專利名稱：一種模擬復(fù)雜荷載條件下樁承式路堤模型試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及道路工程中的地基處理技術(shù)領(lǐng)域中的一種模型試驗(yàn)裝置，特別涉及一種模擬復(fù)雜荷載條件下樁承式路提模型試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
我國幅員遼闊，地質(zhì)條件復(fù)雜，特殊地基處理是公路(鐵路)建設(shè)中的關(guān)鍵問題之一。建于東南沿海地區(qū)的高速公路(鐵路)地基經(jīng)常遇到飽和軟粘土的不良地質(zhì)條件。軟土的物理、力學(xué)性質(zhì)很差，具有高含水量、高壓縮性、低強(qiáng)度、強(qiáng)結(jié)構(gòu)性等特點(diǎn)，在工程實(shí)踐中必須采取行之有效的地基處理方法進(jìn)行處治。樁承式路提因其施工速度快、施工質(zhì)量易于控制、沉降及工后沉降小和處理深度大等突出優(yōu)點(diǎn)而在新建高速公路軟基處理、公路拓寬工程和高速鐵路地基處理中得到較多的應(yīng)用，但目前對該課題的理論研究還滯后于工程實(shí)踐的需要，尤其是在交通荷載作用下路提樁承載特性、路提變形規(guī)律以及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法上面亟待深入分析研究，模型試驗(yàn)是開展這方面研究的重要手段。樁承式路提常采用下述形式在剛性樁的樁頂澆注一個(gè)獨(dú)立的樁帽，增加承受路提荷載的面積，將大部分荷載通過其中的土拱效應(yīng)傳遞到樁體，再傳遞到下臥土層中；為了盡可能地將樁間距拉大，在上部填土和樁頂之間可以設(shè)置一層或多層水平材料以將更多的荷載傳遞到樁上，這種系統(tǒng)形式也有學(xué)者稱之為樁_網(wǎng)式復(fù)合地基或雙向復(fù)合地基。樁承式路提在交通荷載及路提自重作用下，樁間土上部土體和樁帽頂部土體的沉降差會(huì)使樁頂水平面上一定范圍內(nèi)路提填料產(chǎn)生應(yīng)力重分布，大主應(yīng)力方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)而大致平行于相鄰兩樁帽之間的圓拱形鏈線，從而將此拱形區(qū)域內(nèi)的路提填料壓實(shí)，形成一個(gè)個(gè)拱狀的壓密殼體，將一部分樁間土上部的路提重量傳遞在樁帽上。這一現(xiàn)象即是樁承式路提中的“土拱效應(yīng)”。Terzaghi最早研究了平面土拱效應(yīng)，采用活門拱試驗(yàn)驗(yàn)證了“土拱效應(yīng)”現(xiàn)象。要分析“土拱效應(yīng)”，首先必須確定土拱的拱軸形狀及拱體的幾何特征參數(shù)(作用范圍、外形及尺寸等)，Handy首次描繪出拱形為近似于懸鏈線的主應(yīng)力流線。目前對土拱形狀的假設(shè)主要有以下幾種=Terzaghi的平面土拱模型、Marston的等沉面計(jì)算模型、 Carlsson的楔形土拱理論、Low等的半圓形模型、普羅托奇雅闊諾夫的自然平衡拱理論及 Hewlett&Randolph的半球形模型等?；谝陨系幕炯僭O(shè)，一些學(xué)者對上述土拱理論進(jìn)行了改進(jìn)和修正。如陳云敏等從單樁等效處理范圍內(nèi)路提受力平衡出發(fā)，改進(jìn)了 Hewlett的空間土拱極限分析方法；陳福全等對Hewlett空間土拱效應(yīng)下塑性點(diǎn)出現(xiàn)在樁頂時(shí)的邊界條件作了改進(jìn)，得到改進(jìn)后的樁土荷載分擔(dān)比計(jì)算式。模型試驗(yàn)和現(xiàn)場測試是研究樁承式路提工作性狀最為有效的手段之一，但現(xiàn)場試驗(yàn)因其局限性難以獲得樁承式路提的全方位、全過程工作性狀資料。不少學(xué)者通過室內(nèi)模型試驗(yàn)對樁承式路提土拱效應(yīng)進(jìn)行了研究，取得了豐碩的成果。Hewlett&Randolph通過模型試驗(yàn)研究了路提中的空間土拱效應(yīng)，并基于極限平衡理論建立了求解土拱效應(yīng)的解析方法，但是其試驗(yàn)及理論計(jì)算方法沒有考慮路提中水平墊層的作用，也沒有分析樁承式路提的變形特點(diǎn)；Low等制作了平面土拱效應(yīng)試驗(yàn)裝置，研究了路提高度、樁梁間距對土拱效應(yīng)的影響，但沒有涉及路提變形對土拱效應(yīng)性狀的影響；Oriarme等采用與Low等相似的試驗(yàn)裝置，采用類比材料研究了土拱效應(yīng)，但類比材料與實(shí)際路提填料相差很大，因此試驗(yàn)所得結(jié)果可能難以直接應(yīng)用；詹永祥等進(jìn)行了樁板結(jié)構(gòu)路基動(dòng)力試驗(yàn)，但試驗(yàn)方案不同于樁承式路提的實(shí)際形式。

