樁基模型試驗(yàn)中側(cè)向土壓力的實(shí)現(xiàn)裝置及實(shí)現(xiàn)方法與流程

本發(fā)明屬于巖土工程中樁基模型試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種樁基模型試驗(yàn)中側(cè)向土壓力的實(shí)現(xiàn)裝置及實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

樁基礎(chǔ)工程中，樁基與樁周土的相互作用是研究樁基承載能力的關(guān)鍵，而樁基模型試驗(yàn)在研究樁基受力性能和作用機(jī)理方面發(fā)揮著重要的作用。在進(jìn)行樁基模型試驗(yàn)時(shí)，樁體、樁周土及樁體所受豎向外荷載都可以通過模型試驗(yàn)的相似比理論進(jìn)行縮尺，同時(shí)受相似比的約束限制，土體中的實(shí)際的地應(yīng)力需要進(jìn)行不同程度的放大，采用離心機(jī)是常用的試驗(yàn)方法，但是離心機(jī)試驗(yàn)一般成本高昂，同時(shí)樁基模型試驗(yàn)裝置復(fù)雜、龐大，一般無法采用離心機(jī)實(shí)現(xiàn)樁基模型試驗(yàn)中樁周土地應(yīng)力的模擬。而樁周土地應(yīng)力對(duì)于樁土之間的相互作用、摩擦作用、樁側(cè)注漿效果、樁土膠結(jié)面的形成都具有重要影響。若無法得到實(shí)際應(yīng)力場(chǎng)，這樣的試驗(yàn)結(jié)果很難用來評(píng)價(jià)工程原型的實(shí)際力學(xué)行為和工程特性。

因此，研制一種可以實(shí)現(xiàn)不同側(cè)向土壓力的方法及裝置，對(duì)于樁基模型試驗(yàn)的發(fā)展具有重要作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供一種樁基模型試驗(yàn)中側(cè)向土壓力的實(shí)現(xiàn)裝置及實(shí)現(xiàn)方法，不需要借助于離心機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)際側(cè)向土壓力場(chǎng)，而且能夠組合出不同方向不同大小的側(cè)向土壓力。

本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種樁基模型試驗(yàn)中側(cè)向土壓力的實(shí)現(xiàn)裝置，包括模型樁、底板、n塊側(cè)壓傳遞板、n塊可變側(cè)壓傳遞板及多個(gè)加壓設(shè)備，所述可變側(cè)壓傳遞板的板寬可調(diào)；所述模型樁置于所述底板上，所述側(cè)壓傳遞板和可變側(cè)壓傳遞板交錯(cuò)圍設(shè)在所述底板上而形成閉合的側(cè)壁，所述側(cè)壓傳遞板和可變側(cè)壓傳遞板的下方外部分別連接各所述加壓設(shè)備，所述側(cè)壓傳遞板和可變側(cè)壓傳遞板的上邊沿固定，其下邊沿受所述加壓設(shè)備作用而向所述模型樁收攏或復(fù)位，n≥2，且n為自然數(shù)。

進(jìn)一步，與相鄰的側(cè)壓傳遞板連接的、所述可變側(cè)壓傳遞板的一組對(duì)邊水平相互聚攏。

進(jìn)一步，所述可變側(cè)壓傳遞板包括中心板和多對(duì)翅板，所述中心板的兩側(cè)活動(dòng)連接所述翅板，且一對(duì)翅板水平對(duì)應(yīng)分立于所述中心板的各一側(cè)。

進(jìn)一步，所述翅板通過滑槽嵌接所述中心板的板面上，或者，所述翅板通過滑槽嵌接所述中心板的板面內(nèi)。

進(jìn)一步，一對(duì)翅板之間通過復(fù)位彈簧連接。

進(jìn)一步，還包括設(shè)置在所述底板上的鋼框架，且所述模型樁置于所述鋼框架內(nèi)，所述鋼框架通過合頁連接所述側(cè)壓傳遞板的上邊沿和可變側(cè)壓傳遞板的中心板的上邊沿；還包括鉸接所述鋼框架的側(cè)向反力架，所述加壓設(shè)備設(shè)于所述側(cè)向反力架和側(cè)壓傳遞板之間，以及，所述加壓設(shè)備設(shè)于所述側(cè)向反力架和可變側(cè)壓傳遞板之間。

