[发明专利]一种抗滑桩加固边坡可视化模型试验装置和试验方法

权利要求书

1.一种抗滑桩加固边坡可视化模型试验装置，其特征在于：包括模型箱（1）、边坡成型装置（2）、加载装置（3）、透明土（4）、抗滑桩（9）、激光发射器（12）和数码相机（11）；所述模型箱（1）内设有透明土（4）和抗滑桩（9）；所述模型箱（1）为立方体结构，其相对的两个面上的顶部一侧设有箱体滑槽（5）；所述边坡成型装置（2）由水平钢板（16）一端和带滑槽钢板（17）一端通过第二螺杆（10）连接成一体，用于建造边坡模型；水平钢板（16）的另一端紧靠模型箱（1）左侧内壁，且水平放置于透明土（4）之上，带滑槽钢板（17）另一端设有边坡成型装置滑槽（6），边坡成型装置滑槽（6）与箱体滑槽（5）通过第一螺杆（8）和第一螺母（7）相连，通过改变第一螺杆（8）在箱体滑槽（5）中的位置，可改变带滑槽钢板（17）与水平面之间的夹角α；所述加载装置（3）固定于加载机上，对边坡坡顶施加荷载；所述加载装置（3）由加载机连接杆（18）、加载装置钢架（22）和加载钢底板（25）组成；加载钢底板（25）的一端通过第四螺杆（23）和第三螺母（24）与加载装置钢架（22）连接，另一端由可转动的第三螺杆（19）和两个第二螺母（20）连接，第三螺杆（19）的一端通过螺栓（21）与加载钢底板（25）另一端相连，通过调节两个第二螺母（20）来控制加载钢底板（25）与水平面之间的夹角；所述激光发射器（12）分别设置在模型箱（1）左右两侧；所述数码相机（11）分别设置于模型箱（1）的俯视面和正视面，用于拍摄模型箱（1）箱顶和箱侧的清晰图像。

2.根据权利要求1所述的一种抗滑桩加固边坡可视化模型试验装置，其特征在于：所述模型箱（1）是由若干个钢架（13）组成的长方体框架结构，其顶端开口，模型箱（1）底面焊接有一块钢板（14），模型箱（1）的四个侧面由四块透明的有机玻璃（15）拼接而成，且模型箱钢架（13）与有机玻璃（15）的接触处用防水胶进行密封。

3.根据权利要求1所述的一种抗滑桩加固边坡可视化模型试验装置，其特征在于：所述的透明土（4）为高纯度熔融石英和与其具有相同折射率的无色孔隙液体在恒定温度下按比例混合配制而成，该透明土与天然土体的性质相似，无毒且性质稳定。

4.一种如权利要求1所述的抗滑桩加固边坡可视化模型试验装置的使用方法，其特征在于具体步骤如下：

（1）准备试验材料和器材

按照试验所要求的尺寸分别制作模型箱（1）、边坡成型装置（2）、加载装置（3）、抗滑桩（9）和用于模拟桩周土的透明土（4），并且准备符合试验要求的两个激光发射器（12），两台数码相机（11）和一台电脑；

（２）建造抗滑桩边坡模型

将配制好的透明土分层填入模型箱（1）中，夯实填土直至模型箱（1）内填土达到设计高度，将抗滑桩（9）的一端埋入透明土体中至预定位置，整平土体；将边坡成型装置（2）的水平钢板（16）的左侧边缘紧贴模型箱（1）的左侧内壁，且水平放置于填土表面，另一块带滑槽钢板（17）通过第一螺杆（8）和第一螺母（7）将边坡成型装置滑槽（6）与箱体滑槽（5）相连，通过改变第一螺杆（8）在箱体滑槽（5）中的位置调节水平钢板（16）与水平面之间的夹角，以建造具有试验研究所需坡角的边坡，拧紧第一螺母（7）；再次向模型箱（1）内分层填入并夯实透明土至设计的边坡高度，整平土体；

（３）安装并调试试验设备

将模型箱（1）移至到加载机上并调整其至合适位置；通过加载机连接杆（18）将加载装置（3）与加载机相连，调节第二螺母（20）来控制加载钢底板（25）与水平面之间的夹角，以对坡顶施加不同形式的荷载；调整加载装置（3）的位置使其加载钢底板（25）末端刚好接触边坡坡顶；在模型箱（1）的左侧和右侧分别安装激光发射器（12），调整激光切面的角度，使切面分别水平入射和垂直入射；在模型箱（1）的俯视面和正视面分别架设数码相机（11），并通过数据线与电脑联接，调整相机的位置及参数，使其焦平面与模型箱（1）表面平行且能拍摄到清晰的图像；

（４）开始试验

取出边坡成型装置（2），打开激光发射器（12）、数码相机（11）和电脑，并设定电脑中各个参数，等待试验加载；通过加载机和加载装置（3）对边坡坡顶施加所需荷载，用数码相机（11）分别记录试验过程中箱顶和箱侧的图像，持续加载直至边坡破坏；

（５）试验结果分析

试验加载结束后，通过图像处理软件对试验过程中数码相机所记录的图像进行分析，得到不同时刻下的桩体变形和桩周土的位移场；

（６）重复步骤（1）-（5），以研究在不同坡角和不同形式荷载下的不同形式抗滑桩的变形和破坏模式、桩周土体的连续变形情况以及桩间土拱的形成和破坏全过程。