一种土拱试验箱及土拱试验方法技术

本发明专利技术公开了一种土拱试验箱及土拱试验方法，其中，土拱试验箱包括箱体，所述箱体内部设有用于填装土样的土拱试验舱，土拱试验舱的顶壁以及至少一侧壁为活动板，设有向各活动板施加朝向土拱试验舱压力的加压系统，侧壁的活动板上转动定位安装有变径拱具，所述变径拱具为水平布置的柱体，且该柱体的横截面的至少一部分轮廓为螺线。本发明专利技术提供的土拱试验箱结构简单，便于观察，依据对称原理对装置结构进行了简化，有效降低了土拱试验箱的自重，土拱试验方法操作简单，结果准确。

A soil arch test box and soil arch test method

The invention discloses a soil arch test box and soil arch test method, the soil arching test box comprises a box body, the box body is internally provided with soil samples used for filling the soil arching test tank, top wall soil arch test chamber and at least one side wall of the movable plate, a pressurizing system applied toward soil arching test pressure to the board, the side wall of the movable plate on the rotating positioning installation of the reducer reducer with arch, arch with column body is horizontally arranged, at least a portion of the contour and the cross section of the column is spiral. The present invention provides the soil arching test box has the advantages of simple structure, convenient for observation, based on the principle of symmetry is simplified on the device structure, effectively reduce the weight of the soil arch test box, soil arch test method has the advantages of simple operation, accurate result.

