CN108508141B - 一种桩承式加筋路堤三维变形场可视化试验装置及其试验方法 - Google Patents
一种桩承式加筋路堤三维变形场可视化试验装置及其试验方法 Download PDFInfo
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Abstract
发明提供一种桩承式加筋路堤三维变形场可视化试验装置及其试验方法。该试验装置包括模型槽、若干模型桩和桩帽。所述模型槽采用透明材料制成，整体为一个矩形箱体。工作时，所述模型槽安置在光学平台上。所述模型桩的底部插入凹槽中。3个激光器发射的激光在透明土中形成三个激光平面。试验时，控制排水阀门以恒定速率放出下模型槽中的水，模拟软土层在路堤填土的自重下发生的沉降过程。该试验装置的试验方法包括试验设计、模型制作、模型槽定位、布桩、配土、试验和数据处理等步骤。该装置的沉降模式与实际相符合、安全可靠且成本节约。
Description
技术领域
本发明涉及一种地基处理领域的模型试验技术，尤其涉及一种桩承式加筋路堤三维变形场可视化试验装置和试验方法。
背景技术
我国幅员辽阔，地质条件千差万别，在滨海平原、三角洲、河湖岸边及山间谷地等有大量软土分布。而在修建高速公路、高速铁路时，因为选线受限，不得不穿越这些区域。软土通常含水量大、压缩性高、承载力低，有的还富含有机质，且由于渗透性差，短期内难以达到很好的固结效果。若不加以处理，则可能使公路、铁路产生过大沉降，影响使用。
桩承式路堤因为土拱效应的存在，可将路堤上大部分荷载传递到桩上，既能减小路基沉降，又能节省地基加固造价，因而得到广泛应用。而在刚性桩上铺设加筋材料，利用加筋材料的张拉膜效应和土拱效应，桩上能承担更多的荷载，从而减小路基的差异沉降。
由于土体是非透明的，传统的摄影测量方法一般只能测量土体表面的变形，无法观测到土体内部变形。若要测量桩承式路堤内部变形，则需要通过在路堤中埋设位移测量装置来获取变形数据，而很多模型试验本身尺寸较小，埋入土中的测量装置和线缆等会严重干扰土体的承载性能，得到的数据也只是几个特征点的零散数据，无法得到土体内部三维变形场。
现有技术中存在一种透明土模型试验方法，但该方法存在诸多不足：采用水袋模拟地基沉降，水袋上需预留与桩间距一致的孔洞，每改变一次试验工况，需要重新制作水袋；由于水袋异形效应严重，受力复杂，容易导致放水后水袋表面变形不均；模型桩和桩帽是粘结在模型箱底部，位置精度难以控制，容易倾斜；采用土工格栅模拟加筋层，材料强度和模量太大，在小型模型试验中不满足相似性；水袋放水以后变形不易恢复；水袋部分地基和透明土部分路堤安放在一个模型槽，不方便安装和拆卸。
发明内容
本发明的目的是提供一种桩承式加筋路堤三维变形场可视化试验装置及其试验方法，以解决现有技术中存在的问题。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种桩承式加筋路堤三维变形场可视化试验装置，包括模型槽、若干模型桩和桩帽。
所述模型槽采用透明材料制成，整体为一个矩形箱体。所述模型槽可拆分为上模型槽和下模型槽。
所述上模型槽整体为一个矩形框体。这个矩形框体的下端具有外卷边Ⅰ。
所述下模型槽整体为一个矩形箱体。这个矩形箱体的上端具有外卷边Ⅱ。所述下模型槽底部布置有定位板。所述定位板板面上具有若干凹槽。所述下模型槽侧壁上设置有若干孔洞。排水管一端与下模型槽侧壁上的孔洞连接，另一端伸入量筒内。所述排水管上设置有排水阀门。
所述上模型槽和和下模型槽之间设置隔水乳胶膜。所述上模型槽和下模型槽拼合后，外卷边Ⅰ和外卷边Ⅱ通过法兰连接。
