CN202247966U - 一种模拟复杂荷载条件下桩承式路堤模型试验装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种模拟复杂荷载条件下桩承式路堤模型试验装置，包括试验槽(7)和试验槽(7)内部设置的软土层(1)、路堤填料(2)和含有桩帽(6)的桩(5)，加载***(3)分为静荷载加载***和动荷载加载***，加载***(3)为电磁式激振器加载***，路堤填料(2)中埋设有沉降仪，加筋材料(4)中埋设有应变计或微型拉力计桩(5)的侧开槽内贴有应变片，桩帽(6)上部、桩帽(6)的下部及路堤填料(2)中部土体内均埋设有土压力计。本实用新型的有益效果：可以分析不同的相对位移条件下，在不同的荷载作用下，地基中变形和应力分布的规律，得到桩承式路堤的工作机理。

Description

一种模拟复杂荷载条件下桩承式路堤模型试验装置
技术领域
本实用新型涉及道路工程中的地基处理技术领域中的一种模型试验装置，特别涉及一种模拟复杂荷载条件下桩承式路堤模型试验装置。
背景技术
我国幅员辽阔，地质条件复杂，特殊地基处理是公路(铁路)建设中的关键问题之一。建于东南沿海地区的高速公路(铁路)地基经常遇到饱和软粘土的不良地质条件。软土的物理、力学性质很差，具有高含水量、高压缩性、低强度、强结构性等特点，在工程实践中必须采取行之有效的地基处理方法进行处治。桩承式路堤因其施工速度快、施工质量易于控制、沉降及工后沉降小和处理深度大等突出优点而在新建高速公路软基处理、公路拓宽工程和高速铁路地基处理中得到较多的应用，但目前对该课题的理论研究还滞后于工程实践的需要，尤其是在交通荷载作用下路堤桩承载特性、路堤变形规律以及***的设计方法上面亟待深入分析研究，模型试验是开展这方面研究的重要手段。
桩承式路堤常采用下述形式：在刚性桩的桩顶浇注一个独立的桩帽，增加承受路堤荷载的面积，将大部分荷载通过其中的土拱效应传递到桩体，再传递到下卧土层中；为了尽可能地将桩间距拉大，在上部填土和桩顶之间可以设置一层或多层水平材料以将更多的荷载传递到桩上，这种***形式也有学者称之为桩-网式复合地基或双向复合地基。
桩承式路堤在交通荷载及路堤自重作用下，桩间土上部土体和桩帽顶部土体的沉降差会使桩顶水平面上一定范围内路堤填料产生应力重分布，大主应力方向发生偏转而大致平行于相邻两桩帽之间的圆拱形链线，从而将此拱形区域内的路堤填料压实，形成一个个拱状的压密壳体，将一部分桩间土上部的路堤重量传递在桩帽上。这一现象即是桩承式路堤中的“土拱效应”。
Terzaghi最早研究了平面土拱效应，采用活门拱试验验证了“土拱效应”现象。要分析“土拱效应”，首先必须确定土拱的拱轴形状及拱体的几何特征参数(作用范围、外形及尺寸等)，Handy首次描绘出拱形为近似于悬链线的主应力流线。目前对土拱形状的假设主要有以下几种：Terzaghi的平面土拱模型、Marston的等沉面计算模型、Carlsson的楔形土拱理论、Low等的半圆形模型、普罗托奇雅阔诺夫的自然平衡拱理论及Hewlett&Randolph的半球形模型等。基于以上的基本假设，一些学者对上述土拱理论进行了改进和修正。如陈云敏等从单桩等效处理范围内路堤受力平衡出发，改进了Hewlett的空间土拱极限分析方法；陈福全等对Hewlett空间土拱效应下塑性点出现在桩顶时的边界条件作了改进，得到改进后的桩土荷载分担比计算式。
模型试验和现场测试是研究桩承式路堤工作性状最为有效的手段之一，但现场试验因其局限性难以获得桩承式路堤的全方位、全过程工作性状资料。不少学者通过室内模型试验对桩承式路堤土拱效应进行了研究，取得了***的成果。Hewlett&Randolph通过模型试验研究了路堤中的空间土拱效应，并基于极限平衡理论建立了求解土拱效应的解析方法，但是其试验及理论计算方法没有考虑路堤中水平垫层的作用，也没有分析桩承式路堤的变形特点；Low等制作了平面土拱效应试验装置，研究了路堤高度、桩梁间距对土拱效应的影响，但没有涉及路堤变形对土拱效应性状的影响；Orianne等采用与Low等相似的试验装置，采用类比材料研究了土拱效应，但类比材料与实际路堤填料相差很大，因此试验所得结果可能难以直接应用；詹永祥等进行了桩板结构路基动力试验，但试验方案不同于桩承式路堤的实际形式。
实用新型内容
针对现有模型试验装置的缺陷，本实用新型提供了一种模拟复杂荷载条件下桩承式路堤模型试验装置。
为了实现上述目的，本实用新型所采取的措施是：