實(shí)用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有模型試驗(yàn)裝置的缺陷，本實(shí)用新型提供了一種模擬復(fù)雜荷載條件下樁承式路提模型試驗(yàn)裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采取的措施是一種模擬復(fù)雜荷載條件下樁承式路提模型試驗(yàn)裝置，包括試驗(yàn)槽和試驗(yàn)槽內(nèi)部設(shè)置的軟土層、路提填料和含有樁帽的樁，插入若干樁的軟土層的上面填有路提填料，路提填料中設(shè)置有加筋材料，路提填料的上方設(shè)置有加載系統(tǒng)，加載系統(tǒng)分為靜荷載加載系統(tǒng)和動(dòng)荷載加載系統(tǒng)，加載系統(tǒng)為電磁式激振器加載系統(tǒng)，路提填料中埋設(shè)有沉降儀，加筋材料中埋設(shè)有應(yīng)變計(jì)或微型拉力計(jì)，樁的側(cè)開槽內(nèi)貼有應(yīng)變片，樁帽上部、樁帽的下部及路提填料中部土體內(nèi)均埋設(shè)有土壓力計(jì)；所述樁的底部設(shè)置有控制彈簧；所述樁帽為裝配式；所述路提填料由經(jīng)過篩分的砂分層鋪撒夯實(shí)而成；所述試驗(yàn)槽的材質(zhì)為透明玻璃；所述樁和樁帽的材質(zhì)為有機(jī)玻璃；所述軟土層的材質(zhì)為軟土或硬質(zhì)塑料泡沫。本實(shí)用新型的有益效果可以分析不同的相對位移條件下，在不同的荷載作用下， 地基中變形和應(yīng)力分布的規(guī)律，得到樁承式路提的工作機(jī)理。

圖1、本實(shí)用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2、本實(shí)用新型裝置的軟土層俯視圖。
具體實(shí)施方式
一種模擬復(fù)雜荷載條件下樁承式路提模型試驗(yàn)裝置，包括試驗(yàn)槽7和試驗(yàn)槽7內(nèi)部設(shè)置的軟土層1、路提填料2和含有樁帽6的樁5，插入若干樁5的軟土層1的上面填有路提填料2，路提填料2中設(shè)置有加筋材料4，路提填料2的上方設(shè)置有加載系統(tǒng)3，加載系統(tǒng) 3分為靜荷載加載系統(tǒng)和動(dòng)荷載加載系統(tǒng)，加載系統(tǒng)3為電磁式激振器加載系統(tǒng)，施加不同頻率、不同幅值的循環(huán)荷載，在路提頂面設(shè)置荷載板，上面鋪設(shè)加載軌道，較真實(shí)地模擬動(dòng)荷載的作用，路提填料2中埋設(shè)有沉降儀，可以對不同的相對位移條件下的工況進(jìn)行試驗(yàn)， 加筋材料4中埋設(shè)有應(yīng)變計(jì)或微型拉力計(jì)，樁5的側(cè)開槽內(nèi)貼有應(yīng)變片，可以通過調(diào)整彈簧剛度，模擬端承樁和摩擦樁兩種樁型，樁帽6上部、樁帽6的下部及路提填料2中部土體內(nèi)均埋設(shè)有土壓力計(jì)；所述樁5的底部設(shè)置有控制彈簧8 ；所述樁帽6為裝配式，可以改變大
4小模擬不同工況的試驗(yàn)；所述路提填料2由經(jīng)過篩分的砂分層鋪撒夯實(shí)而成；所述試驗(yàn)槽7 的材質(zhì)為透明玻璃，便于觀測變形；所述樁5和樁帽6的材質(zhì)為有機(jī)玻璃；所述軟土層1的材質(zhì)為軟土或硬質(zhì)塑料泡沫。試驗(yàn)時(shí)，可對轉(zhuǎn)置分別施加靜載和循環(huán)周期荷載，分析不同工況下端承樁和摩擦樁樁承式路提體系，測試路提中心位置土體豎向應(yīng)力分布規(guī)律以及路提中典型斷面的沉降特征，觀測樁帽上下土體以及樁間土體的應(yīng)力變化規(guī)律；量測材料的受力和變形特性；觀測樁側(cè)阻力的分布特征；分別研究摩擦樁和端承樁情況下路提的土拱效應(yīng)、承載特性和變形特征。