所述模型桩的桩顶设置有桩帽。
工作时，所述模型槽安置在光学平台上。所述模型桩的底部插入凹槽中。所述模型桩的上表面与下模型槽顶面平齐。所述桩帽位于上模型槽内。所述桩帽的顶面加筋乳胶膜。所述加筋乳胶膜与桩帽固定。所述下模型槽内注满水，上模型槽中填入透明土。所述光学平台上还安置有3个激光器和3个高速CCD相机。所述激光器和高速CCD相机均位于模型槽外侧。所述3个激光器分别位于模型槽的三个侧面。所述3个激光器发射的激光在透明土中形成三个激光平面。
试验时，控制排水阀门以恒定速率放出下模型槽中的水，模拟软土层在路堤填土的自重下发生的沉降过程。所述3个高速CCD相机的拍摄方向分别位于三个激光平面的法线方向，实时记录透明土散斑场的变化。
进一步，所述光学平台上还布置有2个滑轨和光学支架。所述激光器通过滑轨或光学支架与光学平台固定。所述滑轨和光学支架上设置有卡槽和刻度，所述激光器与滑轨或光学支架活动连接。
进一步，所述外卷边Ⅰ和外卷边Ⅱ之间设置有密封垫。所述密封垫采用橡胶材料制成。
进一步，所述模型槽采用透明有机玻璃或透明钢化玻璃制成。所述排水管采用聚乙烯材料制成。
进一步，所述透明土由石英砂颗粒与孔隙液体制配而成。所述石英砂颗粒粒径为0.5～1mm，比重Gs＝2.186，最小干密度ρmin＝0.970g/cm3，最大干密度ρmax＝1.274g/cm3。所述孔隙液体为正十二烷和15#白油混合液，混合液折射率为1.4585。
进一步，所述模型桩采用正方形或梅花形排列方式。
进一步，所述模型桩的桩顶具有模型桩榫头。所述模型桩榫头上设置有螺孔Ⅰ。所述桩帽的截面为圆形、方形或X形。所述桩帽上表面设置有螺孔Ⅱ，下表面设置有桩帽卯眼。所述螺孔Ⅱ与桩帽卯眼连通。所述模型桩榫头嵌入桩帽卯眼中。
本发明还公开一种采用上述试验装置的试验方法，包括以下步骤：
1)拟定试验方案，确定每组工况具体参数。
2)依据试验方案制作模型。
3)将下模型槽、激光器和高速CCD相机固定在光学平台上。
4)向下模型槽中注水，直至水面与下模型槽的顶面平齐。
5)通过定位板的孔洞布设模型桩，并在桩顶覆盖隔水乳胶膜。
)拼合上模型槽和下模型槽。其中，排水管的排水阀门关闭。
7)向上模型槽中配土：待透明土与桩帽上表面平齐时，铺设加筋乳胶膜。继续配土至设计位置。
8)对透明土进行预压。
9)打开激光器和高速CCD相机，在路堤内部形成散斑场。关闭其他室内光源，拍摄路堤原始照片作为初始状态。
10)设置每次排水量，打开排水阀门，继续保持激光器和高速CCD相机开启，按照预先设定的排水量不断排出下模型槽中的水，随着水的排出，上模型槽中的透明土产生变形，利用CCD相机在三个方向各拍摄一组照片。
11)将模型槽中透明土移出，清洗模型槽。
12)使用粒子图像测速软件处理图像，根据可视化平面上散斑场的变化得到路堤变形数据，用MATLAB软件对两组数据进行校核和筛选，得出变形数据。
进一步，在步骤8)之前，还具有排出透明土中气泡的相关步骤。
本发明的技术效果是毋庸置疑的：
A.可有效实现路堤内部变形可视化观测，操作简单且精度高；
B.模型制作方便，造价低，且能采用乳胶膜模拟加筋作用，采用定位板和榫卯结构减小人为误差；
C.采用密封排水实现试验的循环进行，采用加载板既能保证路堤受压均匀，又能保证不同工况相对密实度的统一；
D.缩短试验准备时间，将透明土试验可视化从二维拓展到三维，并对采集数据进行校核；
E.桩帽与模型桩采用榫卯结构，既能加强桩帽连接，又方便更换桩帽，实现安全可靠、节约成本和时间。
附图说明
图1为装置结构示意图；
