CN208685680U - 一种桩承式加筋路堤模型试验装置 - Google Patents

一种桩承式加筋路堤模型试验装置 Download PDF

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荆冰寅
张青江
张红日
窦哲
朱晓斌
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Abstract

本实用新型属于土木工程技术领域,涉及一种桩承式加筋路堤模型试验装置,包括模型箱、刚性桩、螺旋沉降装置、标准砂、土工格栅、数据采集装置、PIV装置、土压力盒、柔性位移计以及应变片;刚性桩以及螺旋沉降装置分别沿模型箱的纵向设置在模型箱内部;模型箱内部填充有标准砂;土工格栅平铺在标准砂中;土压力盒、柔性位移计以及应变片均设置在标准砂中并分别通过数据采集装置与PIV装置相连;数据采集装置与PIV装置置于模型箱外部。本实用新型提供了一种既能观测土拱的宏观形态变化,又能获得砂土速度位移分布信息,且具精度较高以及操作简便的桩承式加筋路堤模型试验装置。

Description

一种桩承式加筋路堤模型试验装置
技术领域
本实用新型属于土木工程技术领域,涉及一种模型试验装置,尤其涉及一种桩承式加筋路堤模型试验装置。
背景技术
随着我国经济的快速发展,对交通运输资源的需求日益增大,高速公路和高速铁路得到大力发展。在高速公路和高速铁路建设中,不可避免要穿越一些不良地基,经常会面临地基承载力不足、失稳、路堤沉降和不均匀沉降过大等问题。桩承式加筋路堤因其施工速度快、施工质量易于控制、沉降及工后沉降小和处理深度大等突出优点而在新建高速公路软基处理、公路拓宽工程和高速铁路地基处理中得到较多应用。然而,目前对该课题的理论研究滞后于工程实践需要,尤其是路堤桩承载特性、路堤变形规律以及系统的设计方法上面亟待深入分析研究,模型试验是开展这方面研究的重要手段,而现有模型试验装置精度较低,因此设计一种高精度的模型试验装置显得尤为重要。
实用新型内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题,本实用新型提供了一种既能观测土拱的宏观形态变化,又能获得砂土速度位移分布信息,且具精度较高以及操作简便的桩承式加筋路堤模型试验装置。
为了实现上述目的,本实用新型采用如下技术方案:
一种桩承式加筋路堤模型试验装置,其特征在于:所述桩承式加筋路堤模型试验装置包括模型箱、刚性桩、螺旋沉降装置、标准砂、土工格栅、数据采集装置、PIV装置、土压力盒、柔性位移计以及应变片;所述刚性桩以及螺旋沉降装置分别沿模型箱的纵向设置在模型箱内部;所述模型箱内部填充有标准砂;所述土工格栅平铺在标准砂中;所述土压力盒、柔性位移计以及应变片均设置在标准砂中并分别通过数据采集装置与PIV装置相连;所述数据采集装置与PIV装置置于模型箱外部。
作为优选,本实用新型所采用的刚性桩是多个,多个刚性桩等间距沿模型箱的纵向设置在模型箱内部;所述螺旋沉降装置沿模型箱的纵向设置在相邻两个刚性桩之间。
作为优选,本实用新型所采用的螺旋沉降装置包括长方形钢板以及螺旋调节杆;所述螺旋调节杆贯穿模型箱底部并伸向模型箱内部;所述长方形钢板置于相邻两个刚性桩之间并与相邻两个刚性桩相切;所述螺旋调节杆与长方形钢板相连并驱动长方形钢板在相邻两个刚性桩之间沿模型箱的纵向移动。
作为优选,本实用新型所采用的模型箱底部设置有长方形孔;所述螺旋调节杆通过长方形孔伸入模型箱内部并与长方形钢板相连。
作为优选,本实用新型所采用的土压力盒至少包括上部压力盒以及下部压力盒;所述上部压力盒以及下部压力盒分别设置在土工格栅的上下两侧。
作为优选,本实用新型所采用的土工格栅是一层或多层;所述土工格栅是多层时,多层土工格栅自上而下依次铺设在标准砂中。
作为优选,本实用新型所采用的土工格栅是单向土工格栅、双向土工格栅或三向土工格栅。
作为优选,本实用新型所采用的应变片贴敷土工格栅的上表面上。
作为优选,本实用新型所采用的PIV装置包括高速摄像机以及与高速摄像机相连的计算机;所述土压力盒、柔性位移计以及应变片分别通过数据采集装置与计算机相连。
