本發(fā)明主要涉及基坑或邊坡支護(hù)、滑坡治理等技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種側(cè)向加載樁土動(dòng)力響應(yīng)模型試驗(yàn)箱。

背景技術(shù)：

懸臂抗滑樁作為一種以橫向受力為主的支擋結(jié)構(gòu)因其抗滑能力強(qiáng)、對(duì)周邊地質(zhì)體擾動(dòng)相對(duì)較小、施工便捷等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于土木、交通、水利等工程領(lǐng)域中的巖土開挖及回填等加固工程。但由于問題本身的復(fù)雜性，對(duì)于懸臂抗滑樁的理論研究方面要滯后于工程實(shí)踐，導(dǎo)致目前懸臂樁的設(shè)計(jì)理論和計(jì)算方法還很不完善，相關(guān)規(guī)范對(duì)這方面也沒有作出明確的說明，設(shè)計(jì)過程中很多參數(shù)的確定依托于設(shè)計(jì)人員的工程經(jīng)驗(yàn)，而由此引發(fā)的工程事故也屢見不鮮。這一問題已引起工程界及學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，急需開展相關(guān)試驗(yàn)為理論研究提供數(shù)據(jù)支持，對(duì)實(shí)際工程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、進(jìn)行室內(nèi)縮尺模型試驗(yàn)是目前獲取研究數(shù)據(jù)最主要的兩個(gè)手段，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)由于受環(huán)境因素影響較大且成本較高而不能廣泛開展，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行一定數(shù)量的模型試驗(yàn)是十分必要的。

近年來，以抗滑樁為主體的新型復(fù)合支擋結(jié)構(gòu)體系也開始在基坑、邊坡支護(hù)工程中得到應(yīng)用，例如：h型、門型剛架抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁、樁板式擋墻等，這些新型復(fù)合支擋結(jié)構(gòu)體系的可靠性還需要通過更多的工程實(shí)例或模型試驗(yàn)來檢驗(yàn)。

上述問題本質(zhì)上都可以歸結(jié)為樁土相互作用問題，對(duì)于靜荷載作用下樁土穩(wěn)定性問題已開展了較多的研究，但實(shí)際工程中樁或土體不僅承受靜荷載，還會(huì)承受荷載大小及作用位置隨時(shí)間和空間變化的動(dòng)荷載，例如：地震或滑坡時(shí)抗滑懸臂樁或樁板墻后側(cè)土體所承受的荷載為動(dòng)力荷載，抗滑樁加固的路塹邊坡或橋基岸坡在列車振動(dòng)荷載作用下也會(huì)發(fā)生樁土動(dòng)力相互作用。將荷載全部簡(jiǎn)化為靜荷載為開展研究提供了很大方便，但會(huì)導(dǎo)致與實(shí)際偏差較大。對(duì)于動(dòng)荷載作用下樁土動(dòng)力響應(yīng)問題近年來已經(jīng)通過理論分析、數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、模型試驗(yàn)等方式開展了一些研究，但由于試驗(yàn)器材的限制、縮尺模型相似比不好控制等問題導(dǎo)致開展的模型試驗(yàn)研究還非常少，既有試驗(yàn)設(shè)備存在器材昂貴、試驗(yàn)費(fèi)用高、邊界條件與實(shí)際差別較大、可視性差、功能單一的不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題而提出，其目的是提供一種側(cè)向加載樁土動(dòng)力響應(yīng)模型試驗(yàn)箱。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種側(cè)向加載樁土動(dòng)力響應(yīng)模型試驗(yàn)箱，包括牢固側(cè)板的試驗(yàn)箱框架，所述側(cè)板下端設(shè)置有底板，所述底板上設(shè)置有固定復(fù)合支擋結(jié)構(gòu)的嵌固槽，所述嵌固槽與側(cè)板前內(nèi)壁之間設(shè)置有前蓋板，所述嵌固槽與側(cè)板后內(nèi)壁之間設(shè)置有后蓋板，所述后蓋板上端設(shè)置有往復(fù)移動(dòng)的L型推土板，所述推土板側(cè)壁由激振器驅(qū)動(dòng)。

所述后蓋板頂面前端通過螺栓固定有防落土板固定架，所述防落土板固定架通過螺栓固定有防落土板，所述防落土板為薄鋼板，所述防落土板搭接在L型推土板的水平段上端面。

所述后蓋板頂面呈陣列狀固定有定滑輪，所述推土板水平段下端面設(shè)置有與定滑輪相對(duì)應(yīng)的滑道。

所述激振器頂桿與傳力板相連，所述傳力板另一側(cè)通過彈簧與推土板的豎直段外側(cè)壁相連。

所述側(cè)板包括兩塊由鋼化玻璃制成的側(cè)板A和兩塊由木板制成的側(cè)板B，所述側(cè)板A位于底板左右兩側(cè)，所述側(cè)板B位于底板前后兩側(cè)，所述側(cè)板B高于側(cè)板A，所述試驗(yàn)箱框架包括主框架和焊接在主框架四周的角鋼框架，所述角鋼框架由三根橫置角鋼和兩根縱置角鋼焊接而成，輪廓呈橫置且偏心的日字形。

