CN112414848A - 一种倾斜岩层上覆土体地基承载力试验装置及量测方法 - Google Patents

一种倾斜岩层上覆土体地基承载力试验装置及量测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种倾斜岩层上覆土体地基承载力试验装置及量测方法，属于土木工程试验技术领域；该试验装置包括设置在框架内的转动台、被测土体以及加载系统、转动机构和升降系统；所述转动台设置在所述框架内底部上方，所述转动台左端头通过所述转动机构连接转动、下端面通过所述升降系统连接支撑；所述被测土体上端设置所述加载系统、下端紧密贴合在所述转动台上。本发明通过转动台的转动使被试土体下端面倾斜，模拟量测倾斜岩层上土体地基承载力，并可在试验中方便地在被试土体与加载机构之间设置基础相似物，实现对试验目标的连续性加载，获得基础受荷加载时的运动特征以及失稳时应力环测定的地基极限承载力。

Description

一种倾斜岩层上覆土体地基承载力试验装置及量测方法
技术领域
本发明涉及一种地基承载力试验装置及量测方法，具体涉及一种倾斜岩层上覆土体地基承载力试验装置及量测方法，属于土木工程试验技术领域。
背景技术
地基承载力试验方法是研究位于不同场地的地基承载特性的一种有效试验手段。荷载作用下，地基产生变形，随着荷载的增大，地基变形逐渐增大，当荷载增大到地基中开始出现某点或小区域内各点在其某一方向平面上的剪应力达到土的抗剪强度时，就会发生剪切破坏而处在仍具有安全的承载能力的极限平衡状态，土中应力将发生重分布。当荷载继续增大，地基出现较大范围的塑性区时，将导致地基承载力不足而失去稳定，此时地基达到极限承载力。
现有国内外对位于岩层上土体的地基承载力分析认为岩层面为水平分布，但实际由于地质构造的原因，岩层面并不是完全水平，存在倾斜岩层。现有不考虑岩层的倾斜特性的试验无法得到岩层上土体实际的地基极限承载力，得到的试验数据存在很大的偏差。
发明内容
本发明的目的是：克服现有技术中不考虑岩层倾斜特性的试验无法得到岩层上土体地基实际极限承载力的问题，提供一种倾斜岩层上覆土体地基承载力试验装置及量测方法，该装置及试验方法能够有效获得基础受荷加载时的运动特征以及失稳时应力环测定的地基极限承载力。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种倾斜岩层上覆土体地基承载力试验装置，包括设置在框架内的转动台、被测土体以及加载系统、转动机构和升降系统；所述转动台设置在所述框架内底部上方，所述转动台左端头通过所述转动机构连接转动、下端面通过所述升降系统连接支撑；所述被测土体上端设置所述加载系统、下端紧密贴合在所述转动台上；所述转动机构设置在所述框架左侧底部并由三角支撑连接转轴组成，所述转动台左端头固定连接在所述转轴上；所述加载系统设置在所述框架内部上端并由加载千斤顶、应力环和可转动传力板连接组成，所述加载系统与所述被测土体之间设置基础相似物；所述升降系统设置在所述框架内部下端，包括调角液压千斤顶和可拼装垫板，所述调角液压千斤顶上端与所述转动台连接、下端连接所述可拼装垫板。
所述三角支撑设置有两个并分别固定连接在所述框架前后两个端面上的左侧底部，所述转轴转动连接在两个所述三角支撑的重心位置，所述转轴上设置有转角刻度表。
所述转动台下端面上设置有滑动轨道，所述调角液压千斤顶上端滑动连接在所述滑动轨道内、下端连接在所述可拼装垫板上，所述可拼装垫板的下端设置有支撑底座。
所述被测土体上端为水平面通过所述基础相似物连接所述加载系统，所述加载千斤顶设置在所述框架顶部，所述应力环上端连接所述加载千斤顶、下端连接所述可转动传力板，所述基础相似物通过螺栓连接在所述可转动传力板下端。
所述框架为长方体框架，其前后两个端面上设置加固竖撑、上端面上设置加固横撑、四周端面上连接钢化玻璃，所述框架底部还设置有四对滑轮，位于所述框架右侧面的所述钢化玻璃紧压设置在所述转动台右侧上端。