【技术实现步骤摘要】
一种土拱试验箱及土拱试验方法
本专利技术涉及土力学工程领域，具体涉及一种土拱试验箱及土拱试验方法。
技术介绍
土拱效应是自然界中十分常见的一种现象。在岩土工程中，土拱的形成是指在外力作用下土体产生不均匀位移，从而发挥自身强度以抵抗外力作用的结果。桩后土体的土拱效应是分离布置桩中最重要的力学现象，认识桩后土体的土拱效应，对于掌握桩后土体的应力传递规律、桩周土体的塑性区发展趋势、确定合理的桩间距和桩的极限承载力、以及分析桩土相互作用机理并指导抗滑桩设计等方面具有重要的理论和工程意义。桩间土拱的稳定性，直接影响到抗滑桩设计的成败，对于抗滑桩桩后土体的土拱效应问题，国内外很多学者通过建立理论或数值模型对其进行了研究并取得了一定的成果。但是，这些模型都有一些前提假设条件，对于界面接触、边界条件、收敛等方面还存在着不足，因而目前对于桩间土拱效应的机理及影响因素还没有形成统一的认识。土拱效应从概念的提出到理论发展已经历了一个多世纪，由于没有系统成熟的理论方法来指导，因而在实际设计工作中对于布桩的设计参数还停留于依靠经验的阶段，其中拱脚的存在形式、拱形及拱体的几何参数和拱体的微观特性，以及土体自身性质对其发育的影响程度还需要进一步系统的进行分析和论证。目前的土拱试验箱体大多数结构复杂，部件繁多而导致使用不便。此外，在进行不同参数分析，(如：设置不同桩径、桩距时)需要调整较多部件而耗时过长。
技术实现思路
本专利技术提供了一种土拱试验箱及土拱试验方法，主要用于分析桩土相互作用机理，进而为抗滑桩设计提供指导。一种土拱试验箱，包括箱体，所述箱体内部设有用于填装土样的土拱试验舱，土拱试验舱的顶壁以及至少一侧壁为活动板，设有向各活动板施加朝向土拱试验舱压力的加压系统，作为侧壁的活动板上转动定位安装有变径拱具，所述变径拱具为水平布置的柱体，且该柱体的横截面的至少一部分轮廓为螺线。土拱结构为对称结构，本专利技术提供的土拱试验箱依据土拱的对称原理做了简化，仅模拟半个土拱结构，以变径拱具为桩体，桩体与相对的土拱实验舱侧壁之间形成半个土拱结构，由此降低土拱试验箱的自重，同时不影响土拱形成的效果。土拱试验舱除去活动的顶壁和侧壁外，其余舱壁可由箱壁兼做。所述土拱试验舱的底部可以为开放结构，在使用时，以地面或其他平面作为底板。土样由土拱试验舱的顶部途径变径拱具进入土拱试验舱内。作为优选，所述土拱试验舱的顶壁为竖直活动板，一侧壁为水平活动板，所述加压系统包括向竖直活动板施加向下压力的竖直加压系统，以及向水平活动板施加朝向土拱试验舱压力的水平加压系统。所述竖直活动板沿竖直方向运动，通过竖直加压系统向土拱试验舱内的土样施加向下的压力。所述水平活动板沿水平方向运动，起到调整桩间距的作用，同时由水平加压系统施加朝向土拱试验舱的压力。所述竖直加压系统至少为两个，竖直加压系统的施力点均匀分布在竖直活动板上。所述水平加压系统至少为两个，水平加压系统的施力点均匀分布在水平活动板上。所述竖直加压系统和水平加压系统均可以采用油压千斤顶。作为优选，所述箱体内部设有与竖直活动板相配合的竖直导轨，以及贯穿土拱试验舱且与水平活动板相配合的水平导轨。通过竖直导轨和水平导轨对竖直活动板和水平活动板的运动起到导向作用。作为优选，所述土拱试验舱的一侧壁为透明材质制作的观察窗，所述观察窗上设有刻度网格。向土拱实验舱内填装土样时，可以依据刻度网格进行分层，相邻两层之间利用石膏粉或石灰粉等形成的薄层进行隔离。作为优选，所述变径拱具为空心结构，变径拱具的侧壁上设有用于穿过数据线的穿线孔。所述土样中根据需要预埋若干应变片，应变片的数据线通过变径拱具的侧壁延伸出箱体后，与测量仪器连接。作为优选，所述变径拱具横截面的螺线的旋转角度不小于360度。通过变径拱具的旋转，可以模拟直径连续变化的桩体。作为优选，所述变径拱具通过自锁结构固定转动位置，所述自锁结构包括：设置在水平导轨上的棘齿；固定套设在变径拱具转轴上的棘轮；通过卷簧固定在变径拱具转轴上且与棘齿相啮合的棘爪。棘爪脱离棘齿后，变径拱具可以自由转动，变径拱具旋转至合适角度后，棘轮与相应位置处的棘齿啮合，在卷簧的作用下，棘爪与棘齿啮合，限制棘轮的进一步转动。作为优选，所述水平活动板上设有用于容置变径拱具的预留口，且预留口的边缘固定有与变径拱具相接触以密闭土拱试验舱的橡胶垫。土拱试验舱需要为密闭结构，以防通过加压系统施加压力后，土样在间隙处挤出，干扰土拱试验的准确性。作为优选，所述土拱试验舱的顶部设有支撑框架，所述竖直加压系统安装在支撑框架内，且顶部抵靠支撑框架以向竖直活动板施加向下压力。本专利技术还提供了一种采用所述的土拱试验箱测量土拱效应的试验方法，包括：步骤1，依据桩间距调整作为侧壁的活动板的位置；步骤2，依据桩径大小设定变径拱具的旋转角度；步骤3，由上至下向土拱试验舱中分层填装土样，各层土样之间采用异质土样薄层隔离；步骤4，通过加压系统向各活动板施加压力，观察以及测量形成的土拱结构。本专利技术提供的土拱试验箱，能够直观再现不同含水率、桩间距以及不同桩径下的土拱形成，可直接测量拱高、拱跨，描绘拱形，获得土拱的各项应力应变参数，进而获得载荷和位移的关系，从力学和试验现象两方面合理分析土拱的形成机理。本专利技术提供的土拱试验箱操作简单，便于观察，依据对称原理对装置结构进行了简化，有效降低了土拱试验箱的自重。附图说明图1为本专利技术土拱试验箱的示意图；图2为本专利技术土拱试验箱的箱体俯视图；图3a～3d为本专利技术土拱试验箱中变径拱具不同旋转角度的示意图；图4为本专利技术土拱试验箱中变径拱具的横截面示意图；图5为本专利技术土拱试验箱中变径拱具上穿线孔布置的示意图；图6为本专利技术土拱试验箱中变径拱具自锁结构的示意图。图中：1、箱体；2、水平活动板；3、水平加压系统；4、竖直加压系统；5、变径拱具；6、竖直活动板；11、水平加压舱；12、竖直加压舱；13、土拱试验舱；14、角钢；15、钢板；16、观察窗；51、穿线孔；52、数据线；53、集线孔；55、棘轮；56、卷簧；57、棘爪；31、棘齿。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术土拱试验箱以及土拱试验方法做详细描述。实施例1如图1所示，一种土拱试验箱，包括箱体1、设置在箱体1内的土拱试验舱13、变径拱具5、水平加压系统3以及竖直加压系统4。箱体1为下端开口的棱柱体，本实施例中箱体1为长1000mm、宽300mm、高1500mm的长方体。箱体1侧壁采用钢板15，相连两块钢板15通过等边角钢14以及螺栓固定连接。各钢板15之间的连接关系如图2所示，每块等边角钢14的两边分别贴靠相邻的两块钢板15，通过贯穿角钢14和钢板15的螺栓固定连接二者，在两块钢板15的连接处利用工程胶进行密封。箱体1的各侧壁设有与地面相贴靠的外翻边，通过贯穿外翻边的地锚螺栓将箱体1固定在地面上。箱体1内部空间划分为处于右下角的土拱试验舱13，处于土拱试验舱13左侧的水平加压舱11以及处于土拱试验舱13上方的竖直加压舱12。水平加压系统3位于水平加压舱11内，竖直加压系统4位于竖直加压舱12内。土拱试验舱13为长方体结构，土拱试验舱13的顶壁为竖直活动压板，左侧壁为水平活动压板，其余侧壁由箱体1兼做，土拱试验舱13的底部为开放结构。箱体1内设置有用于导向竖直活动压板移动的竖本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种土拱试验箱，包括箱体，其特征在于，所述箱体内部设有用于填装土样的土拱试验舱，土拱试验舱的顶壁以及至少一侧壁为活动板，设有向各活动板施加朝向土拱试验舱压力的加压系统，作为侧壁的活动板上转动定位安装有变径拱具，所述变径拱具为水平布置的柱体，且该柱体的横截面的至少一部分轮廓为螺线。

