CN105372408A - 一种足尺桩承式加筋路堤三维土拱效应的模拟试验装置 - Google Patents

一种足尺桩承式加筋路堤三维土拱效应的模拟试验装置 Download PDF

Info

Publication number
CN105372408A
CN105372408A CN201510795559.2A CN201510795559A CN105372408A CN 105372408 A CN105372408 A CN 105372408A CN 201510795559 A CN201510795559 A CN 201510795559A CN 105372408 A CN105372408 A CN 105372408A
Authority
CN
China
Prior art keywords
soil
test device
salt bag
simulation test
concrete pile
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201510795559.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105372408B (zh
Inventor
姜正晖
陈仁朋
汪焱卫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University ZJU
Zhejiang Shuzhijiaoyuan Technology Co Ltd
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Zhejiang Provincial Institute of Communications Planning Design and Research Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU, Zhejiang Provincial Institute of Communications Planning Design and Research Co Ltd filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN201510795559.2A priority Critical patent/CN105372408B/zh
Publication of CN105372408A publication Critical patent/CN105372408A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105372408B publication Critical patent/CN105372408B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/24—Earth materials

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)

Abstract

本发明公开了一种足尺桩承式加筋路堤三维土拱效应的模拟试验装置，包括试验槽，试验槽安装在地面上，试验槽由四面钢模板在四边围合而成，四边钢模板的外侧设有用于加固的纵肋和横肋；试验槽内的地面上平铺有混凝土桩帽，相邻的混凝土桩帽之间填装有多层盐袋，盐袋的外周围连接有用于进出水的管网，在混凝土桩帽和盐袋上部布置有加筋垫层，加筋垫层中部埋设有土工格栅，加筋垫层上部填筑路基。与现有技术相比，本发明能真实地模拟桩间软土，利用盐袋的变形来控制桩土差异沉降，在路堤内部中形成土拱，实现土拱效应的模拟；并且材料与实际工程中所采用的材料一致，更符合实际工程的情况。

