[实用新型]冻土区工程结构基础水平荷载反应试验装置

说明书

本实用新型是冻土区工程结构基础水平荷载反应试验装置，包括组合式箱体、环境冷却系统、加载系统及数据测试系统四大部分。其特征是：①通过土体内置的冷却管和外接制冷设备之间制冷液的循环，实现了土体降温和冻结，能够有效模拟冻土环境。②本实用新型采用大容积、大尺寸的组合式箱体，箱体内可布置传感器的测点多，有效克服了现有模型试验由于土样尺寸小、试验系统功能有限的不足，且组合式箱体具备拆分和组合功能，移动运输方便，有效提高了室内模型试验效率。③本实用新型能够实现水平和竖向同步加载，通过地锚进行竖向加载可有效模拟较大的上部结构重量。试验箱体内部设置的保温材料既可以减少箱内的热量损失，提高降温冻结效果，还能够有效降低模型试验过程中的尺寸和边界效应。

技术领域

本实用新型涉及工程结构基础水平荷载反应试验技术领域，具体是指冻土区工程结构基础水平荷载反应试验装置，可有效模拟包括季节冻土和多年冻土在内的各类冻土环境并测试各类工程结构基础在冻土环境下的水平荷载反应。

背景技术

冻土在我国广泛分布，季节冻土（包括冻结深度大于0.45m的季节冻土在内）和多年冻土面积大约占我国总面积的70%，尤其在我国西部地区冻土全区域覆盖。近年来，随着我国“一带一路”和西部大开发国家战略的深入推进和实施，包括公路、铁路在内的基础设施建设不断向西部冻土区延伸，冻土的存在主要影响的是工程结构基础的荷载反应。因此，冻土环境下工程结构基础的荷载反应和工程稳定性逐渐得到了业界的关注。在一般荷载作用下，主要关注的是工程结构基础的竖向荷载反应，而特殊荷载作用下，例如地震作用，工程结构基础的水平荷载反应就显得极为重要。李永波等人在2012年发表于《岩土力学》的“冻融条件下模型桩基水平动力试验研究”表明，冻土环境与融土环境中工程结构基础在水平荷载作用下的荷载-位移关系等特征具有显著的差异，甚至位于同一冻土场地的工程结构，在不同季节、不同荷载作用下，其受力特性也会表现出较大差异。目前来说，关于冻土环境下工程结构基础的竖向荷载反应研究较多，而针对水平荷载反应的研究较为缺乏，所以，在冻土区进行大规模工程建设的背景下，对工程结构基础-冻土体系水平荷载反应的研究是十分有必要且迫切的。

水平荷载作用下工程结构基础-冻土体系受力过程是一个极其复杂的问题，目前国内外对此方面的研究甚少，缺乏相关理论支撑，因此试验研究仍是探寻冻土–基础相互作用机理的重要方法，其中包括室外原型或大比例试验和室内缩尺模型试验。室外试验虽能较准确地反映试验场地结构基础的受力性能，但受成本高、试验周期长、影响参数因素难以控制及试验场地条件等问题限制，难以大范围推广使用。而室内缩尺模型试验因其成本低、效率高且条件可控等优势得到了广泛应用。冻土具有温度敏感性，目前针对大型工程结构基础的大多数室内缩尺模型试验由于缺乏有效的温度控制措施，使得传统的试验装置无法准确模拟冻土环境，从而导致冻土区工程结构基础室内模型试验研究的发展出现了严重滞后。因此，发明冻土区工程结构基础水平荷载反应试验装置，对深入研究冻土区工程结构基础在水平荷载作用下的破坏特征及基础-冻土相互作用机理具有非常重要的意义。

发明内容

为实现准确的温度控制，以便进行冻土环境下工程结构基础的水平荷载反应试验研究，本实用新型旨在提供冻土区工程结构基础水平荷载反应试验装置。该装置能够测试位于冻土环境下的结构基础在水平荷载下的多种反应值，包括土体温度、土压力、基础应变等变量，且数据存储和采集实现了自动化。本实用新型所采用的技术方案是：