位于所述框架右侧面的所述钢化玻璃上下滑动连接在所述框架上，其余三面的所述钢化玻璃通过螺栓连接在所述框架上；所述转动台的长度大于所述转动台在极限长度转角位置处的长度，所述极限长度转角位置处的长度等于在同一平面内所述转轴到所述被测土体水平面右上角的距离，位于所述框架右侧面的所述钢化玻璃随所述转动台的转动而上下滑动并与之紧密配合。
所述加载千斤顶和所述调角液压千斤顶均通过驱动电机连接驱动。
所述基础相似物可拆卸，以模拟不同尺寸不同类型基础；所述钢化玻璃采用透明高强度钢化玻璃，可拆卸以方便被试土体的装卸，且通过螺丝与框架连接；所述被试土体选择实际施工场地土体。
利用上述试验装置量测地基承载力的量测方法，包括以下步骤：
准备工作：1）确定模拟岩层需要的倾斜角度，选择合适数量的可拼装垫板；由驱动电机驱动调角液压千斤顶，调角液压千斤顶与可拼装垫板共同作用并通过滑动轨道使转动台转到模拟倾斜角度，具体倾斜角度值可观察转角刻度表；
2）转动台上填筑被试土体，并平整被试土体的上端面，被试土体与框架上的钢化玻璃及转动台紧密贴合；
3）选择满足尺寸和类型需要的基础相似物，并通过螺栓与可转动传力板紧固连接，由驱动电机驱动加载千斤顶，使基础相似物刚好接触被试土体上端水平面，此时将应力环的读数调零；
操作步骤：S1、由驱动电机驱动加载千斤顶，基础相似物向下移动，直至被试土体产生明显的位移，可视为被试土体产生失稳，此时应力环上的读数为所需的倾斜岩层上土体地基极限承载力；
S2、由驱动电机驱动加载千斤顶，使基础相似物向上移动，脱离被试土体(3)；
S3、重新确定模拟岩层需要的另一个倾斜角度，改变可拼装垫板的数量，替换基础相似物，重复上述1）-3）、S1-S3的所有步骤，得到模拟不同倾斜岩层及不同尺寸和类型基础条件下的地基极限承载力。
本发明的有益效果是：1）本发明的试验装置采用转动台与机构及系统之间的协同作用，可实现对不同角度倾斜岩层上土体地基承载力的模拟量测，并通过替换基础相似物来实现不同基础尺寸和类型的模拟，获得基础受荷加载时的运动特征及失稳时应力环测定的地基承载力。
2）本发明的试验装置采用框架结构并添加有加固支撑及三角支撑，可有效保证基础加载时的稳定性，满足试验过程的连续性；框架底面还连接有滑轮，以方便移动试验装置。
3）本发明的试验装置中采用透明高强度钢化玻璃，一方面约束土体向四周的位移，另一方面可方便观察整个试验过程，钢化玻璃通过螺丝与框架紧固连接，以方便拆卸。
4）本发明的试验装置中采用连接应力环和转角刻度表，方便试验时随时读取数值，控制试验进程。
5）本发明的试验方法操作步骤简单、试验数值可控、量测数据可视，且量测速度快效率高，可重复多次试验。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为图1的左视图；
图4为图1的右视图。
图中，1-框架，2-转动台，3-被试土体，4-三角支撑，5-转轴，6-加载千斤顶，7-应力环，8-可转动传力板，9-基础相似物，10-调角液压千斤顶，11-可拼装垫板，12-转角刻度表，13-滑动轨道，14-支承底座，15-加固竖撑，16-加固横撑，17-钢化玻璃，18-滑轮，19-驱动电机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的解释说明。
实施例1：如图1-4所示，本发明所述的一种倾斜岩层上覆土体地基承载力试验装置，包括连接在框架1内的转动台2、被测土体3以及加载系统、转动机构和升降系统；转动台2安装在框架1内底部上方，转动台2左端头通过转动机构连接转动、下端面通过升降系统连接支撑；被测土体3上端放置加载系统、下端紧密贴合在转动台2上；转动机构固定连接在框架1左侧底部并由三角支撑4连接转轴5组成，转动台2左端头固定连接在转轴5上；加载系统放置在框架1内部上端并由加载千斤顶6、应力环7和可转动传力板8连接组成，加载系统与被测土体3之间连接基础相似物9；升降系统安装在框架1内部下端，包括调角液压千斤顶10和可拼装垫板11，调角液压千斤顶10上端与转动台2连接、下端连接可拼装垫板11。
三角支撑4设置有两个并分别固定连接在框架1前后两个端面上的左侧底部，转轴5转动连接在两个三角支撑4的重心位置，转轴5上连接有转角刻度表12。