【技术特征摘要】
1.一种土拱试验箱，包括箱体，其特征在于，所述箱体内部设有用于填装土样的土拱试验舱，土拱试验舱的顶壁以及至少一侧壁为活动板，设有向各活动板施加朝向土拱试验舱压力的加压系统，作为侧壁的活动板上转动定位安装有变径拱具，所述变径拱具为水平布置的柱体，且该柱体的横截面的至少一部分轮廓为螺线。2.如权利要求1所述的土拱试验箱，其特征在于，所述土拱试验舱的顶壁为竖直活动板，一侧壁为水平活动板，所述加压系统包括向竖直活动板施加向下压力的竖直加压系统，以及向水平活动板施加朝向土拱试验舱压力的水平加压系统。3.如权利要求2所述的土拱试验箱，其特征在于，所述箱体内部设有与竖直活动板相配合的竖直导轨，以及贯穿土拱试验舱且与水平活动板相配合的水平导轨。4.如权利要求1所述的土拱试验箱，其特征在于，所述土拱试验舱的一侧壁为透明材质制作的观察窗，所述观察窗上设有刻度网格。5.如权利要求1所述的土拱试验箱，其特征在于，所述变径拱具为空心结构，变径拱具的侧壁上设有用于穿过数据线的穿线孔。6.如权利要求1～5任一所述的土拱试验...

【专利技术属性】
技术研发人员：周奇辉，刘世明，顾章义，胡士兵，康祺祯，刘尊景，夏霄，王金昌，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33