進(jìn)一步，所述側(cè)壓傳遞板的板面上設(shè)置加勁肋；所述可變側(cè)壓傳遞板的中心板的板面上設(shè)置加勁肋。

進(jìn)一步，所述底板為鋼底板；所述側(cè)向反力架圍設(shè)在所述鋼框架外，所述側(cè)向反力架為類圓環(huán)；所述加壓設(shè)備為側(cè)向千斤頂；n為2。

一種樁基模型試驗(yàn)中側(cè)向土壓力的實(shí)現(xiàn)方法，步驟如下：

s1、將鋼底板和鋼框架組成模型的支撐體系；

s2、側(cè)壓傳遞板和可變側(cè)壓傳遞板交錯(cuò)設(shè)置，圍設(shè)在所述底板上而形成閉合的側(cè)壁，所述側(cè)壓傳遞板和可變側(cè)壓傳遞板通過合頁活動(dòng)連接所述鋼框架；

s3、在所述可變側(cè)壓傳遞板的中心板和側(cè)壓傳遞板的一板面焊接加勁肋；

s4、所述可變側(cè)壓傳遞板的中心板的另一板面設(shè)置水平的滑槽，多對(duì)翅板通過所述滑槽與所述中心板分別活動(dòng)連接，所述側(cè)壓傳遞板的兩側(cè)連接相鄰的可變側(cè)壓傳遞板的翅板；

s5、沿所述支撐體系外圍設(shè)置側(cè)向反力架，所述側(cè)向反力架與鋼框架鉸接連接，設(shè)置側(cè)向千斤頂在所述側(cè)向反力架與可變側(cè)壓傳遞板之間，且設(shè)置側(cè)向千斤頂在所述側(cè)向反力架與側(cè)壓傳遞板之間；

s6、試驗(yàn)時(shí)，把模型樁置于所述鋼底板上且位于所述鋼框架內(nèi)，所述復(fù)位彈簧和側(cè)向千斤頂調(diào)節(jié)到初始狀態(tài)后，往所述側(cè)壓傳遞板、可變側(cè)壓傳遞板和鋼底板圍設(shè)成的空間填土，根據(jù)不同試驗(yàn)要求，通過所述側(cè)向千斤頂施加不同荷載，獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下積極效果：本發(fā)明設(shè)計(jì)的側(cè)壓傳遞板和可變側(cè)壓傳遞板結(jié)構(gòu)形式，可以實(shí)現(xiàn)在模型四面同時(shí)施加不同大小的土壓力，克服了樁基模型試驗(yàn)中初始土壓力無法有效模擬的困難。

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)裝置的側(cè)視圖。

圖3是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)裝置的俯視圖。

圖4是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖(其他視角)。

圖5是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖(其他視角)。

圖6是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖(其他視角)。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的所述樁基模型試驗(yàn)中側(cè)向土壓力的實(shí)現(xiàn)裝置，包括模型樁、底板、n塊側(cè)壓傳遞板、n塊可變側(cè)壓傳遞板及多個(gè)加壓設(shè)備，所述可變側(cè)壓傳遞板的板寬可調(diào)；所述模型樁置于所述底板上，所述側(cè)壓傳遞板和可變側(cè)壓傳遞板交錯(cuò)圍設(shè)在所述底板上而形成閉合的側(cè)壁，所述側(cè)壓傳遞板和可變側(cè)壓傳遞板的下方外部各連接所述加壓設(shè)備，所述側(cè)壓傳遞板和可變側(cè)壓傳遞板的上邊沿固定，其下邊沿受所述加壓設(shè)備作用而向所述模型樁收攏或復(fù)位，n≥2，且n為自然數(shù)。

實(shí)施例

如圖1-圖6所示，本實(shí)施例所述的樁基模型試驗(yàn)中側(cè)向土壓力的實(shí)現(xiàn)裝置，包括模型樁10、鋼底板20、鋼框架30、兩塊側(cè)壓傳遞板40、兩塊可變側(cè)壓傳遞板、側(cè)向反力架60及多個(gè)加壓設(shè)備。