转动台2下端面上开设有滑动轨道13，调角液压千斤顶10上端滑动连接在滑动轨道13内、下端连接在可拼装垫板11上，可拼装垫板11的下端支撑有支撑底座14。
被测土体3上端为水平面通过基础相似物9连接加载系统，加载千斤顶6放置在框架1顶部，应力环7上端连接加载千斤顶6、下端连接可转动传力板8，基础相似物9通过螺栓连接在可转动传力板8下端。
框架1为长方体框架，其前后两个端面上连接加固竖撑15、上端面上连接加固横撑16、四周端面上连接钢化玻璃17，框架1底部还连接有四对滑轮18，位于框架1右侧面的钢化玻璃17紧压在转动台2右侧上端。
位于框架1右侧面的钢化玻璃17上下滑动连接在框架1上，其余三面的钢化玻璃17通过螺栓连接在框架1上；转动台2的长度大于转动台2在极限长度转角位置处的长度，极限长度转角位置处的长度等于在同一平面内转轴5到被测土体3水平面右上角的距离，位于框架1右侧面的钢化玻璃17随转动台2的转动而上下滑动并与之紧密配合。
加载千斤顶6和调角液压千斤顶10均通过驱动电机19连接驱动。
支承底座14支撑由被试土体3及加载系统产生的荷载，防止框架1底部产生变形；框架1主体上设置四组加固支撑，以防止由于千斤顶6的加载导致框架1顶部的变形，从而影响试验装置运行的稳定性。
转动台2可实现的转动角度范围为0度-45度，转动角度可通过转角刻度表12上的读数得到，地基承载力通过读取应力环6上的读数得到。
基础相似物9可拆卸，以模拟不同尺寸不同类型基础；钢化玻璃17采用透明高强度钢化玻璃，可拆卸以方便被试土体3的装卸，且通过螺丝与框架1连接；被试土体3选择实际施工场地土体。
实施例2：如图1-4所示，本发明所述的一种倾斜岩层上覆土体地基承载力试验装置的量测方法，包括以下步骤：
准备工作：1）确定模拟岩层需要的倾斜角度，选择合适数量的可拼装垫板11；由驱动电机19驱动调角液压千斤顶10，调角液压千斤顶10与可拼装垫板11共同作用并通过滑动轨道13使转动台2转到模拟倾斜角度，具体倾斜角度值可观察转角刻度表12；
2）转动台2上填筑被试土体3，并平整被试土体3的上端面，被试土体3与框架1上的钢化玻璃17及转动台2紧密贴合；
3）选择满足尺寸和类型需要的基础相似物9，并通过螺栓与可转动传力板8紧固连接，由驱动电机19驱动加载千斤顶6，使基础相似物9刚好接触被试土体3上端水平面，此时将应力环7的读数调零；
操作步骤：S1、由驱动电机19驱动加载千斤顶6，基础相似物9向下移动，直至被试土体3产生明显的位移，可视为被试土体3产生失稳，此时应力环7上的读数为所需的倾斜岩层上土体地基极限承载力；
S2、由驱动电机19驱动加载千斤顶6，使基础相似物9向上移动，脱离被试土体3；
S3、重新确定模拟岩层需要的另一个倾斜角度，改变可拼装垫板11的数量，替换基础相似物9，重复上述1）-3）、S1-S3的所有步骤，得到模拟不同倾斜岩层及不同尺寸和类型基础条件下的地基极限承载力。
本发明采用转动台与机构及系统之间的协同作用，实现对不同角度倾斜岩层上土体地基承载力的模拟量测，并通过替换基础相似物来实现不同基础尺寸和类型的模拟，试验装置结构稳定性好，满足试验过程的连续性，且试验操作方法简单、使用方便，量测时间短、效率高。
以上所述仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种倾斜岩层上覆土体地基承载力试验装置，其特征在于：包括设置在框架（1）内的转动台（2）、被测土体（3）以及加载系统、转动机构和升降系统；所述转动台（2）设置在所述框架（1）内底部上方，所述转动台（2）左端头通过所述转动机构连接转动、下端面通过所述升降系统连接支撑；所述被测土体（3）上端设置所述加载系统、下端紧密贴合在所述转动台（2）上；所述转动机构设置在所述框架（1）左侧底部并由三角支撑(4)连接转轴(5)组成，所述转动台（2）左端头固定连接在所述转轴(5)上；所述加载系统设置在所述框架（1）内部上端并由加载千斤顶（6）、应力环(7)和可转动传力板(8)连接组成，所述加载系统与所述被测土体（3）之间设置基础相似物（9）；所述升降系统设置在所述框架（1）内部下端，包括调角液压千斤顶(10)和可拼装垫板(11)，所述调角液压千斤顶(10)上端与所述转动台（2）连接、下端连接所述可拼装垫板(11)。