图2为模型槽剖视图；
图3为激光平面示意图；
图4为模型桩结构示意图；
图5为实施例1中桩帽结构示意图；
图6为实施例2中桩帽结构示意图；
图7为实施例1中定位板结构示意图；
图8为实施例2中定位板结构示意图。
图中：上模型槽1、外卷边Ⅰ101、下模型槽2、外卷边Ⅱ201、模型桩3、模型桩榫头301、螺孔Ⅰ3011、桩帽4、螺孔Ⅱ401、桩帽卯眼402、隔水乳胶膜5、加筋乳胶膜6、排水管7、排水阀门701、量筒8、定位板9、凹槽901、激光器10、高速CCD相机11、滑轨12、光学支架13、透明土14、法兰15、光学平台16、密封垫17。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
本实施例公开一种桩承式加筋路堤三维变形场可视化试验装置，包括存在于o-xyz正交坐标系统中的模型槽，以及9根模型桩3和9个桩帽4。
参见图2和图3，所述模型槽采用透明有机玻璃制成，整体为一个矩形箱体。所述模型槽可拆分为上模型槽1和下模型槽2。
所述上模型槽1整体为一个矩形框体。这个矩形框体的下端具有外卷边Ⅰ101。
所述下模型槽2整体为一个矩形箱体。这个矩形箱体的上端具有外卷边Ⅱ201。所述下模型槽2底部布置有定位板9。参见图7，所述定位板9板面上具有9个供模型桩3嵌入的凹槽901。所述定位板9根据试验方案进行加工，定位板9与下模型槽2以及模型桩3接触处涂抹有可变形弹性橡胶，使定位板9与下模型槽2和桩模型桩3紧密连接。通过凹槽901可实现模型桩3的精确定位，并便于改变桩位布置，避免人工布桩产生的误差。采用机械加工的定位板固定模型桩，相比于用胶粘、划线预埋等方式更加精确，布桩时间也大大减小，提高了试验效率。所述下模型槽2侧壁上设置有孔洞。排水管7一端与下模型槽2侧壁上的孔洞连接，另一端伸入到量筒8内。所述排水管7上设置有排水阀门701以控制出水速率。使用量筒测量排水量控制沉降速率。
所述上模型槽1和和下模型槽2之间设置隔水乳胶膜5。所述上模型槽1和下模型槽2拼合后，外卷边Ⅰ101和外卷边Ⅱ201通过法兰15连接。
参见图4，所述模型桩3的桩顶具有模型桩榫头301。所述模型桩榫头301上设置有螺孔Ⅰ3011。所述隔水乳胶膜5剪有供模型桩榫头301穿过的孔。参见图5，所述桩帽设置为方形。所述桩帽4上表面设置有螺孔Ⅱ401，下表面设置有桩帽卯眼402。所述螺孔Ⅱ401与桩帽卯眼402连通。所述桩帽4高度选取1.5～3cm。所述模型桩榫头301嵌入桩帽卯眼402中，保证桩帽定位的准确。所述隔水乳胶膜5通过桩帽4夹住固定，防止试验过程中隔水乳胶膜4的滑移。所述隔水乳胶膜5将模拟路堤的透明土与产生沉降的水隔开。
工作时，所述模型槽安置在光学平台16上。所述模型桩3的底部插入凹槽901中。所述模型桩3采用正方形排列方式。所述模型桩3的上表面与下模型槽2顶面平齐。所述桩帽4位于上模型槽1内。所述桩帽4的顶面设置加筋乳胶膜6，模拟土工格栅。螺钉依次穿过加筋乳胶膜6、螺孔Ⅱ401和螺孔Ⅰ3011。采用不同厚度的加筋乳胶膜6可控制变形模量，实现不同强度的模拟，与模型试验尺寸相匹配。所述下模型槽2内注满水，模拟桩间软土，作为位移发生装置。上模型槽1中填入透明土14，模拟路堤。所述光学平台16上还安置有3个激光器10和3个高速CCD相机11。所述激光器10和高速CCD相机11均位于模型槽外侧。所述3个激光器10分别位于X、Y、Z三个方向。激光源10带有遮光板，防止各光源相互干扰。所述3个激光器10发射的激光在透明土14中形成三个激光平面。
