抗滑桩土拱效应演化机理可视化模型试验装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种抗滑桩土拱效应演化机理可视化模型试验装置和试验方法,该装置包括可视化模型箱、加载装置、标准砂、两侧挡板、脱料板、加载板、代替桩的钢板、垫块以及设置于可视化模型箱外的数码相机；通过加载装置，将荷载通过加载板分级作用在土体上，旋转底部旋转板使脱料板脱落，加载直至可视化模型箱内土体坍塌破坏；用数码相机分别拍摄试验过程中各级荷载下可视化模型箱侧标准砂的图像；通过本发明专利技术可以更加方便、直观地通过可视化模型试验研究土体在外荷载作用下的桩周围土体变形及发展规律。

【技术实现步骤摘要】
抗滑桩土拱效应演化机理可视化模型试验装置及试验方法
本专利技术属于岩土工程和地质工程
，涉及一种模型试验装置和试验方法，具体涉及一种抗滑桩土拱效应演化机理可视化模型试验装置和试验方法。
技术介绍
土拱效应是抗滑桩用于边坡加固等岩土工程问题的最主要的加固机理。土拱效应的作用范围直接关系到土拱的传力特征和抗滑桩支护的成败。自太沙基通过活动门试验证明土拱效应存在以后，国内外学者通过现场试验或数值模拟软件对土拱效应做了大量的研究，得出了诸多土拱的形成及演化的结论。但是目前关于土拱效应演化过程的可视化模型试验缺乏深入研究，更缺乏不同因素对抗滑桩土拱效应桩周土颗粒运动演化影响规律及对土体剪应变集中带的变形破坏影响规律试验研究成果。综上所述，目前在土拱效应演化机理研究中还存在着诸多未知，而本专利技术提供了一种土拱效应演化机理可视化模型试验装置及试验方法，可以更加方便、直观地通过可视化模型试验研究抗滑桩土拱效应桩周土颗粒运动演化规律及土拱效应形成、发展及破坏的演化过程，以及土体剪应变集中带的变形破坏规律，研究不同因素(桩宽、桩间距、砂土密实度)影响下的土拱效应演化规律。
技术实现思路
为解决现有的对于土拱效应演化物理试验中存在的不可视化问题，本专利技术提供一种抗滑桩土拱效应演化可视化模型试验装置及试验方法。为实现上述技术目的，本专利技术可以通过以下技术方案来实现：抗滑桩土拱效应演化机理可视化模型试验装置，包括可视化模型箱、加载装置、标准砂、两侧挡板、脱料板、加载板、代替桩的钢板、垫块以及设置于可视化模型箱外的数码相机；所述的可视化模型箱为顶端及底端开口的箱体；所述的两侧挡板包括两块对称布置的由竖直长翼板及水平短翼板组成的倒T型挡板，两竖直长翼板均位于可视化模型箱内且竖直长翼板的两宽度边均与可视化模型箱内壁贴合使得可视化模型箱内壁与两竖直长翼板共同构成用于容纳标准砂的容砂空间；两水平短翼板位于可视化模型箱底端且位于垫块之上，两水平短翼板内端的顶部均通过螺栓固定有代替桩的钢板，代替桩的钢板的两长度边与可视化模型箱内壁贴合；两水平短翼板底部均通过螺栓固定有用于共同承载脱料板的水平旋转板，所述脱料板位于两水平短翼板的内端之间且位于容砂空间的底部；所述标准砂的顶部设置有加载板；所述的加载装置包括设置于可视化模型箱上方的用于对加载板施力的千斤顶。数码相机设置于可视化模型箱的正视面，用于拍摄可视化模型箱箱侧标准砂的清晰图像。所述的可视化模型箱为由四块透明的有机玻璃拼接而构成的顶端和底端开口的长方体结构，可从各个角度直接观测箱内试验现象，且有机玻璃的连接处用防水胶进行密封。所述的标准砂采用福建平潭标准砂。该标准砂质量稳定且可用于可视化试验中砂土颗粒的变形量测。所述每块水平短翼板底部均固定有两块水平旋转板，四块水平旋转板共同支撑脱料板。所述的加载装置包括下部结构、上部结构及千斤顶，所述的下部结构包括四边形的底面及设置于底面四角的竖直向上的钢管，所述垫块设置于底面的上表面；上部结构包括四边形的顶面及设置于顶面四角的竖直向下的钢管；竖直向下的钢管对应插入竖直向上的钢管中并以销钉进行固定，所述千斤顶倒置于顶面的下表面。