Description

一种足尺桩承式加筋路堤三维土拱效应的模拟试验装置
技术领域
本发明属于土拱效应模拟试验技术领域，具体涉及一种足尺桩承式加筋路堤三维土拱效应的模拟试验装置。
背景技术
土拱效应是土力学中的一个重要现象，其影响着土体的荷载传递和沉降变形性态，最直观表现即为：当一部分土体产生不均匀位移或变形时，其余部分土体仍保持不动。从土力学基本概念分析可知，土体内存在摩擦角及粘聚力，当一部分土体发生不均匀位移或变形时，发生位移(变形)的土体与不动土体之间产生摩擦力，增加了不动土体的支撑压力，而相应减小了移动土体的支撑压力，达到一种避轻就重，压力转移的效果，展现出土体调动自身抗剪强度以协调变形的状态。
桩承式加筋路堤主要包括桩身(通常带有大直径托板桩帽)、加筋垫层以及路堤。由于桩承式加筋路堤具有总沉降小、侧向变形小、路堤表面不均匀沉降小以及施工快速和经济的优点，被广泛运用于高速公路、高速铁路等工程。由于桩间软土的刚度远小于桩体的刚度，桩土之间通常会形成桩土差异沉降，在桩顶桩间上方土体之间形成剪切面，桩顶上方较桩间上方承担更多的土体荷载，在路堤内部形成土拱。桩土差异沉降是决定路堤内部土拱效应的关键因素。
室内试验常采用泡沫等柔软的材料模拟桩间的软土，通过这类柔软材料和桩身的刚度差异模拟桩土差异沉降，但是该类方法不可控制桩土差异沉降，且变形时间不可控制。也有学者采用水袋模拟桩间软土，但是水袋具有一定的流动性，容易在路堤填筑过程中产生土拱效应，变形也较难控制。
目前室内土拱效应模型试验主要是缩尺模型试验，针对足尺模型试验的研究较少。一个主要原因是在足尺模型试验具有应力水平高、尺寸大的特点，在足尺模型试验中模拟土拱效应较为困难。
发明内容
为了研究不同桩土差异沉降下土拱效应在路堤内部中的演化规律，解决足尺桩承式加筋路堤中模拟土拱效应的困难，本发明提供了一种足尺桩承式加筋路堤三维土拱效应的模拟试验装置，应用于桩承式加筋路堤土拱效应足尺模型试验研究。
一种足尺桩承式加筋路堤三维土拱效应的模拟试验装置，包括试验槽，其安装于地面上；试验槽内的地面上平铺有多个混凝土桩帽，相邻混凝土桩帽之间通过盐袋填充；
所述混凝土桩帽与盐袋所布置区域的外围设有与盐袋连接的进出水管网；混凝土桩帽与盐袋所布置区域的顶部以及外围铺设有加筋垫层；所述加筋垫层中埋设有土工格栅，加筋垫层顶部填筑有路基。
进一步地，所述的试验槽由四块钢模板按矩形围合而成。
优选地，所述的钢模板外侧设有多条纵肋和横肋，所述的多条纵肋沿竖直方向等间隔平行设置于钢模板上，所述的多条横肋沿水平方向等间隔平行设置于钢模板上，横肋与纵肋交叉垂直连接。钢模板的作用是限制路基纵向线路方向的变形，钢模板、纵肋以及横肋的宽度可以根据路基填筑高度来确定。
进一步地，所述进出水管网的两侧分别设有进水口和出水口。
进一步地，所述进出水管网与盐袋的各连接处均布置有阀门；通过对阀门的控制可以实现盐袋的分区变形，从而实现土拱效应的分区模拟。
进一步地，所述的盐袋采用轻薄且不透水的聚氯乙烯(PVC)材料，盐袋内部填充有食盐。
优选地，所述路基的纵截面为等腰梯形。
优选地，所述的多个混凝土桩帽采用阵列形式排布。
进一步地，所述的盐袋顶端与混凝土桩帽顶端持平。
本发明通过水管对盐袋进行充水，食用盐遇水溶化的性质可模拟桩土差异沉降；在路基填筑完成后，可对盐袋进行充水，并将盐袋内的食用盐排出。通过盐袋遇水变形模拟桩间软土的固结沉降，当桩帽和盐袋产生差异沉降之后，就可以在土体内部产生土拱效应。同时，通过控制每层盐袋的厚度来控制每次进出水后盐的下沉量，从而实现了不同桩土差异沉降下土拱效应的模拟。
本发明的有益技术效果如下：
(1)本发明利用盐袋模拟桩间软土，利用盐袋的变形来控制桩土差异沉降，在路堤内部中形成土拱，为桩承式加筋路堤土拱效应足尺模型试验研究提供了可能性。
(2)本发明利用盐袋模拟桩间软土，盐袋的变形具有更好的可控制性，变形稳定，能够避免在路堤填筑过程中就自动产生土拱效应。
(3)本发明利用背部带有横肋和纵肋的钢模板作为挡土结构，该种钢模板刚度大，变形很小；避免了路基的纵向变形，可以真实的模拟实际工程中的路基工况。
(4)本发明是一种足尺模型试验装置，所采用的填料以及土工格栅和实际工程中所采用的材料一致，更加符合实际工程的情况。
(5)本发明所模拟的土拱效应是一种三维土拱效应，所模拟的背景更加贴近实际工程，能进一步为实际工程提供科研依据。
附图说明
图1为本发明试验装置的平面示意图。
图2为沿图1中A-A线的剖视图。
图3为沿图1中B-B线的剖视图。
图中：1、试验槽，2、钢模板，3、混凝土桩帽，4、盐袋，5、进水口，6、出水口，7、加筋垫层，8、土工格栅，9、路基，10、纵肋，11、横肋，12、阀门，13、进出水管网。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1～图3所示，本发明模拟试验装置包括试验槽1、混凝土桩帽3、土工格栅8、路基9、纵肋10、横肋11和多层盐袋4，试验槽1安装在地面上，试验槽1由四块钢模板2在四边围合而成，四边钢模板2的外侧设有用于加强钢模板2刚度的多条纵肋10和多条横肋11；试验槽1内的地面上平铺有混凝土桩帽3，相邻的混凝土桩帽3之间填装有多层盐袋4，盐袋4的外周围连接进出水管网13，进出水管网13上有进水口5和出水口6，同时在进出水管网13和盐袋4连接处布置有阀门12，在混凝土桩帽3和盐袋4上部布置有加筋垫层7，加筋垫层7中部埋设有土工格栅8，加筋垫层7上部填筑路基9。