试验时，控制排水阀门701以恒定速率放出下模型槽2中的水。模型槽中水的排出模拟路堤下软土的沉降，通过排水管阀门以及量筒可实现沉降的精确控制。放水后，隔水乳胶膜5内会出现拉力，使路堤变形更均匀，更符合实际情况。通过透明土14的沉降来模拟软土层在路堤填土的自重下发生的沉降过程。所述3个高速CCD相机11的拍摄方向分别位于三个激光平面的法线方向，分别记录路堤变形前后散斑场，研究路堤内部变形分布和变化规律。
本实施例采用了双层模型箱，将地基部分和路堤部分分离，该装置操作简单、精度高、效果好，可实现路堤内部变形可视化观测。模型制作方便，造价低，且能采用乳胶膜模拟加筋作用，采用定位板和榫卯结构减小人为误差，采用密封排水实现试验的循环进行，采用加载板既能保证路堤受压均匀，又能保证不同工况相对密实度的统一。
值得说明的是，模型桩3与桩帽4通过榫卯结构连接，方便安装与拆除，可实现同一桩距下桩帽不同形式、不同尺寸及其组合的试验。在模型桩3上连接桩帽4，可采集到桩帽4上路堤土的位移，与未采用桩帽4接长相比，不会出现桩顶平面土体沉降难以获得的问题。下模型槽2利用路堤土重挤压排水，卸除路堤土(即透明土14)后隔水乳胶膜5回弹使下模型槽2内部产生负压，可将水重新吸回装置中。变形恢复，从而在桩距不变时，实现试验的循环进行，减少布桩用时。在量筒8和排水阀7的辅助下，可以精确控制桩间沉降，且量筒直径越小，精度越高，与水袋排水或排沙等方式比，该模式的沉降与实际更符合。
实施例2：
本实施例公开一种桩承式加筋路堤三维变形场可视化试验装置，包括存在于o-xyz正交坐标系统中的模型槽，以及16根模型桩3和16个桩帽4。
所述模型槽采用透明钢化玻璃制成，整体为一个矩形箱体。所述模型槽可拆分为上模型槽1和下模型槽2。
所述上模型槽1整体为一个矩形框体。这个矩形框体的下端具有外卷边Ⅰ101。所述外卷边Ⅰ101底部粘贴密封垫17。所述密封垫17采用橡胶材料制成。所述上模型槽1内腔的最大边长为19cm，高度为22cm。
所述下模型槽2整体为一个矩形箱体。这个矩形箱体的上端具有外卷边Ⅱ201。所述下模型槽2内腔的最大边长为19cm，高6cm。
所述下模型槽2底部布置有定位板9。参见图8，所述定位板9板面上具有16个供模型桩3嵌入的凹槽901。通过凹槽901可实现模型桩3的精确定位，并便于改变桩位布置，避免人工布桩产生的误差。采用机械加工的定位板固定模型桩，相比于用胶粘、划线预埋等方式更加精确，布桩时间也大大减小，提高了试验效率。所述下模型槽2侧壁上设置有孔洞。排水管7一端与下模型槽2侧壁上的孔洞连接，另一端伸入到量筒8内。所述排水管7上设置有排水阀门701以控制出水速率。为保证沉降均匀，在下模型槽2四周开孔，同时排水使用量筒8测量排水量控制沉降速率。
所述上模型槽1和和下模型槽2之间设置隔水乳胶膜5。所述上模型槽1和下模型槽2拼合后，外卷边Ⅰ101和外卷边Ⅱ201通过法兰15连接。通过隔水乳胶膜5、密封垫17和法兰连接15，实现模型槽的密封。
参见图4，所述模型桩3的桩顶具有模型桩榫头301。所述模型桩榫头301上设置有螺孔Ⅰ3011。所述隔水乳胶膜5剪有供模型桩榫头301穿过的孔。参见图6，所述桩帽设置为圆形。所述桩帽4上表面设置有螺孔Ⅱ401，下表面设置有桩帽卯眼402。所述螺孔Ⅱ401与桩帽卯眼402连通。所述桩帽4高度选取1.5～3cm。所述模型桩榫头301嵌入桩帽卯眼402中，保证桩帽定位的准确。所述隔水乳胶膜5通过桩帽4夹住固定，防止试验过程中隔水乳胶膜4的滑移。所述隔水乳胶膜5将模拟路堤的透明土与产生沉降的水隔开。