2.根据权利要求1所述的一种倾斜岩层上覆土体地基承载力试验装置，其特征在于：所述三角支撑(4)设置有两个并分别固定连接在所述框架（1）前后两个端面上的左侧底部，所述转轴(5)转动连接在两个所述三角支撑(4)的重心位置，所述转轴(5)上设置有转角刻度表(12)。
3.根据权利要求1所述的一种倾斜岩层上覆土体地基承载力试验装置，其特征在于：所述转动台（2）下端面上设置有滑动轨道（13），所述调角液压千斤顶(10)上端滑动连接在所述滑动轨道（13）内、下端连接在所述可拼装垫板(11)上，所述可拼装垫板(11)的下端设置有支撑底座（14）。
4.根据权利要求1所述的一种倾斜岩层上覆土体地基承载力试验装置，其特征在于：所述被测土体（3）上端为水平面通过所述基础相似物（9）连接所述加载系统，所述加载千斤顶（6）设置在所述框架（1）顶部，所述应力环(7)上端连接所述加载千斤顶（6）、下端连接所述可转动传力板(8)，所述基础相似物（9）通过螺栓连接在所述可转动传力板(8)下端。
5.根据权利要求1所述的一种倾斜岩层上覆土体地基承载力试验装置，其特征在于：所述框架（1）为长方体框架，其前后两个端面上设置加固竖撑（15）、上端面上设置加固横撑（16）、四周端面上连接钢化玻璃（17），所述框架（1）底部还设置有四对滑轮（18），位于所述框架（1）右侧面的所述钢化玻璃（17）紧压设置在所述转动台（2）右侧上端。
6.根据权利要求5所述的一种倾斜岩层上覆土体地基承载力试验装置，其特征在于：位于所述框架（1）右侧面的所述钢化玻璃（17）上下滑动连接在所述框架（1）上，其余三面的所述钢化玻璃（17）通过螺栓连接在所述框架（1）上；所述转动台（2）的长度大于所述转动台（2）在极限长度转角位置处的长度，所述极限长度转角位置处的长度等于在同一平面内所述转轴（5）到所述被测土体（3）水平面右上角的距离，位于所述框架（1）右侧面的所述钢化玻璃（17）随所述转动台（2）的转动而上下滑动并与之紧密配合。
7.根据权利要求1所述的一种倾斜岩层上覆土体地基承载力试验装置，其特征在于：所述加载千斤顶(6)和所述调角液压千斤顶(10)均通过驱动电机（19）连接驱动。
8.利用上述任一权利要求的一种倾斜岩层上覆土体地基承载力试验装置来量测地基承载力的量测方法，其特征在于：包括以下步骤：
准备工作：1）确定模拟岩层需要的倾斜角度，选择合适数量的可拼装垫板(11)；由驱动电机(19)驱动调角液压千斤顶(10)，调角液压千斤顶(10)与可拼装垫板(11)共同作用并通过滑动轨道(13)使转动台(2)转到模拟倾斜角度，具体倾斜角度值可观察转角刻度表(12)；
2）转动台（2）上填筑被试土体(3)，并平整被试土体(3)的上端面，被试土体(3)与框架(1)上的钢化玻璃（17）及转动台(2)紧密贴合；
3）选择满足尺寸和类型需要的基础相似物(9)，并通过螺栓与可转动传力板(8)紧固连接，由驱动电机(19)驱动加载千斤顶(6)，使基础相似物(9)刚好接触被试土体(3)上端水平面，此时将应力环(7)的读数调零；
操作步骤：S1、由驱动电机(19)驱动加载千斤顶(6)，基础相似物(9)向下移动，直至被试土体(3)产生明显的位移，可视为被试土体(3)产生失稳，此时应力环(7)上的读数为所需的倾斜岩层上土体地基极限承载力；
S2、由驱动电机(19)驱动加载千斤顶(6)，使基础相似物(9)向上移动，脱离被试土体(3)；
S3、重新确定模拟岩层需要的另一个倾斜角度，改变可拼装垫板(11)的数量，替换基础相似物(9)，重复上述1）-3）、S1-S3的所有步骤，得到模拟不同倾斜岩层及不同尺寸和类型基础条件下的地基极限承载力。
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CN113252878A (zh) * 2021-05-26 2021-08-13 东华理工大学 一种荷载作用下泥浆沟槽稳定性试验装置及试验方法

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