一种基于渗流作用的被动桩土拱效应试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于渗流作用的被动桩土拱效应试验装置，包括被动桩桩土作用模拟系统和水循环系统，所述被动桩桩土作用模拟系统包括试验箱、移动支架、吊篮和配重，所述试验箱内放置土样和模拟桩用于模拟被动桩桩土作用环境，所述试验箱连接水循环系统，并通过所述水循环系统模拟渗流，所述试验箱设置在移动支架上，所述试验箱的一侧连接吊篮，所述配重放置在吊篮中，并通过增减所述吊篮内的配重模拟滑坡推力。本发明专利技术首次通过模拟在无水、饱水、渗流条件下土拱形成、发展、失效过程，揭示了在土拱效应中水土作用的机理，丰富了基坑支护和斜坡防治等方面的研究，补充了现有土拱效应在渗流作用下的相关方面理论。

【技术实现步骤摘要】
一种基于渗流作用的被动桩土拱效应试验装置
本专利技术涉及基坑、水利、交通和边坡等支挡工程
，尤其涉及一种基于渗流作用的被动桩土拱效应试验装置。
技术介绍
被动桩广泛应用于斜坡、边坡治理和基坑等工程支护中，其能发挥出色的挡土效果的原因便是土拱效应——桩后土体发生不均匀位移，土体中的下滑推力传至桩身，同时桩间土体被挤密。自1943年太沙基通过活动门试验证实土拱效应的存在以来，随着岩土工程领域不断的深入发展，与土拱效应有关的工程数据、实验和理论研究也越来越多。随着土拱理论的不断进步，研究成果也逐渐付诸实践，开始指导、优化工程应用，取得不错的应用效果。土拱效应理论发展至今，已取得了很多优秀的成果，对工程实践亦起到积极指导的作用，但仍有许多值得深入探讨的问题。其一，即是土拱的“形态”，包括拱形、拱厚、拱脚形状等。其二，即是水的影响，许多地质灾害、工程事故中，如滑坡失稳、基坑支护失效等，皆与水有较大关系。渗流、管涌等水的不良影响导致的土体软化、土体结构强度降低，同样会使土拱效应减弱，限制被动桩挡土功能的发挥。目前，关于土拱效应的研究主要建立在连续均匀介质上，而土体实质上是一种非连续、非均质的散粒体。同时，以往在关于渗流问题的研究中，大多基于连续介质假设，直接把渗流力的作用加在连续土体上进行分析。这与流体只在土体孔隙中流动的实际情况不符，对于考虑土颗粒与水相互作用的渗透机理有较大局限性。当渗流发生时，常常会引发严重的渗流破坏，即流土和管涌。发生管涌破坏时，土体中的细粒土随水流被带走，土骨架发生破坏；并且，细粒土随水在大颗粒孔隙中移动时，可能会淤堵孔隙，在淤堵处则会产生较大的渗透力，导致土体破坏。由于水对土体的影响巨大且作用机理复杂，需着重研究在饱水及渗流条件下的土拱效应。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的实施例提供了一种首次研究渗流对土拱效应的影响，完善土拱效应研究的基于渗流作用的被动桩土拱效应试验装置。本专利技术的实施例提供一种基于渗流作用的被动桩土拱效应试验装置，包括被动桩桩土作用模拟系统和水循环系统，所述被动桩桩土作用模拟系统包括试验箱、移动支架、吊篮和配重，所述试验箱内放置土样和模拟桩用于模拟被动桩桩土作用环境，所述试验箱连接水循环系统，并通过所述水循环系统模拟渗流，所述试验箱设置在移动支架上，所述试验箱的一侧连接吊篮，所述配重放置在吊篮中，并通过增减所述吊篮内的配重模拟滑坡推力。进一步，所述水循环系统包括水箱、支架、水桶和水泵，所述水箱设在支架上，所述支架的高度可调节，所述水箱上开有进水口、出水口和溢流口，所述进水口通过水泵连通水桶，所述水泵将水桶内的水通过进水口泵入水箱，所述溢流口连通试验箱的一侧，通过所述溢流口向试验箱内溢水模拟渗流，所述水桶放置在试验箱的另一侧下方，所述出水口连通水桶。进一步，所述试验箱包括罩体，所述罩体的一侧上方设有进水道，所述罩体的另一侧底部设有出水道，所述罩体内靠近进水道的一侧设有推土板，所述罩体内靠近出水道的一侧设有过滤板，所述过滤板和推土板之间设有挡土板，所述模拟桩设在挡土板和推土板之间，所述土样放置在挡土板和推土板之间，从所述溢流口流出的水依次流经进水道、推土板、土样、模拟桩和挡土板模拟渗流，从所述挡土板中流出的水经过滤板过滤后从出水道流出，并进入水桶中，所述推土板的外侧设有传力轴、测力计和转向轴轮，所述转向轴轮的两端绕有缆绳，所述缆绳的水平方向连接传力轴，所述缆绳的竖直方向连接吊篮，在所述吊篮中放置配重，所述测力计测量配重的质量，所述吊篮竖直向下移动，并通过缆绳拉动传力轴水平推动推土板，所述推土板进而将推力传递给土样和模拟桩模拟滑坡推力。进一步，所述罩体的上方罩有透明盖板，所述透明盖板的上方设有拍照设备，所述拍照设备拍摄土样的表面变化，所述传力轴连接位移计，所述位移计监测土样的位移，所述土样内埋设有压力盒和渗压计，所述压力盒监测土样的内部应力场，所述渗压计监测土样的内部渗流场，所述罩体的侧面设有密封走线孔和可开关的排气孔，所述压力盒和渗压计的数据线通过密封走线孔穿出，通过打开所述排气孔将试验箱内的残留气体排出。进一步，所述推土板和挡土板上均开有过水孔，并覆盖有纱布，所述罩体的中间设有密封橡圈，所述传力轴的外侧设有密封圈，所述出水道包括第一横道、第一竖道、第二横道和第二竖道，所述第一横道设在试验箱的下方，所述第二横道与试验箱的上端相平齐，所述第一横道、第一竖道、第二横道和第二竖道依次连通，所述第二竖道的下方放置水桶，所述进水道上设有阀门，所述第一竖道和第二竖道的下方均设有阀门。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：首次通过模拟在无水、饱水、渗流条件下土拱形成、发展、失效过程，揭示了在土拱效应中水土作用的机理，丰富了斜坡防治方面的研究，补充了现有土拱效应与水相关方面理论。附图说明图1是本专利技术一种基于渗流作用的被动桩土拱效应试验装置的一示意图。图2是图1中试验箱的一示意图。图3是图1中试验箱的侧视图。图4是本专利技术一种基于渗流作用的被动桩土拱效应试验装置的实验流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地描述。请参考图1，本专利技术的实施例提供了一种基于渗流作用的被动桩土拱效应试验装置，包括被动桩桩土作用模拟系统1和水循环系统2。被动桩桩土作用模拟系统1包括试验箱11、移动支架12、吊篮13和配重14，所述试验箱11内放置土样(图中未示出)和模拟桩117用于模拟被动桩桩土作用环境，所述试验箱11设置在移动支架12上，所述试验箱11的一侧连接吊篮13，所述配重14放置在吊篮13中，并通过增减所述吊篮13内的配重14模拟滑坡推力。试验箱11连接水循环系统2，并通过所述水循环系统2模拟渗流，水循环系统2包括水箱21、支架22、水桶23和水泵24，所述水箱21设在支架22上，所述支架22的高度可调节。水箱21上开有进水口211、出水口212和溢流口213，所述进水口211通过水泵24连通水桶21，所述水泵24将水桶21内的水通过进水口211泵入水箱21，所述溢流口213连通试验箱11的一侧，通过所述溢流口213向试验箱11内溢水模拟渗流，所述水桶23放置在试验箱11的另一侧下方，所述出水口211连通水桶23。请参考图2和图3，试验箱11包括罩体111，罩体111的中间设有密封橡圈1111，罩体111的上方罩有透明盖板(图中未示出)，所述透明盖板的上方设有拍照设备(图中未示出)，所述罩体111的侧面设有密封走线孔(图中未示出)和可开关的排气孔(图中未示出)，所述罩体111的一侧上方设有进水道112，所述罩体111的另一侧底部设有出水道113，所述罩体111内靠近进水道112的一侧设有推土板114，所述罩体111内靠近出水道113的一侧设有过滤板115。出水道112包括第一横道1121、第一竖道1122、第二横道1123和第二竖道1124，所述第一横道1121设在试验箱11的下方，所述第二横道1123与试验箱11的上端相平齐，所述第一横道1121、第一竖道1122、第二横道1123和第二竖道1124依次连通，所述第二竖道1124的下方放置水桶23，使水流得以水平均匀渗流，便于清理排水，所述第一竖道1122和第二竖道1124的下方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于渗流作用的被动桩土拱效应试验装置，其特征在于，包括被动桩桩土作用模拟系统和水循环系统，所述被动桩桩土作用模拟系统包括试验箱、移动支架、吊篮和配重，所述试验箱内放置土样和模拟桩用于模拟被动桩桩土作用环境，所述试验箱连接水循环系统，并通过所述水循环系统模拟渗流，所述试验箱设置在移动支架上，所述试验箱的一侧连接吊篮，所述配重放置在吊篮中，并通过增减所述吊篮内的配重模拟滑坡推力。

