[发明专利]一种可灵活操作的三维土拱效应研究试验装置及操作方法

摘要

本发明公开了一种可灵活操作的三维土拱效应研究试验装置及操作方法，该装置包括模型槽、储砂箱、以及多种试验辅助装置，以保证试验的可操作性与准确性。本发明揭示路堤中竖向及水平向应力随路堤高度的分布规律，从而判断路堤填料处于主动或被动土压力状态，做出土拱轮廓线。通过变换路堤高度、桩间距、桩帽尺寸，分析路堤中应力状态的变化，从而研究桩承式加筋路堤中三维土拱效应的产生机理。在路堤不同高度处放置加筋体，分析多层加筋体对土拱效应产生促进或抑制作用，以确定加筋体的有效加固区域。通过彩砂的位置变化观察路堤填料的沉降云图，判断路堤填料的沉降变形大小与趋势，从而评估软土在桩承式加筋路堤中的竖向承载力。

主权项

1.一种可灵活操作的三维土拱效应研究试验装置，其特征在于：试验装置由模型槽（1）、路堤填筑辅助装置、彩砂铺设辅助装置、路堤填土上平面整平辅助装置、以及土压力盒安放辅助装置组成；其中，所述模型槽（1）呈立方体型，其中一侧面为透明材料制成的观察面，与观察面相邻的左右两侧面上分别设有排砂口（8），且排砂口（8）上装有排砂口闸门（9），与观察面相对的后侧面上设有试验操作门（18），所述试验操作门（18）为多层带有把手的钢板门上下排布拼接形成，所述模型槽（1）内上层放置用于模拟路堤填料的砂土，且砂土内设有若干个土压力盒，下层放置方桩（2），方桩（2）顶端上设有桩帽（3），方桩（2）下部周围设有方桩支座（4），方桩（2）桩体周围填筑用于模拟地基软土的泡沫颗粒（5），且上层与下层之间设有防止模拟路堤填料的砂土漏进模拟地基软土的隔砂层（13），模型槽（1）中包括至少一层加筋体（6），所述每层加筋体（6）左右两侧及后侧分别设有带孔洞的钢框架（15），且加筋体（6）的边界固定于钢框架（15）的孔洞中，所述钢框架（15）通过固定架（16）固定于模型槽（1）的内壁上，所述加筋体（6）位于隔砂层（13）上方，且其表面上均匀设有若干个应变片（12）；所述模型槽（1）外接有储砂箱（7），储砂箱（7）环绕模型槽（1）外部左侧、右侧和后侧，且储砂箱（7）上方设置盖板，模型槽（1）和储砂箱（7）棱边内外设有刻度尺；所述路堤填筑辅助装置包括一个带螺旋型轨道的平面框架（20）和可放置在轨道上沿轨道移动的填筑漏斗（19），所述填筑漏斗（19）上设有控制砂土的下落速度的开关阀门，填筑漏斗（19）上有滚轮，滚轮可沿着螺旋型轨道上移动，平面框架（20）可活动架于模型槽（1）上；所述彩砂铺设辅助装置包括一个直线型轨道横梁（27）和可放置在轨道上移动的铺设漏斗（28），铺设漏斗中可放置彩砂，铺设漏斗外周上有滚轮，滚轮可在直线型轨道上移动，铺设漏斗上设有控制彩砂的下落速度的开关阀门，直线型轨道横梁（27）可活动架于模型槽（1）上，借助彩砂铺设辅助装置将彩砂铺设在观测面处；所述路堤填土上平面整平辅助装置包括正方形格栅网（22）、高度控制柱（23）、垂直交叉的搭接横梁（21）与水平尺（24），其中高度控制柱（23）的下端与正方形格栅网（22）固定连接，且高度控制柱（23）与正方形格栅网（22）所在平面垂直，高度控制柱（23）与搭接横梁（21）活动连接，且高度控制柱（23）可沿着垂直方向上下移动，水平尺（24）固定在正方形格栅网（22）上，搭接横梁（21）可活动放置于模型槽（1）上；所述土压力盒安放辅助装置由两条互相垂直且可左右前后移动的可活动搭接横梁（26）和激光投射器（25）组成，激光投射器设于两条横梁相交处，且激光投射器的发射口竖直朝下，可活动搭接横梁（26）可活动架于模型槽（1）上。