本发明专利技术公开了桩承式路堤中平面土拱效应与多层加筋体拉膜效应研究试验装置，该装置分上下两层立方体模型槽，上层模型槽中放置砂土；下层模型槽放置底部带支座的桩梁，桩梁周围填筑泡沫或海绵颗粒模拟地基软土，在软土上方不同高度处放置加筋材料。在桩梁及软土表面上方不同高度处放置土压力盒，以揭示路堤中竖向应力沿路堤高度的变化规律；通过变化路堤高度、桩间距、桩帽尺寸，揭示桩承式路堤中土拱不产生、部分产生、完全产生机理。模型槽中心软土表面处放置单点位移计测量软土表面沉降，并借助PVC管测量多层加筋体的竖向变形，利用软土表面的最大沉降和加筋体最大竖向变形对比分析软土和多层加筋体在桩承式路堤中的竖向承载作用力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及公路及铁路工程室内模型试验研究
的试验装置，特别涉及一 种测量粧承式路堤中平面土拱效应与多层加筋体拉膜效应研究的试验装置。
技术介绍
粧承式路堤中，由于粧的强度远大于软土的强度，路堤填土层中会产生不均匀沉 降，促使剪应变或者剪切面的产生，因此来自于路堤以及上部荷载的竖向应力会重新分布， 使得传递到粧顶的竖向应力增加，而传递到软土的竖向应力会等量减少，这种由于不均匀 沉降而引起的应力重分布的现象被定义为"土拱效应"。当有加筋体时，部分路堤荷载将作 用在加筋材料上，通过加筋材料中的拉力再将荷载传递给粧顶，这称为"拉膜效应"。粧承式 路堤因其有着施工速度快、沉降控制容易，并且适用于各种地质条件的优点，已越来越广泛 地应用于软土地基处理中。目前室内试验中，采用水袋模拟软土的固结，不能体现软土表面 的不均匀沉降。且对于土拱效应的产生机理、加筋体和软土在粧承式路堤中的承载作用力 都少有研究，因此，有必要提供一种新的土拱试验装置，能够更好的研究"土拱效应"和"拉 膜效应"以及两者之间的相互耦合。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种粧承式路堤中平面土拱效应与多层加筋体拉膜效应 研究的试验装置，以分析粧承式路堤中土拱效应产生机理、加筋体和软土的承载作用力。 粧承式路堤中平面土拱效应与多层加筋体拉膜效应研究试验装置，包括上下两层 立方体模型槽，两层模型槽之间利用凹形卡槽进行连接；模型槽一面为带刻度线的钢化玻 璃，其余面为钢制材料。其中，上层模型槽中放置砂土模拟路堤填料；下层模型槽放置钢质 粧梁，粧梁周围填筑地基软土；软土表面放置单点位移计测量软土表面的沉降。在软土上方 不同高度处四周焊接固定架，并固定带孔钢框架，从而固定多层加筋体四周边界，通过应变 片测量加筋体的应变，并通过自制装置测量加筋体竖向变形，进而计算加筋体在粧承式路 堤中的承载作用力。软土上方铺设隔砂层，防止填筑砂土的渗漏，路堤填土中分层放置土压 力盒，以观察路堤填土竖向应力沿高度的分布规律；同时分层布置彩砂，以观察平面土拱中 等沉面的位置。通过数码相机拍摄图片对比试验前后的变化。 所述的粧梁底部两侧焊接L型钢支座以保证粧在模型槽中竖直、稳定；粧帽为活 动可装卸式，可变化尺寸大小。考虑到模型槽的边界效应，粧梁的布置满足：边缘粧的粧心 与模型槽边界的距离为大于等于粧间距的一半；在钢质模型槽的周边铺设塑料薄膜，在钢 化玻璃面涂抹凡士林，减小边界摩擦。 所述的地基软土采用尺寸为lcm3的软、硬质聚丙乙烯泡沫或海绵立方体颗粒来模 拟。相比于没有考虑软土的试验装置，可以直观观察在路堤作用下软土表面的不均匀沉降。 软土层表面相邻粧中心点处上方安置单点位移计测量泡沫颗粒层的最大竖向变形，通过室 内压缩试验测量泡沫颗粒的无侧限模量。软土的竖向承载力可以用公式（E。· δ s)/hs评估， 其中1^是软土的厚度；E。是软土的压缩模量；δ s为软土表面的最大沉降量。 所述软土上方不同高度处四周焊接固定架，该固定架用于固定带孔钢框架，带孔 钢框架分别位于粧梁上方20mm，50mm和100mm，多层加筋体通过钢框架上的孔洞进行固定。 