CN108343101A - 一种土工格栅处置拓宽路基加筋效果的试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土工格栅处置拓宽路基加筋效果的试验装置及方法，它解决了现有技术中没有涉及到拓宽路基中土工格栅应用与否影响到拓宽路基沉降量的问题，具有得出沉降过程中不同层位土压力分布规律的有益效果，其方案如下：一种土工格栅处置拓宽路基加筋效果的试验装置，包括模型架，模型架内设置用于模拟旧路基的固定板，模型架内固定板一侧设置用于模拟拓宽路基的可移动板，可移动板相对于固定板转动设置，模型架内在固定板与可移动板表面设置后填土，后填土内能够设置土工格栅，后填土内布设若干土压力计。

Description

一种土工格栅处置拓宽路基加筋效果的试验装置及方法

技术领域

本发明涉及路基拓宽领域，特别是涉及一种土工格栅处置拓宽路基加筋效果的试验装置及方法。

背景技术

近年来，随着中国交通建设的迅速发展，高速公路拓宽工程越来越多。然而，拓宽路基由于新老路基修建历史、填料和压实度的差异，新老路基顶面将产生横向不均匀沉降变形。我国在高速公路建设初期，由于受当时经济和技术水平的制约，在已经建成并投入使用的高速公路中，绝大多数为双向四车道的规模，双向六车道以上断面形式的高速公路所占比例很低。但随着经济的快速发展，高速公路担负着各种经济区域间的繁重运输任务，交通量急剧增加，在部分路段的高峰时段交通量已达到了通行能力的上限。为满足日益增长的交通量需求，只有新建高速公路复线或者在原有的高速公路的基础上进行拓宽。而新建高速公路复线，不但投资规模大，占用土地多，还容易造成路网分布不均。因此，从长远的角度讲，高速公路拓宽工程将是高速公路解决其迅猛增长的交通量的主要方法。但是拓宽工程所涉及的问题比新建工程复杂得多，它不仅需要考虑新拓宽路基在自身重力产生沉降变形，还要考虑新路基荷载对旧路基的影响，同时还要保证新旧路基之间(特别是软基路段)不产生过大的差异沉降，以避免路面因此而发生变形和开裂。

虽然目前关于道路拓宽的研究很多，但是没有对加土工格栅来处置加筋路基的沉降量和压力变化开展相关方面的研究。

因此，需要对一种土工格栅处置拓宽路基加筋效果的试验装置进行新的研究设计。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种土工格栅处置拓宽路基加筋效果的试验装置，可用于研究有无格栅、格栅数目、沉降模式的不同对拓宽后的路基沉降量的影响，并得出沉降过程中不同层位土压力的分布规律，以更好地指导实践。

一种土工格栅处置拓宽路基加筋效果的试验装置的具体方案如下：

一种土工格栅处置拓宽路基加筋效果的试验装置，包括模型架，模型架内设置用于模拟旧路基的固定板，模型架内固定板一侧设置用于模拟拓宽路基的可移动板，可移动板相对于固定板转动设置，模型架内在固定板与可移动板表面设置后填土，后填土内能够设置土工格栅，土工格栅设于可移动板和固定板的上方的后填土内，后填土内布设若干土压力计，土工格栅对土压力有重新分布的作用，通过测量土压力，可得出土工格栅的设置是否有减小土压力的作用，以及如何设置土工格栅能延长拓宽路基的使用寿命。

上述的试验装置，可移动板能够相对于固定板转动设置，能较好实现实际路基拓宽后拓宽路基发生的不均匀沉降，从而获得路基在沉降过程中不同层位土压力的分布规律，并对实际施工过程中拓宽路基应该如何进行设置提供设计思路。

进一步地，所述固定板与所述可移动板之间铰接连接，且为了实现实际工程中拓宽路基发生整体沉降的模拟，可移动板能够相对于固定板向下平动，为了模拟拓宽路基相对于原有路基的实际沉降变化，不仅要实现固定板与可移动板的相对转动，还需要实现可移动板相对于固定板的向下平动，以模拟拓宽路基相对于原有路基产生位移变化，因可移动板距离模型架有设定的高度，因此在研究向下平动过程时，可将固定板与可移动板之间的铰接件如折页去除。

进一步地，为了研究不同层位土压力的分布规律，所述土压力计在后填土内分层布设，且土压力计设于固定板、可移动板与后填土之间，通过分层设置土压力计，有利于确定土工格栅距离可移动板的距离如何设置为最优。