作为优选,本实用新型所采用的模型箱包括可承重钢板以及设置在可承重钢板四周的透明有机玻璃;所述刚性桩是长方体空心铁盒或长方体实心铁盒。
本实用新型较现有技术相比,具有以下优点:
本实用新型公开了一种桩承式加筋路堤模型试验装置,包括模型箱、刚性桩、螺旋沉降装置、标准砂、土工格栅、数据采集装置、PIV装置、土压力盒、柔性位移计以及应变片;刚性桩以及螺旋沉降装置分别沿模型箱的纵向设置在模型箱内部;模型箱内部填充有标准砂;土工格栅平铺在标准砂中;土压力盒、柔性位移计以及应变片均设置在标准砂中并分别通过数据采集装置与PIV装置相连;数据采集装置与PIV装置置于模型箱外部。本实用新型提供了一种高精度的变形实时测量装置,既可以观测土拱的宏观形态变化,又能获得砂土速度位移分布信息,具有结构简单、操作方便等优点。与现有技术相比,本实用新型所述的桩承式加筋路堤模型试验装置,引入PIV高精度测量技术,解决了现有模型试验精度低、试验时间长等问题。
附图说明
图1为本实用新型所提供的桩承式加筋路堤模型试验装置的结构示意图。
其中,附图中的附图标记所对应的名称为:
1-模型箱;2-刚性桩;3-螺旋沉降装置;4-标准砂;5-土工格栅;6-数据采集装置;7-PIV装置;8-土压力盒;9-柔性位移计;10-应变片;11-长方形孔;12-长方形钢板;13-高速摄像机;14-计算机。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明:
如图1所示,本实用新型提供了一种桩承式加筋路堤模型试验装置,包括模型箱1、刚性桩2、螺旋沉降装置3、标准砂4、土工格栅5、数据采集装置6、PIV装置7、土压力盒8、柔性位移计9和应变片10,模型箱1内等间距布设刚性桩2,刚性桩2之间设置螺旋沉降装置3,标准砂4填充于模型箱1内部,土工格栅5平铺于标准砂4中,土压力盒8均匀布设在土工格栅5上、下两层中,柔性位移计9和应变片10布设于土工格栅5不同方向,数据采集装置6与土压力盒8、柔性位移计9、应变片10相连,PIV装置7置于模型箱1外侧并与数据采集装置6共同构成试验测量系统。
模型箱1四周是透明的有机玻璃,底部是2cm厚的可承重钢板,可承重钢板等间距设有长方形孔11。刚性桩2是长方体空心/实心铁盒,直径分别为0.15m、0.25m、0.35m等不同规格。螺旋沉降装置3用于模拟路堤土的固结沉降作用,其精度可达到0.5mm。螺旋沉降装置3通过模型箱1底部可承重钢板上等间距设置的长方形孔11布设于刚性桩2之间。通过长方形孔11伸入模型箱1内部的螺旋沉降装置3上设置1cm厚的长方形钢板12,长方形钢板12与模型箱1内部密封接触。标准砂4分层填充于模型箱1中并进行分层压实。土工格栅5铺设于标准砂4中的层数可以是单层、双层、三层等。土工格栅5可以是单向土工格栅、双向土工格栅、三向土工格栅。应变片10通过保护装置敷设于土工格栅5表面。数据采集装置6与土压力盒8、柔性位移计9和应变片10相连。PIV装置7包括高速摄像机13以及与高速摄像机13相连的计算机14;高速摄像机13置于模型箱1外侧;高速摄像机13底部设置有三角支架;计算机14与数据采集装置6相连。
实施例1
开展桩承式加筋路堤模型试验时,具体步骤为:1)在模型箱1内部等间距布设刚性桩2,螺旋沉降装置3通过模型箱1底部的长方形孔11布设于刚性桩2之间,并使其升至最高位置,螺旋沉降装置3顶部水平设置长方形钢板12,确保长方形钢板12与模型箱1内部密封接触;2)分层填筑标准砂4并分层压实,填筑砂至标高500mm时,按图1所示位置埋设土工格栅5下的土压力盒8;3)填筑标准砂4至550mm时铺设土工格栅5,按图1所示位置埋设土工格栅5上面的土压力盒8、柔性位移计9及应变片10;4)分层填筑标准砂4至标高900mm;5)打开数据采集装置6和PIV装置7设置测量参数开始测量,读取传感器初始值;6)通过螺旋沉降装置3模拟土体沉降,记录各级沉降量下传感器读数稳定值及土拱状态;7)通过PIV装置7的计算机14分析研究土拱形成过程中标准砂4的速度位移分布信息。
与现有技术相比,本实用新型具有结构简单、操作方便、测量精度高、试验准备时间短等优点,可以模拟多种不同工况,解决了现有模型试验装置精度低的问题。