根据上述的抗滑桩土拱效应演化机理可视化模型试验装置进行试验的方法，包括以下步骤：步骤一、准备试验材料和器材准备可视化模型箱、两侧挡板、加载装置、标准砂、垫块、脱料板、代替桩的钢板、加载板以及数码相机；步骤二、组装土拱效应演化机理可视化模型试验装置将两块垫块放在加载装置下部结构的底面上，每块垫块上分别放置两侧挡板，调整两侧挡板之间的距离，将可视化模型箱套在两竖直长翼板外侧使得可视化模型箱内壁与两竖直长翼板共同构成用于容纳标准砂的容砂空间，旋转两侧挡板底部的旋转板，将脱料板放在旋转板上；步骤三、建造土拱效应演化机理分析模型将标准砂倒入容砂空间中，直至可视化模型箱内填土达到设计高度，整平土体，加载板放在整平后土体之上，将加载装置的上部结构固定于下部结构上；步骤四、开始试验通过施加千斤顶，将荷载通过加载板分级作用在土体上，旋转底部旋转板使脱料板脱落，在可视化模型箱的正视面架设数码相机，调整相机的位置及参数，使其焦平面与可视化模型箱正面平行且能拍摄到清晰的标准砂图像，加载直至可视化模型箱内土体坍塌破坏；用数码相机分别拍摄试验过程中各级荷载下可视化模型箱侧标准砂的图像；步骤五、调整两侧挡板间距、代替桩的钢板的宽度、砂土密实度参数，重复上述步骤三、步骤四，以实现多因素影响下的土拱效应演化分析；步骤六、试验结果分析试验加载结束后，通过图像处理软件对试验过程中数码相机所拍摄的图像进行分析，得到多因素情况下土拱演化过程中的桩周土的位移场和剪应变场。本专利技术提供了一种抗滑桩土拱效应演化机理可视化模型试验装置及试验方法，可以更加方便、直观地通过可视化模型试验研究土体在外荷载作用下的桩周围土体变形及发展规律。附图说明图1为本专利技术的主视图；图2为加载装置的主视图；图3为两侧挡板主视图；图4为图3中左侧挡板的俯视图；1、两侧挡板，1a、倒T型挡板，1b、水平旋转板，1c、螺栓2、加载装置，2a、下部结构，2b、上部结构，2c、千斤顶，3、加载板，4、垫块，5、脱料板，6、标准砂，7、可视化模型箱，8、代替桩的钢板。具体实施方式如图1至图4所示，抗滑桩土拱效应演化机理可视化模型试验装置，包括可视化模型箱7、加载装置2、标准砂6、两侧挡板1、脱料板5、加载板3、代替桩的钢板8、垫块4以及设置于可视化模型箱7外的数码相机；所述的可视化模型箱7为由四块透明的有机玻璃拼接而构成的顶端和底端开口的长方体结构，且有机玻璃的连接处用防水胶进行密封。所述的标准砂6采用福建平潭标准砂。所述的加载装置2包括下部结构2a、上部结构2b及千斤顶2c，所述的下部结构2a包括四边形的底面及设置于底面四角的竖直向上的钢管，所述垫块4设置于底面上表面；上部结构2b包括四边形的顶面及设置于顶面四角的竖直向下的钢管；竖直向下的钢管对应插入竖直向上的钢管中并以销钉进行固定，所述千斤顶2c倒置于顶面的下表面用于对加载板3施力。所述的两侧挡板1包括两块对称布置的由竖直长翼板及水平短翼板组成的倒T型挡板1a，两竖直长翼板均位于可视化模型箱7内且竖直长翼板的两宽度边均与可视化模型箱7内壁贴合使得可视化模型箱7内壁与两竖直长翼板共同构成用于容纳标准砂6的容砂空间；两水平短翼板位于可视化模型箱7底端且位于垫块4之上，两水平短翼板内端的顶部均通过螺栓1c固定有代替桩的钢板8，代替桩的钢板8的两长度边与可视化模型箱7内壁贴合；每块水平短翼板底部均通过螺栓1c固定有用于承载脱料板5的两块水平旋转板1b，四块水平旋转板1b共同支撑脱料板5。脱料板5位于两水平短翼板的内端之间且位于容砂空间的底部；所述加载板3设于标准砂6的顶部。