具體地，所述鋼底板20為矩形板，所述鋼框架30為立方體鋼架，鋼框架30設(shè)置在底板20上，模型樁10置于所述底板20上，且所述模型樁10置于所述鋼框架30內(nèi)。

所述側(cè)壓傳遞板40為矩形板，側(cè)壓傳遞板40的板面上設(shè)置加勁肋80，加勁肋80用于提高側(cè)壓傳遞板40的剛度。側(cè)壓傳遞板40的上邊沿通過合頁32連接鋼框架30，側(cè)壓傳遞板40的下邊沿對(duì)應(yīng)鋼底板20。

所述可變側(cè)壓傳遞板包括中心板52、多對(duì)翅板54、多條復(fù)位彈簧56和加勁肋80，中心板52的板面自上而下設(shè)置多道水平的滑槽，翅板54活動(dòng)嵌接在所述滑槽上，一對(duì)翅板54水平對(duì)應(yīng)分立于所述中心板52的各一側(cè)，且使中心板52的板面自上而下無縫拼接翅板54，每一對(duì)翅板54可向中心板52的中心水平聚攏，從而可變側(cè)壓傳遞板的板寬可調(diào)。一對(duì)翅板54之間通過復(fù)位彈簧56連接，使聚攏的一對(duì)翅板54可復(fù)位。中心板52的另一板面上設(shè)置加勁肋80，加勁肋80用于提高可變側(cè)壓傳遞板的剛度。中心板52的上邊沿通過合頁32連接鋼框架30，中心板52的下邊沿對(duì)應(yīng)鋼底板20。

所述側(cè)壓傳遞板40和可變側(cè)壓傳遞板交錯(cuò)圍設(shè)在所述底板20上，在鋼框架30內(nèi)形成閉合的側(cè)壁，則，側(cè)壓傳遞板40的兩側(cè)與相鄰的可變側(cè)壓傳遞板的翅板54對(duì)接。可變側(cè)壓傳遞板的寬度比側(cè)壓傳遞板40的寬度較小，用于提供側(cè)壓傳遞板40側(cè)移的空間。

所述側(cè)向反力架60為類圓環(huán)，其圍設(shè)在所述鋼框架30外，側(cè)向反力架60鉸接所述鋼框架30。

所述加壓設(shè)備為側(cè)向千斤頂70，側(cè)向千斤頂70設(shè)于側(cè)向反力架60和側(cè)壓傳遞板40之間，以及，側(cè)向千斤頂70設(shè)于側(cè)向反力架60和可變側(cè)壓傳遞板之間。而且，側(cè)向千斤頂70對(duì)應(yīng)側(cè)壓傳遞板40和可變側(cè)壓傳遞板的下方。側(cè)向千斤頂70的施壓可推動(dòng)側(cè)壓傳遞板40和可變側(cè)壓傳遞板向所述模型樁10收攏。

本實(shí)施例的樁基模型試驗(yàn)中側(cè)向土壓力的實(shí)現(xiàn)裝置的技術(shù)原理：所述鋼底板20和鋼框架30組成模型試驗(yàn)的支撐體系，所述側(cè)壓傳遞板40和可變側(cè)壓傳遞板通過所述合頁32與所述鋼框架30活動(dòng)連接，所述加勁肋80用于提高側(cè)壓傳遞板40和可變側(cè)壓傳遞板的剛度；在所述可變側(cè)壓傳遞板的中心板52的板面上設(shè)置滑槽，所述翅板54通過滑槽嵌在中心板52上，沿水平方向可以自由滑動(dòng)，一對(duì)翅板54之間通過復(fù)位彈簧56連接，通過復(fù)位彈簧56的壓縮和伸展調(diào)節(jié)一對(duì)翅板54的相對(duì)位置；沿鋼框架30外圍設(shè)置側(cè)向反力架60，所述側(cè)向反力架60與所述鋼框架30采用鉸接連接，同時(shí)反力架60圍成近似圓形，使反力架60形成受力合理的自平衡體系；在側(cè)向反力架60與側(cè)壓傳遞板40和可變側(cè)壓傳遞板之間設(shè)置側(cè)向千斤頂70，對(duì)側(cè)壓傳遞板40和可變側(cè)壓傳遞板施加不同壓力，使側(cè)壓傳遞板40和可變側(cè)壓傳遞板向中部的模型樁10收攏，推動(dòng)模型樁10施加壓力。在側(cè)壓傳遞板40和可變側(cè)壓傳遞板收攏的同時(shí)，可變側(cè)壓傳遞板的翅板54向中心板52的中心水平聚攏，既不影響側(cè)壓傳遞板40和可變側(cè)壓傳遞板向中部移動(dòng)，同時(shí)保證側(cè)壓傳遞板40和可變側(cè)壓傳遞板向外部移動(dòng)時(shí)，土體不會(huì)漏出。

