[发明专利]一种模拟土体侧移的透明土模型试验装置及其试验方法

说明书

发明提供一种模拟土体侧移的透明土模型试验装置及其试验方法。该装置包括可固定在光学平台上的透明模型箱，以及T型块和加载块。所述透明模型箱整体为一个矩形箱体。这个矩形箱体的一侧周壁上具有矩形缺口。所述T型块嵌坐于透明模型箱的缺口侧。所述透明模型箱外设置有油压千斤顶、两台工业相机和两台激光发射器。试验时，所述透明土中埋置试验模型桩。所述加载块被油压千斤顶抵在腹板部上。油压千斤顶对加载块分级施加位移。所述两台激光发射器发射激光，在透明土内形成两个透明土散斑场。所述工业相机记录透明土散斑场的变化。该装置的试验方法包括制模、制备透明土、分级加载等步骤。该装置尺寸小，系统设置合理，试验操作方便。

技术领域

本发明涉及岩土工程可视化试验技术领域，特别涉及一种模拟土体侧移的透明土模型试验装置和试验方法。

背景技术

随着国家建设的大规模开展，大量高层建筑、桥梁和港口不断涌现，高速铁路、公路路网的加密，城市地铁建设的发展，沿海地区围垦以及大面积回填，被动桩的应用日趋广泛。对被动桩在水平侧移条件下的受力和变形特性研究具有十分重要的现实意义。

传统被动桩的分析方法包括理论分析法和模型试验法等，均是基于假定的桩土相对位移曲线以及桩侧土压力-桩土相对位移曲线，而对桩土相互作用机理揭示不足。因此，合理确定被动桩的桩土相对位移曲线、桩侧土压力-相对位移曲线、被动群桩的土拱效应和遮拦效应的形成条件是准确分析被动桩的应力和变形以及进行群桩结构优化设计的关键。

现有技术中，模拟土体侧移的模型试验装置可以模拟不同形状的位移荷载，分析桩身的承载特性变化，以及土体作用在桩身表面的位移模式，但是无法对被动桩在加载过程中桩周土体位移场发展变化进行测量，并且桩土相互作用的可视化程度不高。因此，亟需开发一种可以对被动桩在加载过程中桩周土体位移发展变化进行非插入式测量的试验装置及使用方法。

发明内容

本发明的目的是提供模拟土体侧移的透明土模型试验装置和试验方法，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，一种模拟土体侧移的透明土模型试验装置，包括可固定在光学平台上的透明模型箱，以及T型块和加载块。

所述透明模型箱整体为一个矩形箱体。这个矩形箱体的一侧周壁上具有矩形缺口。

所述T型块包括翼缘部和腹板部。所述T型块由若干块T字型片状板堆叠组合而成。所述T型块嵌坐于透明模型箱的缺口侧。所述翼缘部位于透明模型箱的内腔中。所述腹板部从矩形缺口处伸出。所述T型块与透明模型箱对合边沿闭合。所述翼缘部与透明模型箱合围出半包围空间S。

所述半包围空间S内具有透明薄膜袋。所述透明薄膜袋紧贴半包围空间S的侧壁。所述透明薄膜袋内设置有模拟桩周土体的透明土。

所述透明模型箱外设置有油压千斤顶、两台工业相机和两台激光发射器。所述油压千斤顶位于透明模型箱的缺口侧。所述两台工业相机布置在矩形缺口对侧和透明模型箱上方。所述两台激光发射器布置在与缺口侧相邻的两侧。

试验时，所述透明土中埋置试验模型桩。所述加载块被油压千斤顶抵在腹板部上。油压千斤顶对加载块分级施加位移。所述两台激光发射器发射激光，在透明土内形成两个透明土散斑场。所述工业相机记录透明土散斑场的变化。

进一步，所述透明模型箱采用有机玻璃制得。

进一步，所述油压千斤顶、工业相机和激光发射器固定在支架上。所述支架的高度和角度均可调节。所述光学平台上设置有预留螺孔。所述支架采用螺钉固定在光学平台上。

本发明还公开一种关于上述试验装置的试验方法，包括以下步骤：

1)按设计尺寸制作透明模型箱、T字型片状板和加载块。

2)将T字型片状板堆叠在透明模型箱的缺口处，形成T型块。