工作时，所述模型槽安置在光学平台16上。所述模型桩3的底部插入凹槽901中。所述模型桩3采用梅花形排列方式，桩间距为5cm。所述模型桩3的上表面与下模型槽2顶面平齐。所述桩帽4位于上模型槽1内。所述桩帽4的顶面设置加筋乳胶膜6，模拟土工格栅。螺钉依次穿过加筋乳胶膜6、螺孔Ⅱ401和螺孔Ⅰ3011。采用不同厚度的加筋乳胶膜6可控制变形模量，实现不同强度的模拟，与模型试验尺寸相匹配。所述下模型槽2内注满水，模拟桩间软土，作为位移发生装置。上模型槽1中填入透明土14，模拟路堤。
参见图1，所述光学平台16上还布置有2个滑轨12、1个光学支架13、3个激光器10和3个高速CCD相机11。所述滑轨12、光学支架13、激光器10和高速CCD相机11均布置在模型槽外。2个滑轨12分别沿x方向和y方向布置。光学支架13的竖杆竖向(即z方向)布置。3个激光器10通过滑轨12或光学支架13与光学平台16固定。第一激光器与y方向滑轨活动连接，且可沿滑轨移动。第二激光器与两个滑轨12活动连接，可沿滑轨移动。第三激光源设置在光学支架13的竖杆上，可沿竖向移动。与第三激光源相对应的高速CCD相机布置在光学支架13的横杆上，用于从垂直方向上拍摄试验画面。3个激光源10均带有遮光板，防止各光源相互干扰。所述3个激光器10发射的激光在透明土14中形成三个激光平面。所述滑轨12和光学支架13的竖杆采用分级滑动，并装有标尺和夹具，保证激光面平行移动，且每次放水后激光面打在同一位置。3个高速CCD相机11的机拍摄方向分别位于三个激光平面的法线方向。
试验时，控制排水阀门701以恒定速率放出下模型槽2中的水。模型槽中水的排出模拟路堤下软土的沉降，通过排水管阀门以及量筒可实现沉降的精确控制。放水后，隔水乳胶膜5内会出现拉力，使路堤变形更均匀，更符合实际情况。通过透明土14的沉降来模拟软土层在路堤填土的自重下发生的沉降过程。所述3个高速CCD相机11分别记录路堤变形前后散斑场，研究路堤内部变形分布和变化规律。
本实施例解决了常规位移观测不够精确，位移测量装置对路堤扰动大且试验成本高的问题。在三个方向布置激光器和相机，可在路堤中采集到两组三个方向的位移，利用软件比较两组位移并筛选，可对试验数据进行校准，提高试验的精确度。
实施例3：
本实施例公开一种采用实施例1或2所述试验装置的试验方法，包括以下步骤：
1)试验设计：阅读相关文献、查阅资料，拟定试验方案，确定每组工况具体试验参数。其中，试验参数包括模型槽大小、桩帽4的形状和尺寸、桩距、布桩形式、填土高度、填土相对密实度和排水量等。
2)模型制作：依据试验方案制作模型。清洁模型槽与模型桩3，以防污染制备的透明土14，影响实验效果。
3)将下模型槽2、激光器10和高速CCD相机11固定在光学平台上。
4)布设模型桩3。
5)关闭排水阀门701，向下模型槽2中注水，直至水面与下模型槽2的顶面平齐。铺上隔水乳胶膜5并布置桩帽4。用马克笔将设计路堤高度在上模型槽1中标出。将上模型槽1与下模型槽2拼合，并通过法兰15连接固定。
6)向上模型槽1中配土。待透明土14与桩帽4上表面平齐时，铺设加筋乳胶膜6。继续配土至设计位置。其中，所述透明土14由石英砂颗粒与孔隙液体制配而成。所述石英砂颗粒粒径为0.5～1mm，比重Gs＝2.186，最小干密度ρmin＝0.970g/cm3，最大干密度ρmax＝1.274g/cm3。所述孔隙液体为正十二烷和15#白油的混合液，正十二烷和15#白油混合液的质量比为1：4。比例随温度会有略微变化，只需控制混合液折射率为1.4585即可。配土时，往上模型槽1中倒入预先配好的孔隙液体，并均匀、缓慢地将石英砂颗粒倒入孔隙液体中，边倒边搅拌，使透明土中气泡及时排出。
