[发明专利]一种土拱试验箱及土拱试验方法

说明书

本发明公开了一种土拱试验箱及土拱试验方法，其中，土拱试验箱包括箱体，所述箱体内部设有用于填装土样的土拱试验舱，土拱试验舱的顶壁以及至少一侧壁为活动板，设有向各活动板施加朝向土拱试验舱压力的加压系统，侧壁的活动板上转动定位安装有变径拱具，所述变径拱具为水平布置的柱体，且该柱体的横截面的至少一部分轮廓为螺线。本发明提供的土拱试验箱结构简单，便于观察，依据对称原理对装置结构进行了简化，有效降低了土拱试验箱的自重，土拱试验方法操作简单，结果准确。

技术领域

本发明涉及土力学工程领域，具体涉及一种土拱试验箱及土拱试验方法。

背景技术

土拱效应是自然界中十分常见的一种现象。在岩土工程中，土拱的形成是指在外力作用下土体产生不均匀位移，从而发挥自身强度以抵抗外力作用的结果。桩后土体的土拱效应是分离布置桩中最重要的力学现象，认识桩后土体的土拱效应，对于掌握桩后土体的应力传递规律、桩周土体的塑性区发展趋势、确定合理的桩间距和桩的极限承载力、以及分析桩土相互作用机理并指导抗滑桩设计等方面具有重要的理论和工程意义。

桩间土拱的稳定性，直接影响到抗滑桩设计的成败，对于抗滑桩桩后土体的土拱效应问题，国内外很多学者通过建立理论或数值模型对其进行了研究并取得了一定的成果。但是，这些模型都有一些前提假设条件，对于界面接触、边界条件、收敛等方面还存在着不足，因而目前对于桩间土拱效应的机理及影响因素还没有形成统一的认识。

土拱效应从概念的提出到理论发展已经历了一个多世纪，由于没有系统成熟的理论方法来指导，因而在实际设计工作中对于布桩的设计参数还停留于依靠经验的阶段，其中拱脚的存在形式、拱形及拱体的几何参数和拱体的微观特性，以及土体自身性质对其发育的影响程度还需要进一步系统的进行分析和论证。

目前的土拱试验箱体大多数结构复杂，部件繁多而导致使用不便。此外，在进行不同参数分析，(如：设置不同桩径、桩距时)需要调整较多部件而耗时过长。

发明内容

本发明提供了一种土拱试验箱及土拱试验方法，主要用于分析桩土相互作用机理，进而为抗滑桩设计提供指导。

一种土拱试验箱，包括箱体，所述箱体内部设有用于填装土样的土拱试验舱，土拱试验舱的顶壁以及至少一侧壁为活动板，设有向各活动板施加朝向土拱试验舱压力的加压系统，作为侧壁的活动板上转动定位安装有变径拱具，所述变径拱具为水平布置的柱体，且该柱体的横截面的至少一部分轮廓为螺线。

土拱结构为对称结构，本发明提供的土拱试验箱依据土拱的对称原理做了简化，仅模拟半个土拱结构，以变径拱具为桩体，桩体与相对的土拱实验舱侧壁之间形成半个土拱结构，由此降低土拱试验箱的自重，同时不影响土拱形成的效果。

土拱试验舱除去活动的顶壁和侧壁外，其余舱壁可由箱壁兼做。所述土拱试验舱的底部可以为开放结构，在使用时，以地面或其他平面作为底板。土样由土拱试验舱的顶部途径变径拱具进入土拱试验舱内。

作为优选，所述土拱试验舱的顶壁为竖直活动板，一侧壁为水平活动板，所述加压系统包括向竖直活动板施加向下压力的竖直加压系统，以及向水平活动板施加朝向土拱试验舱压力的水平加压系统。

所述竖直活动板沿竖直方向运动，通过竖直加压系统向土拱试验舱内的土样施加向下的压力。所述水平活动板沿水平方向运动，起到调整桩间距的作用，同时由水平加压系统施加朝向土拱试验舱的压力。

所述竖直加压系统至少为两个，竖直加压系统的施力点均匀分布在竖直活动板上。所述水平加压系统至少为两个，水平加压系统的施力点均匀分布在水平活动板上。所述竖直加压系统和水平加压系统均可以采用油压千斤顶。

作为优选，所述箱体内部设有与竖直活动板相配合的竖直导轨，以及贯穿土拱试验舱且与水平活动板相配合的水平导轨。通过竖直导轨和水平导轨对竖直活动板和水平活动板的运动起到导向作用。