CN108755789A - 一种抗滑桩桩土相互作用研究模型试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种抗滑桩桩土相互作用研究模型试验装置，包括模型框架和加载装置，模型框架后侧面设有多个滑槽，模型框架内设有多根抗滑桩，每一滑槽内分布至少一抗滑桩且所有抗滑桩后端均处于滑槽内，模型框架内等间距布设土压力盒，每一抗滑桩下侧面连接一竖直压缩弹簧上端，弹簧下端连接一第二压力传感器，且第二压力传感器固定于模型框架底面，模型框架内填土压实，加载装置对土体向下施压，第一压力传感器监测加载力作用下桩周土体推力，第二压力传感器监测抗滑桩抗力，模型框架内设监测桩与桩周土体位移的示踪球和观察土体内部变形的玻璃珠。本发明的有益效果：揭示考虑桩土协同变形演化过程的土拱演化规律，为抗滑桩设计提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及勘探岩土建筑领域，尤其涉及一种抗滑桩桩土相互作用研究模型试验装置。
背景技术
抗滑桩作为滑坡治理的主要工程措施，其原理主要是利用稳定地层的锚固作用和被动抗力来平衡滑坡推力，它具有抗滑能力强、适用条件广、不易恶化滑坡状态、工程施工安全简便，还具有进一步复核地质条件等突出优点。然而，目前抗滑桩设计的理论和方法还不够成熟，在承载特性、桩-土相互作用机理、荷载传递规律以及边坡失稳机制等方面尚不能十分明确，这很大程度上影响了设计的准确性与可靠性，无法满足日益增长的工程建设要求。目前抗滑桩的设计将桩与土体变形分开考虑进行理论计算，分析土体变形时，假定桩为刚体，不发生位移，这与实际情况完全不符。因此在设计抗滑桩时，并没有分析桩间距、桩变形、桩前土体抗力对桩土相互作用的影响，以及后缘推力在土体中的传递过程及土体抗力之间的关系，这显示是不准确的。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种抗滑桩桩土相互作用研究模型试验装置。
本发明的实施例提供一种抗滑桩桩土相互作用研究模型试验装置，包括模型框架和加载装置，所述模型框架后侧面设有处于同一高度的多个滑槽，所述模型框架内设有与其后侧面垂直的多根抗滑桩，每一所述滑槽内分布至少一所述抗滑桩且所有抗滑桩后端均处于所述滑槽内，所述模型框架内等间距布设第一压力传感器，所述第一压力传感器为土压力传感器且均固定于所述模型框架上，每一所述抗滑桩下侧面连接一弹簧上端，所述弹簧下端连接一第二压力传感器，所述弹簧竖直设置并处于压缩状态，且所述第二压力传感器固定于所述模型框架底面，所述模型框架内填充土体并压实，所述加载装置对土体向下施压，所述第一压力传感器用于监测加载力作用下土体所受的推力，所述第二压力传感器用于监测其连接的所述抗滑桩产生的抗力。
进一步地，所述模型框架为无顶面的长方体，所述模型框架的前侧面为透明玻璃。
进一步地，包括摄像机和多个示踪球，所有示踪球由上至下等间距埋于所述土体内，且所有示踪球外侧贴紧所述模型框架的前侧面，所述摄像机设置于所述模型框架的前方，用于拍摄所有示踪球。
进一步地，包括多种颜色的多个玻璃珠，同色的玻璃珠围成一水平矩形框并将所述土体由上至下分层，且所有玻璃珠均埋于所述土体内且外侧面紧贴所述模型框架的侧面，且所有玻璃珠层均等间距由上至下埋设。
进一步地，所述加载装置包括千斤顶、加载板、第三压力传感器和千分尺，所述加载板覆盖于所述土体上方，所述千斤顶与所述加载板连接用于向下推动所述加载板，所述第三压力传感器设置于所述千斤顶与所述加载板之间，用于监测所述千斤顶施加于所述加载板的力，所述千分尺设置于所述模型外框上部，用于测量所述加载板沉降位移。
进一步地，每一所述滑槽内设有一桩固定底板，所述桩固定底板上设有多个安装孔，所述抗滑桩后端均固定于所述安装孔内。
进一步地，所述安装孔等间距布设，通过改变所述抗滑桩固定在所述安装孔的位置实现不同桩间距。
进一步地，所述桩固定底板的左右两侧端均设有滚珠，所述滚珠沿着所述滑槽的左右侧面滚动使所述桩固定底板上下移动。