7)对透明土14进行预压。放入加载板，将砝码均匀放置加载板上，预压时间根据试验方案确定。本实施例中，预压半小时后卸载。利用砝码和加载板，可保证路堤土的均匀压密和密实度的统一。
8)将模型槽放入真空缸，吸出透明土14中多余气体。
9)试验：打开激光器10和高速CCD相机11，将激光强度逐渐调高并保持十分钟左右，使发射的激光稳定，激光在路堤内部形成散斑场。关闭其他室内光源，拍摄路堤原始照片作为初始状态。设置每次排水量。打开排水管阀门701，控制出水速度，边观察量筒8刻度边排水，直至达到设计排水量，关闭阀门。放下第二和第三激光器的遮光片，移动一次第一激光器拍摄一张照片。打开排水管阀门701，直至达到设计排水量，关闭阀门。放下第一和第三激光器的遮光片，移动一次第二激光器拍摄一张照片。打开排水管阀门701，直至达到设计排水量，关闭阀门。放下第一和第二激光器的遮光片，移动一次第三激光器拍摄一张照片。重复该过程在三个方向各拍摄一组照片。再次排水，继续拍照，直至装置中水无法排出或达到预定总排水量。
10)试验结束后关闭排水阀门，将模型槽中透明土14移出，清洗模型槽。
11)数据处理：使用粒子图像测速软件处理图像，根据可视化平面上散斑场的变化得到路堤变形数据，用MATLAB软件对两组数据进行校核和筛选，得出变形数据。利用PIVview2软件对采集的路堤变形图像进行分析，既包括对总变形和变形发展过程的分析，将变形数据用MATLAB软件校核、筛选，利用绘图软件汇出路堤总变形三维矢量图，三维云图，以及变形发展的动态矢量图和云图。
值得说明的是，模型试验装置利用水在路堤土自重下挤出模拟路堤下软土的沉降，而利用路堤土移走后产生的负压则能使下模型槽中水位回升，实现同一桩距下的循环试验。
Claims (9)
1.一种桩承式加筋路堤三维变形场可视化试验装置，其特征在于：包括模型槽、若干模型桩(3)和桩帽(4)；
所述模型槽采用透明材料制成，整体为一个矩形箱体；所述模型槽可拆分为上模型槽(1)和下模型槽(2)；
所述上模型槽(1)整体为一个矩形框体；这个矩形框体的下端具有外卷边Ⅰ(101)；
所述下模型槽(2)整体为一个矩形箱体；这个矩形箱体的上端具有外卷边Ⅱ(201)；所述下模型槽(2)底部布置有定位板(9)；所述定位板(9)板面上具有若干凹槽(901)；所述下模型槽(2)侧壁上设置有若干孔洞；排水管(7)一端与下模型槽(2)侧壁上的孔洞连接，另一端伸入量筒(8)内；所述排水管(7)上设置有排水阀门(701)；
所述上模型槽(1)和下模型槽(2)之间设置隔水乳胶膜(5)；所述上模型槽(1)和下模型槽(2)拼合后，外卷边Ⅰ(101)和外卷边Ⅱ(201)通过法兰(15)连接；
所述模型桩(3)的桩顶设置有桩帽(4)；
工作时，所述模型槽安置在光学平台(16)上；所述模型桩(3)的底部插入凹槽(901)中；所述模型桩(3)的上表面与下模型槽(2)顶面平齐；所述桩帽(4)位于上模型槽(1)内；所述桩帽(4)的顶面设置加筋乳胶膜(6)；所述加筋乳胶膜(6)与桩帽(4)固定；所述下模型槽(2)内注满水，上模型槽(1)中填入透明土(14)；所述光学平台(16)上还安置有3个激光器(10)和3个高速CCD相机(11)；所述激光器(10)和高速CCD相机(11)均位于模型槽外侧；所述3个激光器(10)分别位于模型槽的三个侧面；所述3个激光器(10)发射的激光在透明土(14)中形成三个激光平面；