所述的多层加筋体表面粘贴应变片，应变片连接模型槽外侧的数据采集仪，观察加筋体不 同位置处的应变；在两相邻粧的中心点位置处，加筋体的上方固定PVC管，管内放置一根软 质刻度线，软质刻度线一端固定在加筋体上，另一端伸出PVC管，并用轻质夹子将软质刻度 线撑直，通过测量伸出PVC管的软质刻度线的尺度变化量确定加筋体的竖向变形，加筋体 在粧承式路堤中的承载作用力可以用公式来评估，其中k为加筋体的刚度，δ 1^为 I V I ) 加筋体的最大竖向变形，1为粧梁净间距。 所述的土压力盒在软土中心上方以及粧梁上方，沿路堤填土高度方向每隔10c m 进行布置，土压力盒连接模型槽外侧的数据采集仪记录土压力的变化。路堤填料每隔5cm 之间布置彩砂，钢化玻璃上标注刻度线，用以观察路堤填土不同高度处砂土的不均匀沉降， 从而确定平面土拱中等沉面的位置。建立以路堤高度为纵坐标，土压力为横坐标的直角坐 标系。在该坐标系中，首先画出横坐标为yh的直线，其中γ为路堤填土的重度，h为路堤 的高度。将软土上方不同位置的点描绘在该直角坐标系中并连接成曲线，通过变化粧间距， 粧帽的尺寸，路堤的高度可以得到多条这样的曲线。通过比较不同曲线与直线yh的关系， 并根据填筑砂土的不均匀沉降得到土拱不产生、部分产生、完全产生时，路堤高度、粧间距、 粧帽尺寸之间的定量关系：当曲线与直线yh基本重合时，土拱没有产生；当曲线落在直线 yh的下方，并且在路堤填土表面存在差异沉降时，土拱部分产生；当曲线落在直线yh的 下方，并且在路堤填土中观察到等沉面时，土拱完全产生。 本专利技术的优点和效果在于：本专利技术可以揭示：路堤中竖向应力沿着路堤高度的变 化规律；土拱不产生、部分产生、完全产生时，路堤高度、粧间距、粧帽尺寸之间的定量关系； 平面土拱作用下路堤等沉面的位置；平面土拱作用下加筋体与软土的竖向承载作用力。【附图说明】 图1试验装置平面图； 图2试验装置剖面图； 图3粧梁示意图； 图4模型槽内部示意图； 图5钢框架示意图； 其中1为模型槽，2为粧梁，3为粧帽，4为粧梁支座，5为泡沫颗粒，6为单点位移 计，7为加筋体，8为PVC管，9为软质刻度线，10为土压力盒，11为钢化玻璃，12为应变片， 13为隔砂层，14为钢制插槽，15为钢框架，16为固定架，17为凹形卡槽，18为把手。【具体实施方式】： 粧承式路堤中平面土拱效应与多层加筋体拉膜效应研究试验装置模型槽（1) 分上下两层，两层模型槽的尺寸长，宽，高分别为900mmX900mmX650mm(如图1、2)。下层模 型槽（1)的底侧，左侧，右侧当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
桩承式路堤中平面土拱效应与多层加筋体拉膜效应研究试验装置，其特征在于：分为上下两层立方体模型槽，两层模型槽之间采用凹形卡槽进行连接；模型槽一面为带刻度线的钢化玻璃，其余面为钢制材料，其中，上层模型槽中放置砂土模拟路堤填料；下层模型槽放置钢质桩梁，桩梁底部两侧焊接L型钢支座保证桩梁在模型槽中竖直、稳定；桩帽为活动可装卸式，可变化尺寸大小；桩梁周围填筑地基软土，在软土表面放置单点位移计测量软土表面的沉降，在软土上方不同高度处四周焊接固定架，该固定架用于固定带孔钢框架，从而固定多层加筋体四周边界，在加筋体表面布置应变片并放置PVC管，地基软土表面上方铺设隔砂层，防止填筑砂土的渗漏；并沿路堤高度分层铺设土压力盒与彩砂；所述的PVC管内放置一根软质刻度线，软质刻度线一端固定在加筋体上，另一端伸出PVC管，并用轻质夹子将软质刻度线撑直，通过测量伸出PVC管的软质刻度线的尺度变化量确定加筋体的竖向变形，进而计算加筋体在桩承式路堤中的承载作用力。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：庄妍，崔晓艳，张永攀，王晓东，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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