而且，從實(shí)施例中可以看出，翅板的設(shè)置，可以多種多樣的，翅板可以設(shè)置在中心板的板面上，也可以設(shè)置在中心板的板面內(nèi)。對(duì)于將翅板設(shè)置中心板的板面內(nèi)的實(shí)施例，中心板為空心板，翅板一端內(nèi)置于中心板，且一對(duì)翅板之間的復(fù)位彈簧也是內(nèi)置于中心板。此設(shè)置可以避免翅板聚攏時(shí)，翅板與中心板上的土體擠壓，從而避免產(chǎn)生額外的土體壓力。

本發(fā)明設(shè)計(jì)的側(cè)壓傳遞板40和可變側(cè)壓傳遞板結(jié)構(gòu)形式，可以實(shí)現(xiàn)在模型四面同時(shí)施加不同大小的土壓力，克服了樁基模型試驗(yàn)中初始土壓力無法有效模擬的困難。

本實(shí)施例的樁基模型試驗(yàn)中側(cè)向土壓力的實(shí)現(xiàn)方法，步驟如下：

s1、將鋼底板20和鋼框架30組成模型的支撐體系；

s2、側(cè)壓傳遞板40和可變側(cè)壓傳遞板交錯(cuò)設(shè)置，圍設(shè)在所述底板20上而形成閉合的側(cè)壁，所述側(cè)壓傳遞板40和可變側(cè)壓傳遞板通過合頁32活動(dòng)連接所述鋼框架30；

s3、在所述可變側(cè)壓傳遞板的中心板52和側(cè)壓傳遞板40的一板面焊接加勁肋80；

s4、所述可變側(cè)壓傳遞板的中心板52的另一板面設(shè)置水平的滑槽，多對(duì)翅板54通過所述滑槽與所述中心板52分別活動(dòng)連接，所述側(cè)壓傳遞板40的兩側(cè)連接相鄰的可變側(cè)壓傳遞板的翅板54；

s5、沿所述支撐體系外圍設(shè)置側(cè)向反力架60，所述側(cè)向反力架60與鋼框架30鉸接連接，設(shè)置側(cè)向千斤頂70在所述側(cè)向反力架60與可變側(cè)壓傳遞板之間，且設(shè)置側(cè)向千斤頂70在所述側(cè)向反力架60與側(cè)壓傳遞板40之間；

s6、試驗(yàn)時(shí)，把模型樁10置于所述鋼底板20上且位于所述鋼框架30內(nèi)，所述復(fù)位彈簧56和側(cè)向千斤頂70調(diào)節(jié)到初始狀態(tài)后，往側(cè)壓傳遞板40、可變側(cè)壓傳遞板和鋼底板20圍設(shè)成的空間填土，根據(jù)不同試驗(yàn)要求，通過所述側(cè)向千斤頂70施加不同荷載，獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

其中，所述加勁肋80用于提供側(cè)壓傳遞板40和可變側(cè)壓傳遞板的剛度，防止支撐體系的內(nèi)部填土后側(cè)向土壓力過大，造成側(cè)壓傳遞板40和可變側(cè)壓傳遞板出現(xiàn)過度變形。

需要說明的是，所述側(cè)壓傳遞板和可變側(cè)壓傳遞板交錯(cuò)圍設(shè)是指，每一側(cè)壓傳遞板兩邊相鄰的是可變側(cè)壓傳遞板，每一可變側(cè)壓傳遞板兩邊相鄰的是側(cè)壓傳遞板。

本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施方式，如果對(duì)本發(fā)明的各種改動(dòng)或變型不脫離本發(fā)明的精神和范圍，倘若這些改動(dòng)和變型屬于本發(fā)明的權(quán)利要求和等同技術(shù)范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型。