本實(shí)用新型的有益效果可以分析不同的相對位移條件下，在不同的荷載作用下， 地基中變形和應(yīng)力分布的規(guī)律，得到樁承式路提的工作機(jī)理。本領(lǐng)域內(nèi)普通的技術(shù)人員的簡單更改和替換都是本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種模擬復(fù)雜荷載條件下樁承式路提模型試驗(yàn)裝置，包括試驗(yàn)槽(7)和試驗(yàn)槽(7) 內(nèi)部設(shè)置的軟土層(1)、路提填料(2)和含有樁帽(6)的樁(5)，插入若干樁(5)的軟土層 (1)的上面填有路提填料(2)，路提填料(2)中設(shè)置有加筋材料(4)，路提填料(2)的上方設(shè)置有加載系統(tǒng)(3)，其特征在于加載系統(tǒng)(3)分為靜荷載加載系統(tǒng)和動(dòng)荷載加載系統(tǒng)，加載系統(tǒng)(3)為電磁式激振器加載系統(tǒng)，路提填料(2)中埋設(shè)有沉降儀，加筋材料(4)中埋設(shè)有應(yīng)變計(jì)或微型拉力計(jì)，樁(5)的側(cè)開槽內(nèi)貼有應(yīng)變片，樁帽(6)上部、樁帽(6)的下部及路提填料(2)中部土體內(nèi)均埋設(shè)有土壓力計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬復(fù)雜荷載條件下樁承式路提模型試驗(yàn)裝置，其特征在于所述樁(5)的底部設(shè)置有控制彈簧(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬復(fù)雜荷載條件下樁承式路提模型試驗(yàn)裝置，其特征在于所述樁帽(6)為裝配式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一權(quán)利要求所述的一種模擬復(fù)雜荷載條件下樁承式路提模型試驗(yàn)裝置，其特征在于所述路提填料(2)由經(jīng)過篩分的砂分層鋪撒夯實(shí)而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種模擬復(fù)雜荷載條件下樁承式路提模型試驗(yàn)裝置，其特征在于所述試驗(yàn)槽(7)的材質(zhì)為透明玻璃。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種模擬復(fù)雜荷載條件下樁承式路提模型試驗(yàn)裝置，其特征在于所述樁(5)和樁帽(6)的材質(zhì)為有機(jī)玻璃。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種模擬復(fù)雜荷載條件下樁承式路提模型試驗(yàn)裝置，其特征在于所述軟土層(1)的材質(zhì)為軟土或硬質(zhì)塑料泡沫。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種模擬復(fù)雜荷載條件下樁承式路堤模型試驗(yàn)裝置，包括試驗(yàn)槽(7)和試驗(yàn)槽(7)內(nèi)部設(shè)置的軟土層(1)、路堤填料(2)和含有樁帽(6)的樁(5)，加載系統(tǒng)(3)分為靜荷載加載系統(tǒng)和動(dòng)荷載加載系統(tǒng)，加載系統(tǒng)(3)為電磁式激振器加載系統(tǒng)，路堤填料(2)中埋設(shè)有沉降儀，加筋材料(4)中埋設(shè)有應(yīng)變計(jì)或微型拉力計(jì)樁(5)的側(cè)開槽內(nèi)貼有應(yīng)變片，樁帽(6)上部、樁帽(6)的下部及路堤填料(2)中部土體內(nèi)均埋設(shè)有土壓力計(jì)。本實(shí)用新型的有益效果可以分析不同的相對位移條件下，在不同的荷載作用下，地基中變形和應(yīng)力分布的規(guī)律，得到樁承式路堤的工作機(jī)理。
文檔編號(hào)E02D33/00GK202247966SQ20112026459
公開日2012年5月30日 申請日期2011年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月25日
發(fā)明者余闖, 蔡曉慶 申請人:余闖