本發(fā)明屬于巖土工程中樁基模型試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種樁基模型試驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)側(cè)向土壓力的裝置及其方法。

背景技術(shù)：

樁基工程問題中，自重產(chǎn)生的應(yīng)力場常對樁體結(jié)構(gòu)及周圍介質(zhì)的變形、強(qiáng)度和穩(wěn)定性起主導(dǎo)作用。而在考慮自重的相似材料模擬試驗(yàn)中，必須使模型試驗(yàn)與原型在材料強(qiáng)度、容重、幾何尺寸、變性性質(zhì)、應(yīng)力狀態(tài)等方面都相似，且各相似比之間要滿足一定的約束條件，要同時滿足這些相似條件很困難。為了得到特定的應(yīng)力場，一般采用離心機(jī)試驗(yàn)的方法，但是在樁基模型試驗(yàn)中，為了真實(shí)反映實(shí)際的樁土相互作用、樁側(cè)注漿效果等，模型試驗(yàn)的縮尺比例較小，使模型尺寸較大、重量較重，此時離心機(jī)的動力能力達(dá)不到試驗(yàn)的要求，而土體中的側(cè)向土壓力對于樁土之間的摩擦作用、樁土膠結(jié)面的形狀具有重要影響，若無法得到實(shí)際應(yīng)力場，這樣的試驗(yàn)結(jié)果很難用來評價工程原型的實(shí)際力學(xué)行為和工程特性。

因此，研制一種不需要離心機(jī)，同樣可以實(shí)現(xiàn)實(shí)際側(cè)向土壓力場的方法及裝置，對于樁基模型試驗(yàn)的發(fā)展具有重要作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供一種樁基模型試驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)側(cè)向土壓力的裝置及其方法，不需要離心機(jī)，同樣可以實(shí)現(xiàn)實(shí)際側(cè)向土壓力場。

為了解決上述問題，本發(fā)明按以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：一種樁基模型試驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)側(cè)向土壓力的裝置，包括模型箱、模型樁、多塊側(cè)壓傳遞板、多個加壓設(shè)備和多個土壓力傳感器，所述模型樁、側(cè)壓傳遞板、加壓設(shè)備和土壓力傳感器置于所述模型箱內(nèi)；所述側(cè)壓傳遞板的一邊與所述模型箱的側(cè)壁活動連接，所述模型箱的相鄰兩個側(cè)壁上的側(cè)壓傳遞板咬合相接，所述加壓設(shè)備設(shè)在所述模型箱的側(cè)壁與所在側(cè)壁上的所述側(cè)壓傳遞板之間；所述模型樁置于所述側(cè)壓傳遞板圍設(shè)的空間中，所述土壓力傳感器設(shè)于所述模型樁上。

具體地，所述加壓設(shè)備為加壓氣囊。

進(jìn)一步，所述側(cè)壓傳遞板包括一組對邊，為咬合邊，所述咬合邊上交錯設(shè)有多個卯眼和多個榫頭，所述模型箱的相鄰兩個側(cè)壁上的側(cè)壓傳遞板通過所述卯眼和榫頭實(shí)現(xiàn)咬合。

具體地，所述側(cè)壓傳遞板的連接邊通過合頁與所述模型箱的側(cè)壁活動連接。

具體地，自所述側(cè)壓傳遞板的連接邊向其對邊的方向上，所述咬合邊的卯眼漸深。

進(jìn)一步，相鄰的加壓氣囊通過氣管相互連通。

具體地，所述土壓力傳感器于所述模型樁的軸向上間隔設(shè)置。

具體地，所述土壓力傳感器于所述模型樁的同一橫截面上等角度環(huán)繞設(shè)置。

一種樁基模型試驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)側(cè)向土壓力的方法，步驟如下：

S1，在模型箱內(nèi)，將側(cè)壓傳遞板敷貼在所述模型箱的側(cè)壁上，所述側(cè)壓傳遞板的一邊活動連接所述模型箱，所述模型箱的相鄰兩個側(cè)壁上的側(cè)壓傳遞板咬合相接；