一种模拟复杂荷载条件下桩承式路堤模型试验装置，包括试验槽和试验槽内部设置的软土层、路堤填料和含有桩帽的桩，***若干桩的软土层的上面填有路堤填料，路堤填料中设置有加筋材料，路堤填料的上方设置有加载***，加载***分为静荷载加载***和动荷载加载***，加载***为电磁式激振器加载***，路堤填料中埋设有沉降仪，加筋材料中埋设有应变计或微型拉力计，桩的侧开槽内贴有应变片，桩帽上部、桩帽的下部及路堤填料中部土体内均埋设有土压力计；
所述桩的底部设置有控制弹簧；
所述桩帽为装配式；
所述路堤填料由经过筛分的砂分层铺撒夯实而成；
所述试验槽的材质为透明玻璃；
所述桩和桩帽的材质为有机玻璃；
所述软土层的材质为软土或硬质塑料泡沫。
本实用新型的有益效果：可以分析不同的相对位移条件下，在不同的荷载作用下，地基中变形和应力分布的规律，得到桩承式路堤的工作机理。
附图说明
图1、本实用新型装置的结构示意图；
图2、本实用新型装置的软土层俯视图。
具体实施方式
一种模拟复杂荷载条件下桩承式路堤模型试验装置，包括试验槽7和试验槽7内部设置的软土层1、路堤填料2和含有桩帽6的桩5，***若干桩5的软土层1的上面填有路堤填料2，路堤填料2中设置有加筋材料4，路堤填料2的上方设置有加载***3，加载***3分为静荷载加载***和动荷载加载***，加载***3为电磁式激振器加载***，施加不同频率、不同幅值的循环荷载，在路堤顶面设置荷载板，上面铺设加载轨道，较真实地模拟动荷载的作用，路堤填料2中埋设有沉降仪，可以对不同的相对位移条件下的工况进行试验，加筋材料4中埋设有应变计或微型拉力计，桩5的侧开槽内贴有应变片，可以通过调整弹簧刚度，模拟端承桩和摩擦桩两种桩型，桩帽6上部、桩帽6的下部及路堤填料2中部土体内均埋设有土压力计；所述桩5的底部设置有控制弹簧8；所述桩帽6为装配式，可以改变大小模拟不同工况的试验；所述路堤填料2由经过筛分的砂分层铺撒夯实而成；所述试验槽7的材质为透明玻璃，便于观测变形；所述桩5和桩帽6的材质为有机玻璃；所述软土层1的材质为软土或硬质塑料泡沫。
试验时，可对转置分别施加静载和循环周期荷载，分析不同工况下端承桩和摩擦桩桩承式路堤体系，测试路堤中心位置土体竖向应力分布规律以及路堤中典型断面的沉降特征，观测桩帽上下土体以及桩间土体的应力变化规律；量测材料的受力和变形特性；观测桩侧阻力的分布特征；分别研究摩擦桩和端承桩情况下路堤的土拱效应、承载特性和变形特征。
本实用新型的有益效果：可以分析不同的相对位移条件下，在不同的荷载作用下，地基中变形和应力分布的规律，得到桩承式路堤的工作机理。
本领域内普通的技术人员的简单更改和替换都是本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种模拟复杂荷载条件下桩承式路堤模型试验装置，包括试验槽(7)和试验槽(7)内部设置的软土层(1)、路堤填料(2)和含有桩帽(6)的桩(5)，***若干桩(5)的软土层(1)的上面填有路堤填料(2)，路堤填料(2)中设置有加筋材料(4)，路堤填料(2)的上方设置有加载***(3)，其特征在于：加载***(3)分为静荷载加载***和动荷载加载***，加载***(3)为电磁式激振器加载***，路堤填料(2)中埋设有沉降仪，加筋材料(4)中埋设有应变计或微型拉力计，桩(5)的侧开槽内贴有应变片，桩帽(6)上部、桩帽(6)的下部及路堤填料(2)中部土体内均埋设有土压力计。
2.根据权利要求1所述的一种模拟复杂荷载条件下桩承式路堤模型试验装置，其特征在于：所述桩(5)的底部设置有控制弹簧(8)。
3.根据权利要求1所述的一种模拟复杂荷载条件下桩承式路堤模型试验装置，其特征在于：所述桩帽(6)为装配式。
4.根据权利要求1～3中任一权利要求所述的一种模拟复杂荷载条件下桩承式路堤模型试验装置，其特征在于：所述路堤填料(2)由经过筛分的砂分层铺撒夯实而成。
5.根据权利要求4所述的一种模拟复杂荷载条件下桩承式路堤模型试验装置，其特征在于：所述试验槽(7)的材质为透明玻璃。
6.根据权利要求5所述的一种模拟复杂荷载条件下桩承式路堤模型试验装置，其特征在于：所述桩(5)和桩帽(6)的材质为有机玻璃。
7.根据权利要求6所述的一种模拟复杂荷载条件下桩承式路堤模型试验装置，其特征在于：所述软土层(1)的材质为软土或硬质塑料泡沫。
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