方固定PVC管，管内放置一根软质刻度线，软质刻度线一端固定在加筋体上，另一端伸出PVC管，并用轻质夹子将软质刻度线撑直，通过测量伸出PVC管的软质刻度线的尺度变化量确定加筋体的竖向变形，加筋体在桩承式路堤中的承载作用力可以用公式来评估，其中k为加筋体的刚度，δ_r为加筋体的最大竖向变形，l为桩梁净间距。