S2，在所述模型箱的側(cè)壁與所在側(cè)壁上的所述側(cè)壓傳遞板之間設(shè)置加壓氣囊；

S3，把模型樁吊入模型箱內(nèi)；

S4，填土，并在所述模型樁上設(shè)置多個土壓力傳感器；

S5，對所述加壓氣囊充氣加壓，所述加壓氣囊抵頂側(cè)壓傳遞板，相鄰的側(cè)壓傳遞板加深咬合，并推擠所述模型箱內(nèi)的土體，使所述模型樁所受的側(cè)向土壓力增大；通過所述模型樁上的土壓力傳感器獲得土體的側(cè)向土壓力的反饋，通過調(diào)控所述加壓氣囊的壓強(qiáng)，調(diào)控所述土體的側(cè)向土壓力。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：1、本發(fā)明通過加壓設(shè)備和側(cè)壓傳遞板對土體施加側(cè)壓力，并運(yùn)用模型樁上的土壓力傳感器實(shí)時反饋側(cè)向土壓力大小，可精準(zhǔn)地模擬實(shí)際側(cè)向土壓力沿深度呈線性變化的狀態(tài)，并可以根據(jù)不同試驗(yàn)條件實(shí)現(xiàn)不同深度的側(cè)向土壓力場，這對于研究樁基試驗(yàn)中，樁土相互作用、樁側(cè)注漿效果、樁土膠結(jié)面形狀等問題具有關(guān)鍵影響；2、相鄰加壓氣囊的連通，有利平衡各氣囊的壓力，實(shí)現(xiàn)模型樁平均地受到各方向上的側(cè)向土壓力；3、通過在側(cè)壓傳遞板的兩咬合邊上設(shè)置斜向變化的卯眼和榫頭，實(shí)現(xiàn)在加壓過程中兩塊相鄰側(cè)壓傳遞板的相互匹配地嵌入與咬合，既可以避免相鄰側(cè)壓傳遞板移動過程中的相互阻擋，同時又可以防止模型箱中的土顆粒從側(cè)壓傳遞板的咬合處的縫隙中漏出。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中：

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的側(cè)壓傳遞板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明的另一側(cè)壓傳遞板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明的加壓氣囊布置圖。

圖5是本發(fā)明的加壓氣囊連接圖。

圖中：1-模型箱；2-側(cè)向傳遞板；3-加壓氣囊；4-模型樁；5-土壓力傳感器，21-連接邊；22-咬合邊；23-擺動邊；25-合頁；27-卯眼；28-榫頭；34-氣管。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實(shí)施例

如圖1～圖5所示，本實(shí)施例所述的樁基模型試驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)側(cè)向土壓力的裝置，包括模型箱1、四塊側(cè)壓傳遞板2、四個加壓氣囊3模型樁4、和多個土壓力傳感器5。模型樁4、四塊側(cè)壓傳遞板2、四個加壓氣囊3和多個土壓力傳感器5置于模型箱1中，土體填充模型箱1內(nèi)的空間。

其中，如圖2和圖3所示，圖2和圖3是相互匹配咬合的側(cè)壓傳遞板2。所述側(cè)壓傳遞板2為一方形板體，具有四條邊，分別為連接邊21、咬合邊22、擺動邊23和另一條咬合邊22。同一側(cè)壓傳遞板2上，連接邊21和擺動邊23為一組對邊，兩條咬合邊22為一組對邊。連接邊21上設(shè)有合頁25，咬合邊22上設(shè)有多個榫頭28和多個卯眼27，榫頭28和卯眼27交錯設(shè)置。而且，自連接邊21向擺動邊23方向上，咬合邊22的卯眼27漸深，具體是，越靠近擺動邊23的卯眼27的深度越大，越靠近連接邊21的卯眼27的深度越小。所述四塊側(cè)壓傳遞板2與模型箱1的四個側(cè)壁一一對應(yīng)，側(cè)壓傳遞板2的連接邊21通過合頁25活動連接模型箱1的側(cè)壁，使側(cè)壓傳遞板2可以繞其連接邊21轉(zhuǎn)動。相鄰的側(cè)壓傳遞板2通過咬合邊22相互連接，側(cè)壓傳遞板2的擺動幅度受限于咬合邊22上的卯眼27的大小。

所述四個加壓氣囊3與四塊側(cè)壓傳遞板2一一對應(yīng)，加壓氣囊3置于模型箱1的側(cè)壁與所在側(cè)壁上的側(cè)壓傳遞板2之間。相鄰的加壓氣囊3通過氣管34相互連通。

所述模型樁4豎立于模型箱1的中心，具體為四塊側(cè)壓傳遞板2所圍設(shè)的空間。模型樁4的側(cè)壁上軸向等距離地設(shè)置多個土壓力傳感器5。模型樁4的同一橫截面上，多個土壓力傳感器5等角度環(huán)繞設(shè)置。

