[发明专利]一种基于渗流作用的被动桩土拱效应试验装置

说明书

本发明公开了一种基于渗流作用的被动桩土拱效应试验装置，包括被动桩桩土作用模拟系统和水循环系统，所述被动桩桩土作用模拟系统包括试验箱、移动支架、吊篮和配重，所述试验箱内放置土样和模拟桩用于模拟被动桩桩土作用环境，所述试验箱连接水循环系统，并通过所述水循环系统模拟渗流，所述试验箱设置在移动支架上，所述试验箱的一侧连接吊篮，所述配重放置在吊篮中，并通过增减所述吊篮内的配重模拟滑坡推力。本发明首次通过模拟在无水、饱水、渗流条件下土拱形成、发展、失效过程，揭示了在土拱效应中水土作用的机理，丰富了基坑支护和斜坡防治等方面的研究，补充了现有土拱效应在渗流作用下的相关方面理论。

技术领域

本发明涉及基坑、水利、交通和边坡等支挡工程技术领域，尤其涉及一种基于渗流作用的被动桩土拱效应试验装置。

背景技术

被动桩广泛应用于斜坡、边坡治理和基坑等工程支护中，其能发挥出色的挡土效果的原因便是土拱效应——桩后土体发生不均匀位移，土体中的下滑推力传至桩身，同时桩间土体被挤密。自1943年太沙基通过活动门试验证实土拱效应的存在以来，随着岩土工程领域不断的深入发展，与土拱效应有关的工程数据、实验和理论研究也越来越多。随着土拱理论的不断进步，研究成果也逐渐付诸实践，开始指导、优化工程应用，取得不错的应用效果。

土拱效应理论发展至今，已取得了很多优秀的成果，对工程实践亦起到积极指导的作用，但仍有许多值得深入探讨的问题。其一，即是土拱的“形态”，包括拱形、拱厚、拱脚形状等。其二，即是水的影响，许多地质灾害、工程事故中，如滑坡失稳、基坑支护失效等，皆与水有较大关系。渗流、管涌等水的不良影响导致的土体软化、土体结构强度降低，同样会使土拱效应减弱，限制被动桩挡土功能的发挥。

目前，关于土拱效应的研究主要建立在连续均匀介质上，而土体实质上是一种非连续、非均质的散粒体。同时，以往在关于渗流问题的研究中，大多基于连续介质假设，直接把渗流力的作用加在连续土体上进行分析。这与流体只在土体孔隙中流动的实际情况不符，对于考虑土颗粒与水相互作用的渗透机理有较大局限性。当渗流发生时，常常会引发严重的渗流破坏，即流土和管涌。发生管涌破坏时，土体中的细粒土随水流被带走，土骨架发生破坏；并且，细粒土随水在大颗粒孔隙中移动时，可能会淤堵孔隙，在淤堵处则会产生较大的渗透力，导致土体破坏。由于水对土体的影响巨大且作用机理复杂，需着重研究在饱水及渗流条件下的土拱效应。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种首次研究渗流对土拱效应的影响，完善土拱效应研究的基于渗流作用的被动桩土拱效应试验装置。

本发明的实施例提供一种基于渗流作用的被动桩土拱效应试验装置，包括被动桩桩土作用模拟系统和水循环系统，所述被动桩桩土作用模拟系统包括试验箱、移动支架、吊篮和配重，所述试验箱内放置土样和模拟桩用于模拟被动桩桩土作用环境，所述试验箱连接水循环系统，并通过所述水循环系统模拟渗流，所述试验箱设置在移动支架上，所述试验箱的一侧连接吊篮，所述配重放置在吊篮中，并通过增减所述吊篮内的配重模拟滑坡推力。

进一步，所述水循环系统包括水箱、支架、水桶和水泵，所述水箱设在支架上，所述支架的高度可调节，所述水箱上开有进水口、出水口和溢流口，所述进水口通过水泵连通水桶，所述水泵将水桶内的水通过进水口泵入水箱，所述溢流口连通试验箱的一侧，通过所述溢流口向试验箱内溢水模拟渗流，所述水桶放置在试验箱的另一侧下方，所述出水口连通水桶。