樁承式路堤中平面土拱效應(yīng)與多層加筋體拉膜效應(yīng)研究試驗裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及公路及鐵路工程室內(nèi)模型試驗研究技術(shù)領(lǐng)域的試驗裝置，特別涉及一 種測量粧承式路堤中平面土拱效應(yīng)與多層加筋體拉膜效應(yīng)研究的試驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 粧承式路堤中，由于粧的強度遠大于軟土的強度，路堤填土層中會產(chǎn)生不均勻沉 降，促使剪應(yīng)變或者剪切面的產(chǎn)生，因此來自于路堤以及上部荷載的豎向應(yīng)力會重新分布， 使得傳遞到粧頂?shù)呢Q向應(yīng)力增加，而傳遞到軟土的豎向應(yīng)力會等量減少，這種由于不均勻 沉降而引起的應(yīng)力重分布的現(xiàn)象被定義為"土拱效應(yīng)"。當有加筋體時，部分路堤荷載將作 用在加筋材料上，通過加筋材料中的拉力再將荷載傳遞給粧頂，這稱為"拉膜效應(yīng)"?；挸惺?路堤因其有著施工速度快、沉降控制容易，并且適用于各種地質(zhì)條件的優(yōu)點，已越來越廣泛 地應(yīng)用于軟土地基處理中。目前室內(nèi)試驗中，采用水袋模擬軟土的固結(jié)，不能體現(xiàn)軟土表面 的不均勻沉降。且對于土拱效應(yīng)的產(chǎn)生機理、加筋體和軟土在粧承式路堤中的承載作用力 都少有研究，因此，有必要提供一種新的土拱試驗裝置，能夠更好的研究"土拱效應(yīng)"和"拉 膜效應(yīng)"以及兩者之間的相互耦合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種粧承式路堤中平面土拱效應(yīng)與多層加筋體拉膜效應(yīng) 研究的試驗裝置，以分析粧承式路堤中土拱效應(yīng)產(chǎn)生機理、加筋體和軟土的承載作用力。
[0004] 粧承式路堤中平面土拱效應(yīng)與多層加筋體拉膜效應(yīng)研究試驗裝置，包括上下兩層 立方體模型槽，兩層模型槽之間利用凹形卡槽進行連接；模型槽一面為帶刻度線的鋼化玻 璃，其余面為鋼制材料。其中，上層模型槽中放置砂土模擬路堤填料；下層模型槽放置鋼質(zhì) 粧梁，粧梁周圍填筑地基軟土；軟土表面放置單點位移計測量軟土表面的沉降。在軟土上方 不同高度處四周焊接固定架，并固定帶孔鋼框架，從而固定多層加筋體四周邊界，通過應(yīng)變 片測量加筋體的應(yīng)變，并通過自制裝置測量加筋體豎向變形，進而計算加筋體在粧承式路 堤中的承載作用力。軟土上方鋪設(shè)隔砂層，防止填筑砂土的滲漏，路堤填土中分層放置土壓 力盒，以觀察路堤填土豎向應(yīng)力沿高度的分布規(guī)律；同時分層布置彩砂，以觀察平面土拱中 等沉面的位置。通過數(shù)碼相機拍攝圖片對比試驗前后的變化。
[0005] 所述的粧梁底部兩側(cè)焊接L型鋼支座以保證粧在模型槽中豎直、穩(wěn)定；粧帽為活 動可裝卸式，可變化尺寸大小?？紤]到模型槽的邊界效應(yīng)，粧梁的布置滿足：邊緣粧的粧心 與模型槽邊界的距離為大于等于粧間距的一半；在鋼質(zhì)模型槽的周邊鋪設(shè)塑料薄膜，在鋼 化玻璃面涂抹凡士林，減小邊界摩擦。
[0006] 所述的地基軟土采用尺寸為lcm3的軟、硬質(zhì)聚丙乙烯泡沫或海綿立方體顆粒來模 擬。相比于沒有考慮軟土的試驗裝置，可以直觀觀察在路堤作用下軟土表面的不均勻沉降。 軟土層表面相鄰粧中心點處上方安置單點位移計測量泡沫顆粒層的最大豎向變形，通過室 內(nèi)壓縮試驗測量泡沫顆粒的無側(cè)限模量。軟土的豎向承載力可以用公式（E?！?δ s)/hs評估， 其中1^是軟土的厚度；E。是軟土的壓縮模量；δ s為軟土表面的最大沉降量。