本實(shí)施例所述的樁基模型試驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)側(cè)向土壓力的工作原理：通過對加壓氣囊3充氣加壓，加壓氣囊3抵頂側(cè)壓傳遞板2，側(cè)壓傳遞板2的擺動邊23向模型箱1內(nèi)部擺動，相鄰的側(cè)壓傳遞板2加深咬合，并推擠模型箱1內(nèi)的土體，使模型樁4所受的側(cè)向土壓力增大。通過觀察模型樁4上的土壓力傳感器5，控制加壓氣囊3充氣壓強(qiáng)，使土體的側(cè)向土壓力達(dá)到試驗(yàn)要求。

本實(shí)施例所述的樁基模型試驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)側(cè)向土壓力的方法，步驟如下：

S1，設(shè)置側(cè)壓傳遞板2，

在模型箱1的四個側(cè)壁各設(shè)一個側(cè)壓傳遞板2，側(cè)壓傳遞板2敷貼在模型箱1的側(cè)壁上，側(cè)壓傳遞板2通過其連接邊21上的合頁25活動連接模型箱1，相鄰的側(cè)壓傳遞板2通過其咬合邊22相互連接；

S2，設(shè)置加壓氣囊3，

在模型箱1的四個側(cè)壁各設(shè)一個加壓氣囊3，加壓氣囊3置于模型箱1的側(cè)壁與所在側(cè)壁上的側(cè)壓傳遞板2之間，相鄰的加壓氣囊3通過氣管34連通；

S3，設(shè)置模型樁4，

把模型樁4吊入模型箱1內(nèi)；

S4，填土，

向模型箱1分層填土密實(shí)，并在模型樁4上設(shè)置多個土壓力傳感器5，其中，模型樁4的側(cè)壁上軸向等距離地設(shè)有多個土壓力傳感器5，模型樁4的同一橫截面上，多個土壓力傳感器5等角度環(huán)繞設(shè)置；

S5，加壓氣囊3充氣，

對加壓氣囊3充氣加壓，加壓氣囊3抵頂側(cè)壓傳遞板2，相鄰的側(cè)壓傳遞板2加深咬合，并推擠模型箱1內(nèi)的土體，使模型樁4所受的側(cè)向土壓力增大；通過觀察模型樁4上的土壓力傳感器5，控制加壓氣囊3充氣壓強(qiáng)，使土體的側(cè)向土壓力達(dá)到試驗(yàn)要求。

可見，側(cè)壓傳遞板的擺動幅度受限于自身的卯眼大小，及相鄰兩塊側(cè)壓傳遞板的卯眼大小。本實(shí)施例為優(yōu)選實(shí)施例，自側(cè)壓傳遞板的連接邊向擺動邊方向上，咬合邊的卯眼梯度漸深，是為了在側(cè)壓傳遞板擺動時，相鄰兩塊側(cè)壓傳遞板能匹配相接。在其他實(shí)施例中，側(cè)壓傳遞板只要預(yù)留足夠的深度以滿足側(cè)壓傳遞板的擺動，同一咬合邊上的卯眼不限于梯度漸深的設(shè)置。而且，根據(jù)不同的土體要求，可以調(diào)整卯眼深度與榫頭的大小，以相鄰兩塊側(cè)壓傳遞板匹配咬合為準(zhǔn)。而本實(shí)施例中，通過在側(cè)壓傳遞板的兩咬合邊上設(shè)置斜向變化的卯眼和榫頭，實(shí)現(xiàn)在加壓過程中兩塊相鄰側(cè)壓傳遞板的相互匹配地嵌入與咬合，既可以避免相鄰側(cè)壓傳遞板移動過程中的相互阻擋，同時又可以防止模型箱中的土顆粒從側(cè)壓傳遞板的咬合處的縫隙中漏出。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明無需依賴離心機(jī)，不存在離心機(jī)試驗(yàn)方法的動力不足等缺陷，本發(fā)明通過氣囊和側(cè)壓傳遞板對土體施加側(cè)壓力，并運(yùn)用模型樁上的土壓力傳感器實(shí)時反饋側(cè)向土壓力大小，可精準(zhǔn)地模擬實(shí)際側(cè)向土壓力沿深度呈線性變化的狀態(tài)，并可以根據(jù)不同試驗(yàn)條件實(shí)現(xiàn)不同深度的側(cè)向土壓力場，這對于研究樁基試驗(yàn)中，樁土相互作用、樁側(cè)注漿效果、樁土膠結(jié)面形狀等問題具有關(guān)鍵影響。

再者，相鄰加壓氣囊的連通，有利平衡各氣囊的壓力，實(shí)現(xiàn)模型樁平均地受到各方向上的側(cè)向土壓力。

本實(shí)施例所述樁基模型試驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)側(cè)向土壓力的裝置及其方法的其它結(jié)構(gòu)參見現(xiàn)有技術(shù)。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，故凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何修改、等同變化與修飾,均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。