进一步地，所有第二压力传感器均固定于弹簧固定底板上，所述弹簧固定底板固定于所述模型框架底面上。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明一种抗滑桩桩土相互作用研究模型试验装置，模型框架内填充土体模拟抗滑桩作用环境，并于土体上方使用加载装置施加推力来模拟后缘推力，改变桩在固定底板的位置实现不同桩间距，以及设有第一压力传感器监测土体后缘推力和第二压力传感器监测抗滑桩因发生位移产生的抗力，实现了将桩周土体推力和抗滑桩下方因土体位移产生的抗力分开测量，用于监测抗滑桩桩前土体抗力及模型推力，分析桩周土压力演化过程，揭示推力作用下土拱演化规律。设有示踪球监测桩周土位移变化，土层中设有玻璃珠层获取模型内部变形，分析桩土协同变形规律。本发明可用于监测桩-桩周土位移变化规律，分析抗滑桩桩间距、抗滑桩桩变形、抗滑桩桩前土体抗力对桩土相互作用的影响，分析后缘推力在土体中的传递过程及土体抗力之间的关系，获得桩土协同变形规律，为抗滑桩设计提供依据。
附图说明
图1是本发明一种抗滑桩桩土相互作用研究模型试验装置的主视图；
图2是本发明一种抗滑桩桩土相互作用研究模型试验装置的左视图；
图3是图2中桩固定底板4的示意图；
图4是图2中弹簧固定底板8的示意图；
图5是示踪球的分布示意图。
图中：1-模型框架、2-滑槽、3-抗滑桩、4-桩固定底板、5-土压力盒、6-弹簧、7-第二压力传感器、8-弹簧固定底板、9-支架、10-千斤顶、11-加载板、12-安装孔、13-滚珠、14-示踪球。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1～图5，本发明的实施例提供了一种抗滑桩桩土相互作用研究模型试验装置，包括模型框架1和加载装置。
所述模型框架1为无顶面的长方体，便于填充土体，所述加载装置可直接由所述模型框架1上端对下作用，为了便于观察所述模型框架1内部的试验情况，所述模型框架1的前侧面设置为透明玻璃，其他侧面均选用钢板，其中一侧面可拆卸，用于安装其他部件，所述模型框架1后侧面设有处于同一高度的多个滑槽2，所述模型框架1内设有与其后侧面垂直的多根抗滑桩3，每一所述滑槽2内设有一桩固定底板4，所述桩固定底板4上设有多个安装孔12，所述安装孔12等间距布设，所述安装孔12之间距离根据抗滑桩3的宽度确定，每一所述滑槽2内分布至少一所述抗滑桩3且所述抗滑桩3后端均固定于所述安装孔12内，所述抗滑桩3可安装于不同的所述安装孔12内，以便调节各抗滑桩3之间间距，所述桩固定底板4的左右两侧端均设有滚珠13，所述滚珠13沿着所述滑槽2的左右侧面滚动使所述桩固定底板4上下移动。
本发明的抗滑桩桩土相互作用研究模型试验装置还包括多种颜色的玻璃珠，每种颜色的玻璃珠多个，所述模型框架1在进行填土时分层填土压实，每填充一层土体铺填一种颜色的玻璃珠，且该种颜色的玻璃珠围成一水平矩形框，为了便于观察，所有玻璃珠均埋于所述土体内且外侧面紧贴所述模型框架1的侧面，各色矩形框作为土体的分层标记，用于观察土体移动情况。
所述模型框架1内相邻两层所述矩形框之间设有多个示踪球14，所有示踪球14排列成多条竖直的直线埋于所述土体内，且所有示踪球14外侧贴紧所述模型框架1的前侧面，所述模型框架1的前方设置有摄像机，所述摄像机用于拍摄所有示踪球14，根据示踪球14的位置变化分析土体位移情况。
所述模型框架1内等间距布设第一压力传感器，所述第一压力传感器为土压力传感器且均设置于土压力盒5内，所述土压力盒5固定于固定支架9上，所述固定支架9固定于所述模型框架1内壁上，每一所述抗滑桩3下侧面连接一弹簧6上端，所述弹簧6下端连接一第二压力传感器7，所述弹簧6竖直设置并处于压缩状态，，所有第二压力传感器7均固定于弹簧固定底板8上，所述弹簧固定底板8固定于所述模型框架1底面上。
所述加载装置包括千斤顶10、加载板11、第三压力传感器和千分尺，所述加载板11覆盖于所述土体上方，所述千斤顶10支撑于所述加载板11之上并可向下推动所述加载板11，所述第三压力传感器设置于所述千斤顶10与所述加载板11之间，用于监测所述千斤顶10施加于所述加载板11的力，所述千分尺设置于所述模型外框1上部，用于测量所述千斤顶10沉降位移。