Claims (10)

1.一种桩承式加筋路堤模型试验装置,其特征在于:所述桩承式加筋路堤模型试验装置包括模型箱(1)、刚性桩(2)、螺旋沉降装置(3)、标准砂(4)、土工格栅(5)、数据采集装置(6)、PIV装置(7)、土压力盒(8)、柔性位移计(9)以及应变片(10);所述刚性桩(2)以及螺旋沉降装置(3)分别沿模型箱(1)的纵向设置在模型箱(1)内部;所述模型箱(1)内部填充有标准砂(4);所述土工格栅(5)平铺在标准砂(4)中;所述土压力盒(8)、柔性位移计(9)以及应变片(10)均设置在标准砂(4)中并分别通过数据采集装置(6)与PIV装置(7)相连;所述数据采集装置(6)与PIV装置(7)置于模型箱(1)外部。
2.根据权利要求1所述的桩承式加筋路堤模型试验装置,其特征在于:所述刚性桩(2)是多个,多个刚性桩(2)等间距沿模型箱(1)的纵向设置在模型箱(1)内部;所述螺旋沉降装置(3)沿模型箱(1)的纵向设置在相邻两个刚性桩(2)之间。
3.根据权利要求2所述的桩承式加筋路堤模型试验装置,其特征在于:所述螺旋沉降装置(3)包括长方形钢板(12)以及螺旋调节杆;所述螺旋调节杆贯穿模型箱(1)底部并伸向模型箱(1)内部;所述长方形钢板(12)置于相邻两个刚性桩(2)之间并与相邻两个刚性桩(2)相切;所述螺旋调节杆与长方形钢板(12)相连并驱动长方形钢板(12)在相邻两个刚性桩(2)之间沿模型箱(1)的纵向移动。
4.根据权利要求3所述的桩承式加筋路堤模型试验装置,其特征在于:所述模型箱(1)底部设置有长方形孔(11);所述螺旋调节杆通过长方形孔(11)伸入模型箱(1)内部并与长方形钢板(12)相连。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的桩承式加筋路堤模型试验装置,其特征在于:所述土压力盒(8)至少包括上部压力盒以及下部压力盒;所述上部压力盒以及下部压力盒分别设置在土工格栅(5)的上下两侧。
6.根据权利要求5所述的桩承式加筋路堤模型试验装置,其特征在于:所述土工格栅(5)是一层或多层;所述土工格栅(5)是多层时,多层土工格栅(5)自上而下依次铺设在标准砂(4)中。
7.根据权利要求6所述的桩承式加筋路堤模型试验装置,其特征在于:所述土工格栅(5)是单向土工格栅、双向土工格栅或三向土工格栅。
8.根据权利要求7所述的桩承式加筋路堤模型试验装置,其特征在于:所述应变片(10)贴敷土工格栅(5)的上表面上。
9.根据权利要求8所述的桩承式加筋路堤模型试验装置,其特征在于:所述PIV装置(7)包括高速摄像机(13)以及与高速摄像机(13)相连的计算机(14);所述土压力盒(8)、柔性位移计(9)以及应变片(10)分别通过数据采集装置(6)与计算机(14)相连。
10.根据权利要求9所述的桩承式加筋路堤模型试验装置,其特征在于:所述模型箱(1)包括可承重钢板以及设置在可承重钢板四周的透明有机玻璃;所述刚性桩(2)是长方体空心铁盒或长方体实心铁盒。
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