试验时，控制排水阀门(701)以恒定速率放出下模型槽(2)中的水，模拟软土层在路堤填土的自重下发生的沉降过程；所述3个高速CCD相机(11)的机拍摄方向分别位于三个激光平面的法线方向，实时记录透明土散斑场的变化。
2.根据权利要求1所述的一种桩承式加筋路堤三维变形场可视化试验装置，其特征在于：所述光学平台(16)上还布置有2个滑轨(12)和光学支架(13)；所述激光器(10)通过滑轨(12)或光学支架(13)与光学平台(16)固定；所述滑轨(12)和光学支架(13)上设置有卡槽和刻度，所述激光器(10)与滑轨(12)或光学支架(13)活动连接。
3.根据权利要求1所述的一种桩承式加筋路堤三维变形场可视化试验装置，其特征在于：所述外卷边I(101)和外卷边II(201)之间设置有密封垫(17)；所述密封垫(17)采用橡胶材料制成。
4.根据权利要求1所述的一种桩承式加筋路堤三维变形场可视化试验装置，其特征在于：所述模型槽采用透明有机玻璃或透明钢化玻璃制成；所述排水管(7)采用聚乙烯材料制成。
5.根据权利要求1所述的一种桩承式加筋路堤三维变形场可视化试验装置，其特征在于：所述透明土(14)由石英砂颗粒与孔隙液体制配而成；所述石英砂颗粒粒径为0.5～1mm，比重Gs＝2.186，最小干密度ρmin＝0.970g/cm3，最大干密度ρmax＝1.274g/cm3；所述孔隙液体为正十二烷和15#白油混合液，混合液折射率为1.4585。
6.根据权利要求1所述的一种桩承式加筋路堤三维变形场可视化试验装置，其特征在于：所述模型桩(3)采用正方形或梅花形排列方式。
7.根据权利要求1所述的一种桩承式加筋路堤三维变形场可视化试验装置，其特征在于：所述模型桩(3)的桩顶具有模型桩榫头(301)；所述模型桩榫头(301)上设置有螺孔I(3011)；所述桩帽(4)的截面为圆形、方形或X形；所述桩帽(4)上表面设置有螺孔II(401)，下表面设置有桩帽卯眼(402)；所述螺孔II(401)与桩帽卯眼(402)连通；所述模型桩榫头(301)嵌入桩帽卯眼(402)中。
8.一种采用权利要求1所述试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)拟定试验方案，确定每组工况具体参数；
2)依据试验方案制作模型；
3)将下模型槽(2)、激光器(10)和高速CCD相机(11)固定在光学平台上；
4)向下模型槽(2)中注水，直至水面与下模型槽(2)的顶面平齐；
5)通过定位板的孔洞布设模型桩(3)，并在桩顶覆盖隔水乳胶膜(5)；
6)拼合上模型槽(1)和下模型槽(2)；其中，排水管(7)的排水阀门(701)关闭；
7)向上模型槽(1)中配土：待透明土(14)与桩帽(4)上表面平齐时，铺设加筋乳胶膜(6)；继续配土至设计位置；
8)对透明土(14)进行预压；
9)打开激光器(10)和高速CCD相机(11)，在路堤内部形成散斑场；关闭其他室内光源，拍摄路堤原始照片作为初始状态；
10)设置每次排水量，打开排水阀门(701)，继续保持激光器(10)和高速CCD相机(11)开启，按照预先设定的排水量不断排出下模型槽(2)中的水，随着水的排出，上模型槽(1)中的透明土产生变形，利用CCD相机(11)在三个方向各拍摄一组照片；
11)将模型槽中透明土(14)移出，清洗模型槽；
12)使用粒子图像测速软件处理图像，根据可视化平面上散斑场的变化得到路堤变形数据，用MATLAB软件对两组数据进行校核和筛选，得出变形数据。