【技术特征摘要】
1.一种基于渗流作用的被动桩土拱效应试验装置，其特征在于，包括被动桩桩土作用模拟系统和水循环系统，所述被动桩桩土作用模拟系统包括试验箱、移动支架、吊篮和配重，所述试验箱内放置土样和模拟桩用于模拟被动桩桩土作用环境，所述试验箱连接水循环系统，并通过所述水循环系统模拟渗流，所述试验箱设置在移动支架上，所述试验箱的一侧连接吊篮，所述配重放置在吊篮中，并通过增减所述吊篮内的配重模拟滑坡推力。2.根据权利要求1所述的基于渗流作用的被动桩土拱效应试验装置，其特征在于，所述水循环系统包括水箱、支架、水桶和水泵，所述水箱设在支架上，所述支架的高度可调节，所述水箱上开有进水口、出水口和溢流口，所述进水口通过水泵连通水桶，所述水泵将水桶内的水通过进水口泵入水箱，所述溢流口连通试验箱的一侧，通过所述溢流口向试验箱内溢水模拟渗流，所述水桶放置在试验箱的另一侧下方，所述出水口连通水桶。3.根据权利要求2所述的基于渗流作用的被动桩土拱效应试验装置，其特征在于，所述试验箱包括罩体，所述罩体的一侧上方设有进水道，所述罩体的另一侧底部设有出水道，所述罩体内靠近进水道的一侧设有推土板，所述罩体内靠近出水道的一侧设有过滤板，所述过滤板和推土板之间设有挡土板，所述模拟桩设在挡土板和推土板之间，所述土样放置在挡土板和推土板之间，从所述溢流口流出的水依次流经进水道、推土板、土样、模拟桩和挡土板模拟渗流，从所述挡土板中流出的水经过滤板过滤后从出水道流出，并进入水桶中，所述推土板的外侧设有传力轴、测力计和转向...

【专利技术属性】
技术研发人员：向先超，宋伯石，刘凯，黄晨，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北,42