[发明专利]一种邻近高铁桥梁的隔离桩基及堆载施工模型试验系统

说明书

本申请涉及岩土工程、桥梁工程技术领域，提供一种邻近高铁桥梁的隔离桩基及堆载施工模型试验系统。本系统包括模型试验箱系统、反力框架、加载系统。其中，模型试验箱系统包括模型试验箱、拟堆载土体材料、拟施工隔离桩基、高铁桥梁模型，可实现隔离桩基施工工况、堆载施工工况以及高铁列车运营振动工况的独立及耦合作用；反力框架可实现加载系统沿着X、Y、Z三轴自由移动，并为加载系统提供支撑反力；加载系统用于向拟施工隔离桩基施加均匀贯入荷载，或向轨道扣件加载触点施加均匀振动荷载。本申请采用模块化设计，各功能模块均相对独立，试验系统利用率较高、工况适应性较强，可为相关工程问题及教学科研提供一体化的试验解决方案。

技术领域

本申请涉及岩土工程、桥梁工程技术领域，尤其涉及一种邻近高铁桥梁的隔离桩基及堆载施工模型试验系统。

背景技术

随着我国高铁线路的完善，在高铁桥梁穿越地带，列车运营所产生的振动荷载长期反复作用会对桥梁结构本身及周边环境造成影响。对于高铁车辆基础等大型施工项目，可能会涉及由于河道改道、场地堆填而产生施工设备及土体等大面积及反复堆积荷载，而建成后施工场地内的生产、办公、及附属建筑物等也会对邻近区域产生复合堆载效应。这种堆载会影响地层原始应力，其所产生的附加应力会引起周边土体压缩，从而产生竖向及水平变形，影响邻近桥梁及场地内其他建构筑物的安全。

在距离高铁桥梁等建构筑物较近的地方进行施工时，为防止施工过程中对邻近建筑及环境产生不利影响，通常在被建筑物与施工场地间布置隔离桩来满足保护要求。隔离桩作为施工阶段的地层加固及减少施工对周围环境扰动的主要方法之一，已经被广泛应用于基坑开挖、堆载施工等工程项目中，相关工程需求量较大。

在实际工程中，往往会面临上述多种工况叠加的复杂问题，这些问题往往很难通过理论分析和数值分析进行研究，因此需要借助室内模型试验对实际工程进行精细化模拟。然而，目前的物理模型试验系统多仅能考虑单一施工工况，而尚未有能考虑堆载施工、隔离桩施工和高铁振动耦合作用的模型试验系统。为了解决符合工况的问题，急需发明一种一体化的试验系统，以满足相关工程的科研需求。

发明内容

本申请的目的在于：弥补隔离桩基施工、堆载、高铁振动相关复合施工工况项目模型试验系统的不足，提供一种一体化的试验解决方案，使其能满足隔离桩基施工、堆载作用及高铁运营振动相关工程试验模拟的科研需求。

为实现上述目的，本申请提供了如下技术方案：

一种邻近高铁桥梁的隔离桩基及堆载施工模型试验系统，其特征在于：本系统包括模型试验箱系统、反力框架、加载系统。

所述的模型试验箱系统由模型试验箱、拟堆载土体材料、拟施工隔离桩基和高铁桥梁模型组成；

进一步，所述的模型试验箱包括若干根立柱、底部框架、顶部圈梁、若干组X型筋肋、若干块侧板及底板；所述的若干根立柱、底部框架、顶部圈梁共同组成模型试验箱主体刚性框架；所述的若干块侧板采用刚度较大的材料制成，密封安装于模型试验箱侧面；所述的若干组X型筋肋为刚性结构，设置在若干块侧板外侧并与若干根立柱、底部框架、顶部圈梁组成的刚性框架固定连接，用于对侧板进行加固，保证土样材料的边界约束固定以及强度和刚度要求；所述的底板采用刚度较大的材料制成，密封安装于模型试验箱底面；模型试验箱内可填筑土样材料用于后期试验；

所述的拟堆载土体材料可根据实际堆载材料的物理力学性质通过相似比换算配制，置于指定的堆载位置；

所述的拟施工隔离桩基可根据实际几何尺寸和物理力学性质通过相似比换算制作，根据不同的施工方法和施工参数要求贯入土体中；

所述的高铁桥面模型系统包括若干根桥梁桩基、若干个承台、若干个桥墩、桥面、若干个轨道扣件加载触点，用于精细化模拟实际高铁桥面构造；