进一步地，所述后填土表面设有多个位移传感器，位移传感器末端与后填土表面垂直设置，用于测量后填土表面沉降量。

进一步地，所述可移动板底部与牵引机构固连，牵引机构带动可移动板向下平动，或者，带动可移动板相对于固定板旋转设定角度。

进一步地，所述固定板与模型架底部间隔设定距离设置，在模型架底部竖直设置分隔板以对固定板进行支撑。

进一步地，所述模型架底部设置底座支架，底座支架设置用于支撑所述牵引机构的横梁。

进一步地，所述模型架一侧为透明板或半透明板以观测后填土的变化，与模型架相对的一侧设置挡板，模型架另对立的两侧分别设置挡土墙。

进一步地，所述位移传感器、土压力计分别与数据采集设备单独连接，位移传感器选用百分表。

为了克服现有技术的不足，本发明还提供了土工格栅处置拓宽路基加筋效果的试验装置的试验方法，具体步骤如下：

1)在模型架内固定板与可移动板表面分层铺设后填土，分层铺设过程中在距离固定板设定高度处设置土压力计，并夯实后填土，在模型架内后填土表面设置位移传感器；

2)采用设定方法测定土的相对密实度，控制相对密实度符合试验要求，并记录土压力计和位移传感器的数据；

3)控制可移动板相对于固定板转动和/或向下平动，并记录土压力计和位移传感器的数据；

4)步骤3)完成后，更换模型架内后填土，重复步骤1)，并在铺设后填土过程中设置土工格栅；

5)重复步骤2)-步骤3)；

6)步骤5)完成后，更换模型架内后填土，重复步骤1)，并在铺设后填土过程中设置多层土工格栅；

7)重复步骤2)-步骤3)。

此外，土工格栅可单独设于可移动板上方的后填土内，或者通过改变土工格栅的厚度，来确定不同位置，不同厚度土工格栅的设置对路基下沉量的影响。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明装置是可拼装结构，试验装置可重复利用，具有高适用性、高经济性的特点。

2)本发明试验装置铺设了透明高强的有机玻璃板，可以在试验操作过程中对土体的沉降形态等进行肉眼观察。

3)本发明试验装置可实现有无土工格栅和土工格栅数目对新填筑路基沉降量的影响，通过不加格栅、铺一层格栅和铺两层格栅，并通过百分表读取记录墙体侧向位移数据，通过对比来确定土工格栅对路基下沉量的影响，通过动态信号采集分析系统采集土压力数据，通过电百分表读取记录墙体侧向位移数据。

4)本发明试验装置的监测系统完善，可以采集不同的试验数据，在回填土内部埋设土压力计，用以监测路基土压力的分布规律，且在土工格栅下部埋设另一层土压力计，用以监测加上土工格栅后土压力的变化；在路基上部安装百分表，用以监测不同位置处路基的下沉量。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明土工格栅处置拓宽路基加筋试验装置的立体图；

图2为本发明土工格栅处置拓宽路基加筋试验装置底板转动时的正视图；

图3为本发明土工格栅处置拓宽路基加筋试验装置底板平动时的正视图；

图4为本发明土工格栅处置拓宽路基加筋试验装置的侧视图；

图5为本发明土工格栅处置拓宽路基加筋试验装置的俯视图；

图6为土压力监测俯视图；

图中：1底座支架，2横梁，3竖梁，4固定板，5可移动板，6分隔板，7-1后侧挡板，7-2前侧玻璃挡板，8-1右侧挡板，8-2左侧挡板，9千斤顶，10支架，11折页，12土压力盒，13百分表。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种土工格栅处置拓宽路基加筋效果的试验装置。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1-图4所示，一种土工格栅处置拓宽路基加筋效果的试验装置，包括模型架，模型架内设置用于模拟旧路基的固定板4，模型架4内固定板一侧设置用于模拟拓宽路基的可移动板5，可移动板5相对于固定板4转动设置，二者通过折页11进行连接，模型架内在固定板4与可移动板5表面设置后填土，后填土内能够设置土工格栅，后填土内布设若干土压力计，所述可移动板5底部与牵引机构固连，牵引机构带动可移动板5向下平动，或者，带动可移动板5相对于固定板4旋转设定角度，模型架底部设置底座支架1，底座支架1包括多根竖梁3，且多根竖梁3之间设置用于支撑牵引机构的横梁2，土压力计(设于土压力盒12内)与数据采集箱(选用应变式采集箱)。

其中，牵引机构选用千斤顶9，千斤顶9可设置多个，当需要可移动板5相对于固定板4旋转运动时，其中一个千斤顶推动可移动板5即可，当需要可移动板5相对于固定板4向下平动时，需要拆卸二者之间的折页11，然后由两个或三个千斤顶9带动可移动板向下平动，千斤顶9底部设于横梁2，顶部穿过模型架底部设置后与可移动板5接触设置。