如图2和图3所示，纵肋10间隔平行均布在钢模板2上，横肋11间隔平行均布地通过各条纵肋10连接钢模板2，纵肋10和横肋11相交叉连接并且方向垂直。钢模板2的作用是限制路基9纵向线路方向的变形，钢模板2、纵肋10以及横肋11的宽度可以根据路基9填筑高度来确定。
如图1所示，进出水管网13的两侧分别设有进水口5和出水口6，在进出水管网13和盐袋4连接处布置有阀门12，通过对阀门12的控制可以实现盐袋4的分区变形，从而实现土拱效应的分区模拟。
如图2和图3所示，多层盐袋4填装后的顶端与混凝土桩帽3顶端持平。
本实施方式中，盐袋4可以选择轻薄并且不透水的聚氯乙烯(PVC)材料，盐袋4内部充满食盐后应为长方体形状。
路基9为梯形形状。
混凝土桩帽3的尺寸以及布置形式可根据试验所需确定。按照混凝土桩帽3的尺寸、布置形式以及试验过程中盐袋4的单次下沉量，确定盐袋4的尺寸以及个数；确定好盐袋4的尺寸和个数后，将每个盐袋4通过管道分别连接到进出水管网上，布置在混凝土桩帽3周围，盐袋4和混凝土桩帽3之间无缝隙。在对盐袋4充水排水的过程中，可以通过控制进水的大小来控制盐袋4沉降的快慢。
本发明模拟试验装置的具体施工过程如下：
本发明四边的钢模板2之间的连接通过螺杆固定连接，钢模板2外侧交叉布置纵肋10以及横肋11，以加强钢模板2的刚度，限制钢模板2的变形，搭建好试验槽1，试验槽1的长宽高分别为15m×6m×4m，在试验槽内1内布置有混凝土桩帽3，混凝土桩帽3的长宽高分别为1m×1m×0.2m，在混凝土桩帽3间布置多层盐袋4，每层盐袋4的厚度可以根据试验方案设计调整，多层盐袋4的顶部和混凝土桩帽3的顶部持平，盐袋4布置完成后，在盐袋4外部连接进出水管网13，加筋垫层7填料填筑在混凝土桩帽3和盐袋4上方。
加筋垫层7填筑高度到一半时，铺设土工格栅8，再继续填筑加筋垫层7直到填筑至相应的高度，加筋垫层7的厚度为0.5m，对路基9填料进行分层填筑，每层填料的虚铺厚度为40cm，并用压实机进行压实，路基的填筑高度为3.2m，路基9填筑完成后，通过进水口5对某一层的盐袋4进行充水，同时利用出水口6排水，通过阀门12的控制确定需要溶解的盐袋4，将该层盐袋4内的盐溶解后排出，使得盐袋4和混凝土桩帽3产生桩土差异沉降，排出一层盐,4的盐，然后重复以上排水过程对其他各层盐袋依次进水排水，由此实现盐袋4的分级下沉，并且实现了分区模拟，在路基9内部形成土拱，并使得土拱在盐袋4沉降发展的过程中演化。
上述的对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种足尺桩承式加筋路堤三维土拱效应的模拟试验装置，其特征在于：包括试验槽，其安装于地面上；试验槽内的地面上平铺有多个混凝土桩帽，相邻混凝土桩帽之间通过盐袋填充；
所述混凝土桩帽与盐袋所布置区域的外围设有与盐袋连接的进出水管网；混凝土桩帽与盐袋所布置区域的顶部以及外围铺设有加筋垫层；所述加筋垫层中埋设有土工格栅，加筋垫层顶部填筑有路基。
2.根据权利要求1所述的模拟试验装置，其特征在于：所述的试验槽由四块钢模板按矩形围合而成。
3.根据权利要求2所述的模拟试验装置，其特征在于：所述的钢模板外侧设有多条纵肋和横肋，所述的多条纵肋沿竖直方向等间隔平行设置于钢模板上，所述的多条横肋沿水平方向等间隔平行设置于钢模板上，横肋与纵肋交叉垂直连接。
4.根据权利要求1所述的模拟试验装置，其特征在于：所述进出水管网的两侧分别设有进水口和出水口。
5.根据权利要求1所述的模拟试验装置，其特征在于：所述进出水管网与盐袋的各连接处均布置有阀门。
6.根据权利要求1所述的模拟试验装置，其特征在于：所述的盐袋采用轻薄且不透水的聚氯乙烯材料，盐袋内部填充有食盐。
7.根据权利要求1所述的模拟试验装置，其特征在于：所述路基的纵截面为等腰梯形。
8.根据权利要求1所述的模拟试验装置，其特征在于：所述的多个混凝土桩帽采用阵列形式排布。
9.根据权利要求1所述的模拟试验装置，其特征在于：所述的盐袋顶端与混凝土桩帽顶端持平。
CN201510795559.2A 2015-11-18 2015-11-18 一种足尺桩承式加筋路堤三维土拱效应的模拟试验装置 Active CN105372408B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510795559.2A CN105372408B (zh) 2015-11-18 2015-11-18 一种足尺桩承式加筋路堤三维土拱效应的模拟试验装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510795559.2A CN105372408B (zh) 2015-11-18 2015-11-18 一种足尺桩承式加筋路堤三维土拱效应的模拟试验装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105372408A true CN105372408A (zh) 2016-03-02
CN105372408B CN105372408B (zh) 2017-03-08