所述嵌固槽包括鋼管框架、限位桿、銷釘和安裝在鋼管框架前后側(cè)面的兩塊腹板，所述鋼管框架上形成多排通孔，所述限位桿兩端各有一個(gè)通孔并由銷釘固定于鋼管框架的不同位置上。

所述前蓋板和后蓋板均由木板制成，所述前蓋板的前后兩端、后蓋板的前后兩端均形成便于安裝的方形缺口，所述底板上設(shè)置有支撐架，所述支撐架上表面緊貼后蓋板下表面。

所述角鋼框架后端與穩(wěn)定板相連，所述前蓋板上還設(shè)置有備用樁前擋土板，所述備用樁前擋土板、推土板的寬度一致，且均適應(yīng)于試驗(yàn)箱內(nèi)部寬度。

所述側(cè)板A之間設(shè)置有錨固板，所述錨固板兩端固定于兩塊側(cè)板A的預(yù)留孔中，所述錨固板中間帶有圓端矩形開槽，開槽上安裝有若干個(gè)帶孔螺栓，所述帶孔螺栓的螺桿上部含徑向通孔，所述堵孔塞尺寸與側(cè)板A預(yù)留孔尺寸相適應(yīng)。

所述推土板由兩塊鋼化玻璃采用環(huán)氧樹脂粘結(jié)制成。

本發(fā)明的有益效果如下：

1.本發(fā)明的左右側(cè)板和推土板采用透明玻璃鋼制作，能直觀地觀測(cè)樁土動(dòng)力響應(yīng)模型試驗(yàn)過程中土體及樁的運(yùn)動(dòng)狀況，有利于發(fā)現(xiàn)動(dòng)荷載作用下樁土之間的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律；同時(shí)，通過在土體、土樁之間、樁身布置傳感器、土壓力計(jì)、應(yīng)變片等測(cè)量裝置，配合相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，可精確測(cè)試樁土動(dòng)力響應(yīng)過程的相關(guān)數(shù)據(jù)并掌握其變化趨勢(shì)。

2.本試驗(yàn)裝置可進(jìn)行多種關(guān)于水平動(dòng)荷載作用下樁土動(dòng)力響應(yīng)的模型試驗(yàn)，例如：抗滑懸臂樁后側(cè)土體在水平動(dòng)荷載作用下樁-土動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)、樁板式擋土墻（簡(jiǎn)稱樁板墻）后側(cè)土體在水平動(dòng)荷載作用下的樁-土動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)、預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁后側(cè)土體在水平動(dòng)荷載作用下的樁土動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)等；進(jìn)一步地，將試驗(yàn)裝置中的激振器改為千斤頂后可進(jìn)行相應(yīng)的靜力試驗(yàn)，通用性強(qiáng)。

3.本試驗(yàn)裝置操作簡(jiǎn)單、使用方便，且制作成本較低，相對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)更容易實(shí)現(xiàn)，可重復(fù)性強(qiáng)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的縱剖面圖；

圖2是圖1中的A-A剖面圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例2的縱剖面圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例3的縱剖面圖；

圖5是本發(fā)明中主框架和角鋼框架的立體圖；

圖6是本發(fā)明中后蓋板的立體圖；

圖7是本發(fā)明中后蓋板的立體圖；

圖8是本發(fā)明中錨固板的立體圖；

圖9是本發(fā)明中帶孔螺栓的立體圖；

其中：

1 試驗(yàn)箱框架 2 底板

3 側(cè)板 4 嵌固槽

5 前蓋板 6 后蓋板

7 支撐架 8 推土板

9 彈簧 10 傳力板

11 定滑輪 12 滑道

13 防落土板 14 防落土板固定架

15 備用樁前擋土板 16 穩(wěn)定板

17 錨固板 18 帶孔螺栓

19 堵孔塞 20 填料

21 模型樁 22 模型板

23 模型錨索 24 激振器

25 應(yīng)變片 26 無線加速度傳感器

27 土壓力計(jì)

1-1 主框架 1-2 角鋼框架

3-1 側(cè)板A 3-2 側(cè)板B

4-1 鋼管框架 4-2 限位桿

4-3 銷釘 4-4 腹板。

具體實(shí)施方式

以下，參照附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明：

如圖1~9所示，一種側(cè)向加載樁土動(dòng)力響應(yīng)模型試驗(yàn)箱，由試驗(yàn)箱框架1、底板2、側(cè)板3構(gòu)成外部結(jié)構(gòu)，由嵌固槽4、前蓋板5、后蓋板6、支撐架7構(gòu)成試驗(yàn)平臺(tái)，由推土板8、彈簧9、傳力板10、定滑輪11、滑道12、防落土板13、防落土板固定架14構(gòu)成推土裝置。