根据上述的抗滑桩土拱效应演化机理可视化模型试验装置进行试验的方法，包括以下步骤：步骤一、准备试验材料和器材准备可视化模型箱7、两侧挡板1、加载装置2、标准砂6、垫块4、脱料板5、代替桩的钢板8、加载板3以及数码相机；步骤二、组装土拱效应演化机理可视化模型试验装置将两块垫块4放在加载装置2下部结构2a的底面上，每块垫块4上分别放置两侧挡板1，调整两侧挡板1之间的距离，将可视化模型箱7套在两竖直长翼本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.抗滑桩土拱效应演化机理可视化模型试验装置，其特征在于：包括可视化模型箱(7)、加载装置(2)、标准砂(6)、两侧挡板(1)、脱料板(5)、加载板(3)、代替桩的钢板(8)、垫块(4)以及设置于可视化模型箱(7)外的数码相机；所述的可视化模型箱(7)为顶端及底端开口的箱体；所述的两侧挡板(1)包括两块对称布置的由竖直长翼板及水平短翼板组成的倒T型挡板(1a)，两竖直长翼板均位于可视化模型箱(7)内且竖直长翼板的两宽度边均与可视化模型箱(7)内壁贴合使得可视化模型箱(7)内壁与两竖直长翼板共同构成用于容纳标准砂(6)的容砂空间；两水平短翼板位于可视化模型箱(7)底端且位于垫块(4)之上，两水平短翼板内端的顶部均通过螺栓(1c)固定有代替桩的钢板(8)，代替桩的钢板(8)的两长度边与可视化模型箱(7)内壁贴合；两水平短翼板底部均通过螺栓(1c)固定有用于共同承载脱料板(5)的水平旋转板(1b)，所述脱料板(5)位于两水平短翼板的内端之间且位于容砂空间的底部；所述标准砂(6)的顶部设置有加载板(3)；所述的加载装置(2)包括设置于可视化模型箱(7)上方的用于对加载板(3)施力的千斤顶(2c)。...

【技术特征摘要】
1.抗滑桩土拱效应演化机理可视化模型试验装置，其特征在于：包括可视化模型箱(7)、加载装置(2)、标准砂(6)、两侧挡板(1)、脱料板(5)、加载板(3)、代替桩的钢板(8)、垫块(4)以及设置于可视化模型箱(7)外的数码相机；所述的可视化模型箱(7)为顶端及底端开口的箱体；所述的两侧挡板(1)包括两块对称布置的由竖直长翼板及水平短翼板组成的倒T型挡板(1a)，两竖直长翼板均位于可视化模型箱(7)内且竖直长翼板的两宽度边均与可视化模型箱(7)内壁贴合使得可视化模型箱(7)内壁与两竖直长翼板共同构成用于容纳标准砂(6)的容砂空间；两水平短翼板位于可视化模型箱(7)底端且位于垫块(4)之上，两水平短翼板内端的顶部均通过螺栓(1c)固定有代替桩的钢板(8)，代替桩的钢板(8)的两长度边与可视化模型箱(7)内壁贴合；两水平短翼板底部均通过螺栓(1c)固定有用于共同承载脱料板(5)的水平旋转板(1b)，所述脱料板(5)位于两水平短翼板的内端之间且位于容砂空间的底部；所述标准砂(6)的顶部设置有加载板(3)；所述的加载装置(2)包括设置于可视化模型箱(7)上方的用于对加载板(3)施力的千斤顶(2c)。2.根据权利要求1所述的抗滑桩土拱效应演化机理可视化模型试验装置，其特征在于：所述的可视化模型箱(7)为由四块透明的有机玻璃拼接而构成的顶端和底端开口的长方体结构，且有机玻璃的连接处用防水胶进行密封。3.根据权利要求1所述的抗滑桩土拱效应演化机理可视化模型试验装置，其特征在于：所述的标准砂(6)采用福建平潭标准砂。4.根据权利要求1所述的抗滑桩土拱效应演化机理可视化模型试验装置，其特征在于：所述每块水平短翼板底部均固定有两块水平旋转板(1b)，四块水平旋转板(1b)共同支撑脱料板(5)。5.根据权利要求1所述的抗滑桩土拱效应演化机理可视化模型试验装置，其特征在于：所述的加载装置(2)包括下部结构(2a)、上部结构(2b)及千斤顶(...

【专利技术属性】
技术研发人员：张思峰，齐辉，薛志超，张正旭，陈兴吉，周磊生，祝少纯，张义栋，韩冰，胡超，孙辉，吴敬国，王南宁，
申请(专利权)人：山东建筑大学，齐鲁交通发展集团有限公司，齐鲁交通发展集团有限公司建设管理分公司，
类型：发明
国别省市：山东,37