[发明专利]静动荷载条件下Trapdoor模型试验装置及其试验方法

说明书

本发明公开一种静动荷载条件下Trapdoor模型试验装置，包括容纳填土的试验箱，所述试验箱的上部设有对填土施加载荷的加载机构，所述试验箱的底部设有固定单元和活动门单元，所述固定单元设于所述活动门单元的两侧，所述活动门单元由薄板以及设于所述薄板底部的弹簧组成。在填土自重和所述加载机构施加的荷载作用下，所述活动门单元自发发生一定位移，诱发上部填土中形成土拱。本发明揭示局部荷载作用下土拱形成与演化机制；明确土工合成材料对动力土拱演化规律的影响。

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种静动荷载条件下Trapdoor模型试验装置及其试验方法。

背景技术

土拱效应是岩土工程领域常见的现象，是由土体和相邻结构之间的相对位移引起的。土拱效应造成了土中应力重分布，影响了结构-土的荷载分配，从而影响结构的承载能力和变形。到目前为止，国内外诸多学者在理论、试验、数值分析等领域开展了大量的研究工作，揭示了土拱效应在重力场的发展演化规律，并提出了较为系统的计算理论。然而，土拱效应不可避免地受到荷载(如：均布荷载，交通荷载等)的影响，土拱效应在荷载作用下会发生退化甚至破坏。因此，开展表面荷载作用下土拱稳定性的相关研究，对于工程实践有着重要意义。

专利CN 106908587 A公开了一种土拱效应模型试验装置及试验方法，包括支架、模型盒，模型盒底部设置第一底板、第二底板、托料板和压板，在压板的控制下托料板可掉落，形成土拱，分析土拱效应，且托料板的尺寸可改变。该装置可在模拟重力场作用下的土拱效应，并未考虑活动门位移对土拱效应发挥的影响。

专利CN 107748135 A公开了一种多位移模式下土拱效应探究装置及试验方法，其技术方案是容纳砂土的模型箱，模型箱底部安装有多个可平动或转动的位移加载机构。该发明可以实现平动、转动、主动及被动位移模式下的土拱效应监测，但无法解决表面荷载作用下土拱效应的稳定性问题。

论文《加载条件对土拱效应影响的Trapdoor模型试验研究》公开了一种Trapdoor模型试验装置。该装置中活动门的位移由升降电机人为控制，与活动门上覆压力无关，而且在表面荷载加载过程中，活动门的位移保持不变。然而，在实际工程中，活动门的位移与其上覆土压力有关，且由于表面荷载的施加，活动门的位移随着上覆压力的改变而改变。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有Trapdoor模型试验无法真实反映土拱在荷载作用下演化规律的问题，而提供一种静动荷载条件下Trapdoor模型试验装置及其试验方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种静动荷载条件下Trapdoor模型试验装置，包括容纳填土的试验箱，所述试验箱的上部设有对填土施加载荷的加载机构，所述试验箱的底部设有固定单元和活动门单元，所述固定单元设于所述活动门单元的两侧，所述活动门单元由第一薄板、设于所述第一薄板底部的弹簧以及磁力锁组成，在所述加载机构荷载作用下，所述活动门单元发生位移变化，用于真实模拟局部荷载作用下土拱演化机制。

进一步地，所述弹簧可拆卸设置，根据需求替换不同刚度的弹簧，以实现不同相对位移的模拟。

进一步地，所述活动门单元由一块或多块第一薄板组成，可通过控制活动门的数量，改变活动门的宽度。

进一步地，所述固定单元由第二薄板和设于所述第二薄板下部的钢撑组成。

进一步地，所述活动门单元的第一薄板上布设监测弹簧位移量的位移计，所述填土内和第一、第二薄板上布设监测动土压力的变化情况的土压力计。

进一步地，所述试验箱内部铺设填土，所述填土内部铺设多层筋材，所述筋材表面布设监测筋材轴力变化的应变计。