Family

ID=55374788

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510795559.2A Active CN105372408B (zh) 2015-11-18 2015-11-18 一种足尺桩承式加筋路堤三维土拱效应的模拟试验装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105372408B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107315082A (zh) * 2017-07-24 2017-11-03 武汉理工大学 一种三维阵列式多沉陷门模型试验系统
CN112697598A (zh) * 2020-12-07 2021-04-23 西南交通大学 模拟地基胀缩的桩网铁路路基平面应变试验装置及方法
CN113255176A (zh) * 2021-04-15 2021-08-13 东南大学 一种基于数值模拟的多向复合加筋垫层加固方法
RU2809481C1 (ru) * 2023-04-19 2023-12-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) Способ контроля деформационных характеристик армированного вертикальными элементами слабого грунта

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1975807A (zh) * 2006-12-14 2007-06-06 浙江大学 一种土拱效应演示仪
CN202247966U (zh) * 2011-07-25 2012-05-30 余闯 一种模拟复杂荷载条件下桩承式路堤模型试验装置
CN103352482A (zh) * 2013-07-05 2013-10-16 西安建筑科技大学 桩承式加筋路堤平面土拱效应试验装置
CN103389364A (zh) * 2013-07-30 2013-11-13 西安建筑科技大学 桩承式加筋路堤三维土拱效应试验装置和方法
CN203606356U (zh) * 2013-11-13 2014-05-21 同济大学 模拟土拱效应及加筋土拱作用的试验装置
CN105044306A (zh) * 2015-07-01 2015-11-11 重庆大学 一种桩承式路堤透明土模型试验装置和方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1975807A (zh) * 2006-12-14 2007-06-06 浙江大学 一种土拱效应演示仪
CN202247966U (zh) * 2011-07-25 2012-05-30 余闯 一种模拟复杂荷载条件下桩承式路堤模型试验装置
CN103352482A (zh) * 2013-07-05 2013-10-16 西安建筑科技大学 桩承式加筋路堤平面土拱效应试验装置
CN103389364A (zh) * 2013-07-30 2013-11-13 西安建筑科技大学 桩承式加筋路堤三维土拱效应试验装置和方法
CN203606356U (zh) * 2013-11-13 2014-05-21 同济大学 模拟土拱效应及加筋土拱作用的试验装置
CN105044306A (zh) * 2015-07-01 2015-11-11 重庆大学 一种桩承式路堤透明土模型试验装置和方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHEN YUN-MIN,ET AL.: "An experimental investigation of soil arching within basal reinforcedand unreinforced piled embankments", 《GEOTEXTILES AND GEOMEMBRANES》 *
徐超 等: "桩承式加筋路堤土拱及格栅受力模型试验研究", 《长江科技学院院报》 *
陈仁朋 等: "桩承式加筋路堤土拱及格栅受力模型试验研究", 《地下空间与工程学报》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107315082A (zh) * 2017-07-24 2017-11-03 武汉理工大学 一种三维阵列式多沉陷门模型试验系统
CN107315082B (zh) * 2017-07-24 2024-05-24 武汉理工大学 一种三维阵列式多沉陷门模型试验系统
CN112697598A (zh) * 2020-12-07 2021-04-23 西南交通大学 模拟地基胀缩的桩网铁路路基平面应变试验装置及方法
CN112697598B (zh) * 2020-12-07 2022-03-25 西南交通大学 模拟地基胀缩的桩网铁路路基平面应变试验装置及方法
CN113255176A (zh) * 2021-04-15 2021-08-13 东南大学 一种基于数值模拟的多向复合加筋垫层加固方法
CN113255176B (zh) * 2021-04-15 2024-01-16 东南大学 一种基于数值模拟的多向复合加筋垫层加固方法
RU2809481C1 (ru) * 2023-04-19 2023-12-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) Способ контроля деформационных характеристик армированного вертикальными элементами слабого грунта