而且可移动板与固定板在起始位置，均设于模型架内中段或者下段，固定板一端底部设置分隔板6，分隔板6起到支撑固定板的作用。

如图5、图6所示，本发明装置的土压力及位移监测分别是用土压力计11及位移传感器(选用电子式百分表12)采集。土压力计11以设定的间距埋置于路基内，为了提高数据的准确度，避免一组数据的偶然性，在墙身内侧按照相同的间距埋置两列或多列土压力计，并且将多个土压力计同一高度埋置于路基同一平面内，电子式百分表12也以设定间距安装在路基表面。

本实施例中试验装置中模型架整体呈长方体状，长1.5m，宽0.8米，高1.2米，底座支架高0.4m，为框架结构；模型架采用厚度20mm的Q235碳素钢板制作而成，模型架前方的前侧玻璃挡板7-2铺设透明高强有机玻璃板，后侧设置后侧挡板7-1，另外两侧分别设置左侧挡板8-2和右侧挡板8-1。监测对象包括路基土压力检测、路基沉降量。土压力量测是采用量程为50kpa的LY-350型应变式土压力计。路基沉降量是采用量程为50mm的电子式百分表，土工格栅采用塑料土工格栅，规格为1.5×0.8m。

本发明的一种土工格栅处置拓宽路基加筋效果的试验装置的试验方法，具体包括以下几个步骤：

1)人工完成试验装置的底座支架、模型架以及模型架内的结构的组装，当做底板平动的试验时，要把折页拆掉，使底板可以平动；

2)将土压力计埋置于距离固定板15公分处，并用数据线将每个土压力计连接在应变式采集箱，采集箱数据通过连接电脑上的动态信号采集分析系统记录汇总，埋置好土压力计后将电子式百分表通过表座固定在装土箱后侧设定位置；

3)按照试验方案准备砂土，先进行第一层15cm的填筑，用夯板进行人工夯实，按照设定距离布设土压力计，并在土压力计上部覆盖一层细砂，以保证土压力计受力均匀，为了避免夯板冲击对埋设仪器的影响，为了提高数据的准确性，在距仪器埋设30cm范围内采用夯锤夯实，夯实后采用灌水法测定土的相对密实度，控制相对密实度符合试验要求(其他层的相对密实度用同样方法测定控制)，记录相关数据；

4)记录第一层数据后，进行第二层30cm的填筑，并按设定间隔布设土压力计，夯实整平，记录相关数据；

5)记录第二层数据后，进行最后一层30cm的填筑，夯实整平，记录相关数据；

6)填筑满土体后，根据不同的工况进行不同的试验操作，

7)若是考虑有无格栅对路基下沉量的影响，则只需在距离底板15cm处铺设一层土工格栅；若是考虑土工格栅数目对路基下沉量的影响，则还需在距离底板45cm处铺设另一层土工格栅，或者改变土工格栅距离可移动板的高度，或者土工格栅的厚度，后填土夯实后，用千斤顶控制可移动板的位移量，千斤顶每转动一次，要记录百分表数据以及土压力计数据；

8)根据实验方案，使千斤顶升高或者降低，改变可移动板相对于固定板的旋转角度，或者可移动板相对于固定板的下移值，重复步骤2)-步骤7)，完成整个试验操作。

在保证可移动板位移变化一致的前提下，分析有无格栅、格栅的数量设置、位置设置等不同情况下，通过不同土压力计和百分表的数据记录，分析土工格栅对路基下沉量的影响。

实施例1

可选用干砂作为路基填筑材料。

组装试验装置的底座支架和模型架以及模型架内的结构，在路基内侧埋置土压力计，在路基表面安装电子式百分表，土压力计通过数据线与应变式采集箱连接，通过动态信号采集分析系统记录数据，之后分层进行砂土的填筑，共分三层，每层层厚分别为15cm、30cm、30cm，在每层填筑完成后都进行夯实整平处理，在靠近埋设仪器的一侧30cm范围内采用夯锤夯实，其他部分用夯板人工夯实，控制其相对密实度在80％以上并做好记录。进行可移动板转动试验时，应先填筑15cm的干砂，压实后，按设定距离布设土压力计；继续填筑30cm的干砂，压实后，按设定距离布设土压力计，研究不同沉降量土压力分布变化规律；继续填筑干砂30cm，压实平整后，在其表面以一定的间距布设电子式百分表。在底座支架上放置千斤顶，控制可移动板的移动。最后用动态信号采集分析系统收集土压力数据，整理分析数据，将固定板和可移动板相连接的折页拆掉后可实现可移动板的平动实验，其余保持不变。