9.根据权利要求8所述的试验方法，其特征在于：在步骤8)之前，还具有排出透明土(14)中气泡的相关步骤。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09304377A (ja) * | 1996-05-08 | 1997-11-28 | Kokudo Sogo Kensetsu Kk | 軟弱土の代用としての透明な模擬土及びこれを用いた軟弱土内部の地盤試験方法 |
| 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 |
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| 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 |
| CN105353105A (zh) * | 2015-11-26 | 2016-02-24 | 河海大学 | 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 |
| CN105696632A (zh) * | 2016-02-01 | 2016-06-22 | 河南理工大学 | 一种采动区桩基承载力透明土模型试验装置及试验方法 |
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09304377A (ja) * | 1996-05-08 | 1997-11-28 | Kokudo Sogo Kensetsu Kk | 軟弱土の代用としての透明な模擬土及びこれを用いた軟弱土内部の地盤試験方法 |
| 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 |
| CN203878628U (zh) * | 2014-05-26 | 2014-10-15 | 华中科技大学 | 一种可拆卸组合式桩承式加筋路堤模型箱 |
| 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 |
| CN105353105A (zh) * | 2015-11-26 | 2016-02-24 | 河海大学 | 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 |
| CN105696632A (zh) * | 2016-02-01 | 2016-06-22 | 河南理工大学 | 一种采动区桩基承载力透明土模型试验装置及试验方法 |
| CN107505196A (zh) * | 2017-07-17 | 2017-12-22 | 河海大学 | 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 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 基于透明土技术的加筋地基模型试验;陈建峰等;《同济大学学报（自然科学版）》;20170331;第45卷(第3期);330-335 * |
| 基于透明土材料的沉桩过程土体三维变形模型试验研究;曹兆虎等;《岩土工程学报》;20140228;第36卷(第2期);395-400 * |
| 透明沉陷土体中的管- 土变形可视化试验系统研制;徐平等;《河南理工大学学报( 自然科学版)》;20180131;第37卷(第1期);125-130 * |
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