[发明专利]可用于研究循环移动荷载作用下地基力学行为的试验系统

说明书

本发明涉及一种可用于研究循环移动荷载作用下地基力学行为的试验系统,包括：刚性模型箱、反力架、基础模拟子系统、静‑动耦合荷载加载子系统、图像采集子系统和数据控制与采集子系统，与现有技术相比，本发明系统可以在试验前先借助辅助钢板施加前期固结压力，土体沉降稳定后对土体施加一个较小竖向荷载(或相同大小竖向荷载)，待土体变形稳定，此过程可以得到不同深度具有不同OCR的地基土体，设置三个独立控制的电液伺服作动器存在一定的相位差，以模拟荷载的移动性，可以实现地基土体单元主应力轴旋转这一要求。并通过改变循环荷载的频率，实现模拟不同速度移动荷载的施加。

技术领域

本发明涉及一种研究地基力学行为的试验系统，尤其是涉及一种可用于研究循环移动荷载作用下地基力学行为的试验系统。

背景技术

随着社会经济的发展和城市化进程的加快，各种基础设施得以广泛建设，同时也带来了目前理论无法解决的岩土工程问题。其中地基土体、路基土体在循环移动荷载作用下的变形问题一直受到工程和研究人员的重视，包括波浪荷载、交通荷载作用下基础的长期变形稳定问题，地震及振动荷载引起的土体液化问题等。对于这些复杂岩土工程问题，目前主要通过试验进行研究，以指导工程建设。

地基土是典型的各向异性天然材料，其变形特性除了取决于应力主值大小，还很大程度上依赖于现场的应力主方向，而不同的岩土工程背景由于作用于地基基础的外荷载性质(加载方向及频率)不同，地基土将经历不同的偏应力路径。图1为两种典型的动载作用方式，其中图1(a)表示车辆荷载，即车辆由位置a移动到b在移动到c过程中，地基中土单元主应力方向分别将由a方向转为b方向再转为c方向。因此。对于土单元来说，a、b、c位置作用动载实际上存在特定的时间差，时间差与移动速度有关，试验模拟需借助存在相位差的三个等周期动载；相比较图1(b)可表示固定振动荷载。在振动过程中，a、b、c位置三个动载分别独立作用于土单元，且无相位差，即无移动效应。试验模拟，a、b、c位置分别施加相位相同的等周期动载即可，此时土单元应力主轴方向始终不变，此时与传统模型试验加载模式一致。

此外，由于人类活动、地基加固或地层剥蚀等因素，地基浅层土通常静力过加卸载的应力历史，这类土与正常沉积固结土力学性质有着显著不同，力学性能得到改善。室内试验模拟采用传统的自重固结土体模拟这类土体将大大低估地基的动力强度，与此同时，不同深度地基土应力历史水平(OCR)不同。因此，室内试验模拟必须考虑现场土体这种超固结力学效应。

与室内模型试验相比，现场试验耗费巨大，操作复杂，尤其是具有工程差异性，在试验过程中很难得到不同埋深与不同应力历史的土体作为研究对象，其试验结果不能科学地指导其他工程应用，因此，利用物理模型试验对循环交通荷载下超固结地基安定状态及长期变形特性的研究具有重要的工程应用价值。长期往复交通动载下，超固结地基应力主轴方向与大小发生耦合变化，这一复杂动载下地基的变形规律及其所依赖的力学机理在理论上存在诸多难题，导致运营期的沉降预测理论尚不完善，计算精度低，而传统的模型试验只能实现荷载的循环加载，无法模拟荷载的移动性，不能满足工程需要。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可用于研究循环移动荷载作用下地基力学行为的试验系统，综合考虑地基土埋深、应力历史以及循环荷载幅值、速度数目对地基土变形的影响，从而更有效地指导软土地基的工程设计。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种可用于研究循环移动荷载作用下地基力学行为的试验系统，包括：

刚性模型箱，用于装载土体并设有透明观察部位；

反力架，与刚性模型箱连接并固定在地面上，用于提供水平承载力和竖向承载力；

基础模拟子系统，铺设在土体上部；