实施例2

可选用干砂作为路基填筑材料。

组装试验装置的底座支架和模型架以及模型架内的结构，在路基内侧埋置土压力计，在路基表面安装电子式百分表，土压力计通过数据线与数据采集箱连接，通过动态信号采集分析系统记录数据，之后分层进行砂土的填筑，共分三层，每层层厚分别为15cm、30cm、30cm，在每层填筑完成后都进行夯实整平处理，在靠近埋设仪器的一侧30cm范围内采用夯锤夯实，其他部分用夯板人工夯实，控制其相对密实度在80％以上并做好记录。进行可移动板转动试验时，应先填筑15cm的干砂，压实后，按设定距离布设土压力计；继续填筑30cm的干砂，压实后，按设定距离布设土压力计，研究不同沉降量土压力分布变化规律，并铺设一层土工格栅；继续填筑干砂30cm，压实平整后，在其表面以设定的间距布设电子式百分表。在底座支架上放置千斤顶，控制底板的移动。最后用动态信号采集分析系统收集土压力数据，整理分析数据。将固定板和可移动板相连接的折页拆掉后可实现可移动板的平动实验，其余保持不变。

实施例3

可选用干砂作为路基填筑材料。

组装试验装置的支架和模型架以及模型架内的结构，在路基内侧埋置土压力计，在路基表面安装电子式百分表，土压力计通过数据线与数据采集箱连接，通过动态信号采集分析系统记录数据，之后分层进行砂土的填筑，共分三层，每层层厚分别为15cm、30cm、30cm，在每层填筑完成后都进行夯实整平处理，在靠近埋设仪器的一侧30cm范围内采用夯锤夯实，其他部分用夯板人工夯实，控制其相对密实度在80％以上并做好记录。进行可移动板转动试验时，应先填筑15cm的干砂，压实后，按设定距离布设土压力计，并铺设第一层土工格栅；继续填筑30cm的干砂，压实后，按设定距离布设土压力计，研究不同沉降量土压力分布变化规律，并铺设第二层土工格栅；继续填筑干砂30cm，压实平整后，在其表面以设定的间距布设电子式百分表。在底座支架放置千斤顶，控制可移动板的移动。最后用动态信号采集分析系统收集土压力数据，整理分析数据。将固定板和可移动板相连接的折页拆掉后可实现可移动板的平动实验，其余保持不变。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种土工格栅处置拓宽路基加筋效果的试验装置，其特征在于，包括模型架，模型架内设置用于模拟原有路基底部的固定板，模型架内固定板一侧设置用于模拟拓宽路基底部的可移动板，可移动板相对于固定板转动设置，模型架内在固定板与可移动板表面设置后填土，后填土内能够设置土工格栅，后填土内布设若干土压力计。

2.根据权利要求1所述的一种土工格栅处置拓宽路基加筋效果的试验装置，其特征在于，所述固定板与所述可移动板之间铰接连接，且可移动板能够相对于固定板向下平动。

3.根据权利要求1所述的一种土工格栅处置拓宽路基加筋效果的试验装置，其特征在于，所述土压力计在后填土内分层布设，且土压力计设于固定板、可移动板与后填土之间。

4.根据权利要求1所述的一种土工格栅处置拓宽路基加筋效果的试验装置，其特征在于，所述后填土表面设有多个位移传感器，位移传感器末端与后填土表面垂直设置。

5.根据权利要求1所述的一种土工格栅处置拓宽路基加筋效果的试验装置，其特征在于，所述可移动板底部与牵引机构固连，牵引机构带动可移动板向下平动，或者，带动可移动板相对于固定板旋转设定角度。

6.根据权利要求1所述的一种土工格栅处置拓宽路基加筋效果的试验装置，其特征在于，所述固定板与模型架底部间隔设定距离设置。

7.根据权利要求5所述的一种土工格栅处置拓宽路基加筋效果的试验装置，其特征在于，所述模型架底部设置底座支架，底座支架设置用于支撑所述牵引机构的横梁。

8.根据权利要求1所述的一种土工格栅处置拓宽路基加筋效果的试验装置，其特征在于，所述模型架一侧为透明板或半透明板以观测后填土的变化，与模型架相对的一侧设置挡板，模型架另对立的两侧分别设置挡土墙。

9.根据权利要求4所述的一种土工格栅处置拓宽路基加筋效果的试验装置，其特征在于，所述位移传感器、土压力计分别与数据采集设备单独连接。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的土工格栅处置拓宽路基加筋效果的试验装置的试验方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)在模型架内固定板与可移动板表面分层铺设后填土，分层铺设过程中在距离固定板设定高度处设置土压力计，并夯实后填土，在模型架内后填土表面设置位移传感器；

2)采用设定方法测定土的相对密实度，控制相对密实度符合试验要求，并记录土压力计和位移传感器的数据；

3)控制可移动板相对于固定板转动和/或向下平动，并记录土压力计和位移传感器的数据；

4)步骤3)完成后，更换模型架内后填土，重复步骤1)，并在铺设后填土过程中设置土工格栅；

5)重复步骤2)-步骤3)；

6)步骤5)完成后，更换模型架内后填土，重复步骤1)，并在铺设后填土过程中设置多层土工格栅；

7)重复步骤2)-步骤3)。