[0007] 所述軟土上方不同高度處四周焊接固定架，該固定架用于固定帶孔鋼框架，帶孔 鋼框架分別位于粧梁上方20mm，50mm和100mm，多層加筋體通過鋼框架上的孔洞進行固定。 所述的多層加筋體表面粘貼應(yīng)變片，應(yīng)變片連接模型槽外側(cè)的數(shù)據(jù)采集儀，觀察加筋體不 同位置處的應(yīng)變；在兩相鄰粧的中心點位置處，加筋體的上方固定PVC管，管內(nèi)放置一根軟 質(zhì)刻度線，軟質(zhì)刻度線一端固定在加筋體上，另一端伸出PVC管，并用輕質(zhì)夾子將軟質(zhì)刻度 線撐直，通過測量伸出PVC管的軟質(zhì)刻度線的尺度變化量確定加筋體的豎向變形，加筋體 在粧承式路堤中的承載作用力可以用公式來評估，其中k為加筋體的剛度，δ 1^為 I V I ) 加筋體的最大豎向變形，1為粧梁凈間距。
[0008] 所述的土壓力盒在軟土中心上方以及粧梁上方，沿路堤填土高度方向每隔10c m 進行布置，土壓力盒連接模型槽外側(cè)的數(shù)據(jù)采集儀記錄土壓力的變化。路堤填料每隔5cm 之間布置彩砂，鋼化玻璃上標注刻度線，用以觀察路堤填土不同高度處砂土的不均勻沉降， 從而確定平面土拱中等沉面的位置。建立以路堤高度為縱坐標，土壓力為橫坐標的直角坐 標系。在該坐標系中，首先畫出橫坐標為yh的直線，其中γ為路堤填土的重度，h為路堤 的高度。將軟土上方不同位置的點描繪在該直角坐標系中并連接成曲線，通過變化粧間距， 粧帽的尺寸，路堤的高度可以得到多條這樣的曲線。通過比較不同曲線與直線yh的關(guān)系， 并根據(jù)填筑砂土的不均勻沉降得到土拱不產(chǎn)生、部分產(chǎn)生、完全產(chǎn)生時，路堤高度、粧間距、 粧帽尺寸之間的定量關(guān)系：當曲線與直線yh基本重合時，土拱沒有產(chǎn)生；當曲線落在直線 yh的下方，并且在路堤填土表面存在差異沉降時，土拱部分產(chǎn)生；當曲線落在直線yh的 下方，并且在路堤填土中觀察到等沉面時，土拱完全產(chǎn)生。
[0009] 本發(fā)明的優(yōu)點和效果在于：本發(fā)明可以揭示：路堤中豎向應(yīng)力沿著路堤高度的變 化規(guī)律；土拱不產(chǎn)生、部分產(chǎn)生、完全產(chǎn)生時，路堤高度、粧間距、粧帽尺寸之間的定量關(guān)系； 平面土拱作用下路堤等沉面的位置；平面土拱作用下加筋體與軟土的豎向承載作用力。
【附圖說明】
[0010] 圖1試驗裝置平面圖；
[0011] 圖2試驗裝置剖面圖；
[0012] 圖3粧梁示意圖；
[0013] 圖4模型槽內(nèi)部示意圖；
[0014] 圖5鋼框架示意圖；
[0015] 其中1為模型槽，2為粧梁，3為粧帽，4為粧梁支座，5為泡沫顆粒，6為單點位移 計，7為加筋體，8為PVC管，9為軟質(zhì)刻度線，10為土壓力盒，11為鋼化玻璃，12為應(yīng)變片， 13為隔砂層，14為鋼制插槽，15為鋼框架，16為固定架，17為凹形卡槽，18為把手。
【具體實施方式】：
[0016] [1]粧承式路堤中平面土拱效應(yīng)與多層加筋體拉膜效應(yīng)研究試驗裝置模型槽（1) 分上下兩層，兩層模型槽的尺寸長，寬，高分別為900mmX900mmX650mm(如圖1、2)。下層模 型槽（1)的底側(cè)，左側(cè)，右側(cè)