Also Published As

Publication number Publication date
CN105372408B (zh) 2017-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107505196A (zh) 一种可灵活操作的三维土拱效应研究试验装置及操作方法
CN105353105B (zh) 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
CN107024574A (zh) 一种土拱效应模拟试验装置及试验方法
CN103758113B (zh) 一种格栅围箍抗液化地基加固方法
CN105372408A (zh) 一种足尺桩承式加筋路堤三维土拱效应的模拟试验装置
CN109930635A (zh) 一种淤泥质土层中单桩基础的模型系统及试验方法
CN106049213A (zh) 一种公路软土路基不均匀沉降的控制方法及结构
CN109914173A (zh) 高速公路改扩建工程中泡沫轻质土浇筑台背结构及其施工方法
CN108205057A (zh) 地下工程截断水循环路径引发城区地层塌陷的模拟试验装置
CN103389364A (zh) 桩承式加筋路堤三维土拱效应试验装置和方法
CN206095660U (zh) 一种多功能缩尺隧道结构静动力响应特性室内试验系统
CN101781897B (zh) 锚定板加筋格宾挡土墙及其施工方法
CN103352482A (zh) 桩承式加筋路堤平面土拱效应试验装置
CN109162161B (zh) 一种含结构物路段的道路结构及其施工方法
CN109653242A (zh) 复合地基加筋拱箱型挡墙结构及施工方法
CN206070724U (zh) 采用y型柱与抗拔桩结合设计大跨度深埋地铁车站的结构
CN104297447A (zh) 一种地面沉降对地铁隧道影响的物理模拟方法
CN107514008A (zh) 复合地基加筋悬臂式挡墙结构及施工方法
CN205975243U (zh) 公路软土路基不均匀沉降的控制结构
CN201801880U (zh) 异型组合截面桩变截面变刚度承台结构
CN106193139B (zh) 一种临河基坑施工对桩基影响的测试装置
CN204456151U (zh) 竹排桩超大围堰
CN203346920U (zh) 桩承式加筋路堤平面土拱效应试验装置
CN204753289U (zh) 一种湿陷性黄土地基层上道路拓宽体系
CN203878628U (zh) 一种可拆卸组合式桩承式加筋路堤模型箱

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: No. 89 round City West Road, Xihu District, Hangzhou, Zhejiang

Co-patentee after: Zhejiang University

Patentee after: Zhejiang transportation planning and Design Research Institute Co., Ltd.

Address before: No. 89 round City West Road, Xihu District, Hangzhou, Zhejiang

Co-patentee before: Zhejiang University

Patentee before: Zhejiang Provincial Plan Design&Research Institute of Communications

CP01 Change in the name or title of a patent holder
CP03 Change of name, title or address

Address after: No. 928, yuhangtang Road, Xihu District, Hangzhou City, Zhejiang Province 310011

Patentee after: Zhejiang shuzhijiaoyuan Technology Co.,Ltd.

Patentee after: ZHEJIANG University

Address before: 310006 No. 89 West Ring Road, Hangzhou, Zhejiang, Xihu District

Patentee before: ZHEJIANG PROVINCIAL INSTITUTE OF COMMUNICATIONS PLANNING DESIGN & RESEARCH Co.,Ltd.

Patentee before: ZHEJIANG University

CP03 Change of name, title or address