所有第一压力传感器、所有第二压力传感器7、所有第三压力传感器、所有示踪球14、所有彩色玻璃珠和所述摄像机构成所述试验装置的监测系统，对所述试验装置的工作过程进行监测，所述模型框架1内填充土体并压实并将所述示踪球14和所述玻璃珠铺设完成之后，启动所述千斤顶10，所述千斤顶10通过所述加载板11对土体向下施压，土体发生位移并作用于各抗滑桩3，所述第一压力传感器监测其下方的抗滑桩3所受到的上方土体的推力，即为后缘推力，所述第二压力传感器7监测其连接的所述抗滑桩3产生的抗力，还可以根据土体发生位移前后所述弹簧6的受力差值计算出所述抗滑桩3下方部分土体的形变大小，传统上将土压力传感器置于土体中，其所监测的力为土体和抗滑桩3作用力之和，本发明的抗滑桩3桩土相互作用研究模型试验装置实现了将抗滑桩上方的后缘推力和抗滑桩下方因土体位移产生的抗力分开测量，更符合实际情况，为抗滑桩设计提供依据。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种抗滑桩桩土相互作用研究模型试验装置，其特征在于：包括模型框架和加载装置，所述模型框架后侧面设有处于同一高度的多个滑槽，所述模型框架内设有与其后侧面垂直的多根抗滑桩，每一所述滑槽内分布至少一所述抗滑桩且所有抗滑桩后端均处于所述滑槽内，所述模型框架内等间距布设第一压力传感器，所述第一压力传感器为土压力传感器且均固定于所述模型框架上，每一所述抗滑桩下侧面连接一弹簧上端，所述弹簧下端连接一第二压力传感器，所述弹簧竖直设置并处于压缩状态，且所述第二压力传感器固定于所述模型框架底面，所述模型框架内填充土体并压实，所述加载装置对土体向下施压，所述第一压力传感器用于监测加载力作用下土体所受的推力，所述第二压力传感器用于监测其连接的所述抗滑桩产生的抗力。
2.如权利要求1所述的一种抗滑桩桩土相互作用研究模型试验装置，其特征在于：所述模型框架为无顶面的长方体，所述模型框架的前侧面为透明玻璃。
3.如权利要求2所述的一种抗滑桩桩土相互作用研究模型试验装置，其特征在于：包括摄像机和多个示踪球，所有示踪球由上至下等间距埋于所述土体内，且所有示踪球外侧贴紧所述模型框架的前侧面，所述摄像机设置于所述模型框架的前方，用于拍摄所有示踪球。
4.如权利要求2所述的一种抗滑桩桩土相互作用研究模型试验装置，其特征在于：包括多种颜色的多个玻璃珠，同色的玻璃珠围成一水平矩形框并将所述土体由上至下分层，且所有玻璃珠均埋于所述土体内且外侧面紧贴所述模型框架的侧面，且所有玻璃珠层均等间距由上至下埋设。
5.如权利要求1所述的一种抗滑桩桩土相互作用研究模型试验装置，其特征在于：所述加载装置包括千斤顶、加载板、第三压力传感器和千分尺，所述加载板覆盖于所述土体上方，所述千斤顶与所述加载板连接用于向下推动所述加载板，所述第三压力传感器设置于所述千斤顶与所述加载板之间，用于监测所述千斤顶施加于所述加载板的力，所述千分尺设置于所述模型外框上部，用于测量所述加载板沉降位移。
6.如权利要求1所述的一种抗滑桩桩土相互作用研究模型试验装置，其特征在于：每一所述滑槽内设有一桩固定底板，所述桩固定底板上设有多个安装孔，所述抗滑桩后端均固定于所述安装孔内。
7.如权利要求6所述的一种抗滑桩桩土相互作用研究模型试验装置，其特征在于：所述安装孔等间距布设，通过改变所述抗滑桩固定在所述安装孔的位置实现不同桩间距。
8.如权利要求6所述的一种抗滑桩桩土相互作用研究模型试验装置，其特征在于：所述桩固定底板的左右两侧端均设有滚珠，所述滚珠沿着所述滑槽的左右侧面滚动使所述桩固定底板上下移动。
9.如权利要求1所述的一种抗滑桩桩土相互作用研究模型试验装置，其特征在于：所有第二压力传感器均固定于弹簧固定底板上，所述弹簧固定底板固定于所述模型框架底面上。
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| SU1270218A1 (ru) * | 1985-04-12 | 1986-11-15 | Дальневосточный научно-исследовательский институт по строительству Госстроя СССР | Отказомер |
| 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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