验证加筋土结构筋-土间土拱效应的装置的制作方法

本实用新型涉及路基检测技术领域，特别涉及验证加筋土结构筋-土间土拱效应的装置。

背景技术：

目前新老路基不均匀沉降是高速公路改扩建最难克服的问题。老路基已经发生了沉降，而新路基刚刚建成，由于土体蓬松，会随着时间的推移而慢慢发生压缩沉降。

近年来学者提出一种小间距加筋结构，根据研究表明，小间距加筋结构的竖向沉降相对于传统加筋结构的竖向沉降减小许多。

而小间距加筋土结构中两条筋带之间的土体在重力和侧向土压力的作用下形成拱，该拱自身便能承受一定土体的重力和侧向土压力。

由于土拱的承压作用，减小了土体的沉降，但仍无法确定加筋间距具体为何值时，筋-土间可形成最稳定的土拱，这就导致难以最大程度的控制加筋土结构的最大沉降，很难将加筋土结构广泛的应用于高速公路改扩建中。

因此，如何确定何种加筋间距下加筋土内部才能形成稳定的土拱效应成为本领域技术人员急需解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型提供验证加筋土结构筋-土间土拱效应的装置，实现的目的是能够准确确定何种加筋间距下加筋土内部才能形成稳定的土拱效应，克服现有技术的缺陷。

为实现上述目的，本实用新型公开了验证加筋土结构筋-土间土拱效应的装置，包括框架、加载系统、填料和外壳。

其中，所述外壳是一上方开口的容置箱，所述外壳内的底部设有所述填料，所述填料上面设有顶板；所述外壳上方的开口处设有“冂”字形反力架；所述反力架与所述顶板之间设有所述加载系统；

所述加载系统包括从上向下以此连接的圆形混凝土板、千斤顶、压力环和方形混凝土板；

所述圆形混凝土板固定于所述反力架的中间部位；

所述千斤顶通过所述圆形混凝土板和所述反力架形成反压加载系统向所述压力环施加载荷；

所述压力环测量所述反力架与所述顶板之间由所述千斤顶施加的荷载的数值；

所述方形混凝土板上面与所述压力环连接，下面压紧所述顶板将所述压力环施加载荷分布到所述顶板；

所述填料为横向分层设置的多彩颜色沙土。

优选的，所述圆形混凝土板的半径为5cm；所述方形混凝土板尺寸为50cm×50cm×50cm。

优选的，所述外壳由底板、侧板和挡板围成；所述侧板和所述挡板均可上下移动。

更优选的，所述侧板为带网格的钢化玻璃板；所述挡板为钢化玻璃板；所述底板为钢板。

优选的，所述外壳内底板的上面，以及所述顶板的下面均设有土拱格栅。

更优选的，所述土拱格栅孔径20mm，厚度2,1mm,撕破强力大于0.25kn。

优选的，所述外壳内壁与所述顶板或者所述填料接触的部分均涂膜凡士林润滑油。

优选的，所述填料采用侧向分层填筑法进行填筑。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的应用能够得到某一加筋间距下筋-土间可形成稳定的土拱，从而在路基拓宽工程中运用该成果，可有效的降低新旧路基的不均匀沉降。

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

附图说明

图1示出本实用新型一实施例的结构示意图。

图2示出本实用新型一实施例的侧面结构示意图。

图3示出本实用新型一实施例中土工格栅实体图。

图4示出本实用新型一实施例经过多次实验后获得的填料位移趋势图。

具体实施方式

实施例

如图1至图3所示，验证加筋土结构筋-土间土拱效应的装置，包括框架6、加载系统、填料7和外壳。

其中，外壳是一上方开口的容置箱，外壳内的底部设有填料7，填料7上面设有顶板8；外壳上方的开口处设有“冂”字形反力架2；反力架2与顶板8之间设有加载系统；

加载系统包括从上向下以此连接的圆形混凝土板1、千斤顶3、压力环4和方形混凝土板5；

圆形混凝土板1固定于反力架2的中间部位；

千斤顶3通过圆形混凝土板1和反力架2形成反压加载系统向压力环4施加载荷；

压力环4测量反力架2与顶板8之间由千斤顶3施加的荷载的数值；

方形混凝土板5上面与压力环4连接，下面压紧顶板8将压力环4施加载荷分布到顶板8；

填料7为横向分层设置的多彩颜色沙土。

本实用新型的原理如下：

靠近外壳内底板11的上面，以及顶板8的下面的土工格栅区域的填料7的颗粒在自身重力和竖向荷载的作用下形成一个主动区。

该主动区的土体在填料产生的主动土压力作用下向前挡板方向发生位移，产生一个对面板的作用力，从而使得面板将部分力传递给筋带，筋带产生拉力且形成拔出的趋势。

主动区的土体向前面板侧挤出，由于筋带间的土体颗粒之间以及颗粒和筋带之间存在摩擦，导致筋带间的土体发生不均匀位移，最中间位置位移最大，与筋带接触部位位移最小。

而当加筋间距布置合理，且土体的压实度达到要求时，竖向荷载达到要求时，卸除前挡板，中间填料会脱落，上下顶板处的填料会粘结于土拱格栅附近区域，此时从侧向观察临空面会形成一个稳定的土拱。

在某些实施例中，圆形混凝土板1的半径为5cm；方形混凝土板5尺寸为50cm×50cm×50cm。

在某些实施例中，外壳由底板11、侧板9和挡板10围成；侧板9和挡板10均可上下移动。

在某些实施例中，侧板9为带网格的钢化玻璃板；挡板10为钢化玻璃板；底板11为钢板。

在某些实施例中，外壳内底板11的上面，以及顶板8的下面均设有土拱格栅。

在某些实施例中，土拱格栅孔径20mm，厚度2,1mm,撕破强力大于0.25kn。

在某些实施例中，外壳内壁与顶板8或者填料7接触的部分均涂膜凡士林润滑油。

在某些实施例中，填料7采用侧向分层填筑法进行填筑。

本实用新型提供如下实验方案：

1.填料制作

取适量沙土，筛选出粒径处于0.25mm-0.5mm级配区间的中砂颗粒，将筛选后的中砂通过烘干试验测得其含水率，环刀法测量其密度，通过击实试验测得其最大干密度和最佳含水率，根据得到的参数，配置最佳含水率的中砂并利用四种颜料对中砂进行染色。根据含水率、压实度、土体的干密度用按体积法反算出所制备模型所需要填料土的质量。

2.清理模型

清理模型箱内部，晾干后在两边侧板⑥、前后挡板面上涂抹凡士林。

3.填筑模型

将模型向后翻转90°，按照计算好填土的质量，将不同颜色的填料分层填筑模型，每层均需对填料进行压实，压实度控制在90％，分层填筑完毕并嵌入前挡板⑩再将模型向前翻转90°恢复原样。

4.加载

如图所示，在顶板⑧中心放置方形混凝土板⑤，混凝土板中心放置压力环④，压力环上放置千斤顶③，通过圆形混凝土板与反力架衔接形成反压加载系统。通过加载系统施加竖向荷载，至压力达到该层筋土受到的理论竖向荷载时停止加载，并保持加载30分钟。

5.侧位移量

加载结束后，填料颗粒会产生侧向位移，通过侧面透明网格钢化玻璃板直接统计出填料颗粒的侧向位移，建立坐标系，绘制如图4所示的填料位移趋势图。

6.控制变量

通过改变顶板的槽位来控制加筋间距、通过夯击次数来控制压实度、通过千斤顶加压值来控制竖向荷载等因素多次反复实验，验证加筋土结构中的土拱效应。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。