所述傳力板10通過彈簧9安裝于推土板8后側(cè)，所述彈簧9具有很大剛度，所述傳力板10后側(cè)可連接激振器24頂桿。通過傳力板10和彈簧9將激振力傳至推土板8上，可增大激振力作用面積，避免推土板8局部受力集中，同時(shí)，可使推土板8持續(xù)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，不會(huì)與激振器24頂桿脫離。

所述定滑輪11共有六個(gè)，安裝在后蓋板6頂面上，所述滑道12共有三個(gè)，安裝在推土板8底面上。推土板8底面上安裝的滑道12和后蓋板6頂面上安裝的定滑輪11可避免推土板8與后蓋板6的直接接觸，從而顯著減小了激振器24作用下推土裝置運(yùn)動(dòng)過程中的摩擦力，減少了因摩擦而引起的對(duì)動(dòng)能的消耗。

所述推土板8由兩塊透明玻璃鋼采用環(huán)氧樹脂粘結(jié)制成，推土板8呈L形。

所述防落土板13由薄鋼板制成，通過螺栓安裝于防落土板固定架14上，防落土板固定架14通過螺栓安裝于后蓋板6頂面前端。防落土板13后端搭接在推土板8前端上表面。

防落土板13防止推土板8往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中模型樁21后的土體從推土板8與模型樁21之間漏至后蓋板6上堆積后影響推土板8運(yùn)動(dòng)。

所述試驗(yàn)箱框架1包括主框架1-1和焊接在主框架1-1四周的角鋼框架1-2；所述側(cè)板3包括兩塊由鋼化玻璃制成的側(cè)板A3-1和兩塊由木板制成的側(cè)板B3-2，所述側(cè)板A3-1與所述側(cè)板B3-2高度不同。

所述側(cè)板B3-2共兩塊，分別是位于填土側(cè)的后側(cè)板B3-2和位于臨空側(cè)的前側(cè)板B3-2。

所述角鋼框架1-2由三根橫置角鋼和兩根縱置角鋼焊接而成，輪廓呈橫置且偏心的“日”字形。角鋼框架1-2為側(cè)板3提供側(cè)向約束，尤其是當(dāng)推土板向前運(yùn)動(dòng)致使土體被壓縮而產(chǎn)生的側(cè)向膨脹力作用于側(cè)板A3-1時(shí)，角鋼框架1-2可保證側(cè)板A3-1不產(chǎn)生過大變形；角鋼框架1-2還為安裝穩(wěn)定板16提供了位置，為以石塊或混凝土塊固定試驗(yàn)箱提供了空間。

所述嵌固槽4由鋼管框架4-1、限位桿4-2、銷釘4-3和安裝在鋼管框架4-1前后側(cè)面的兩塊腹板4-4組合而成，所述鋼管框架4-1上有多排通孔，所述限位桿4-2兩端各有一個(gè)通孔并可由銷釘4-3固定于鋼管框架4-1的不同位置上?？筛鶕?jù)試驗(yàn)?zāi)康?，調(diào)整模型樁21的固定位置或兩排模型樁21之間的排距。

所述腹板4-4共兩塊，分別是位于填土側(cè)的后腹板4-4和位于臨空側(cè)的前腹板4-4。所述腹板4-4為前蓋板5、后蓋板6的放置提供了條件，還可防止填料進(jìn)入前蓋板5、后蓋板6下側(cè)，減小填料用量。

所述前蓋板5和后蓋板6均由木板制成，所述前蓋板5的前端、后端帶有方形缺口，可使前蓋板5嵌固于前側(cè)板B3-2和前腹板4-4之間，所述后蓋板6的前端、后端也帶有方形缺口，可使后蓋板6嵌固于后側(cè)板B3-2和后腹板4-4之間。前蓋板5、后蓋板6一方面用于固定嵌固槽4；另一方面，后蓋板6上可放置推土板8，特殊地，將前蓋板5上部空間填充填料后可進(jìn)行全埋式抗滑樁樁土動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)。

所述支撐架7放置于所述底板2上，支撐架7上表面緊貼后蓋板6下表面，對(duì)后蓋板6起支撐作用，防止后蓋板6因填料的重力作用或填料被壓縮過程中產(chǎn)生的側(cè)向膨脹力作用而產(chǎn)生下?lián)稀?/p>

本試驗(yàn)箱還包括安裝于角鋼框架1-2后端的穩(wěn)定板16。將穩(wěn)定板16緊靠墻壁并用混凝土塊或石塊擠壓住角鋼框架1-2后端的橫置角鋼后可減少因激振器24工作而引起的試驗(yàn)箱振動(dòng)，使激振器24提供的動(dòng)能主要用于推動(dòng)推土板8運(yùn)動(dòng)，保證試驗(yàn)精度，還可延長(zhǎng)該試驗(yàn)箱的使用壽命。

本試驗(yàn)箱還包括放置于所述前蓋板5上的備用樁前擋土板15，所述備用樁前擋土板15、推土板8的寬度一致，且均適應(yīng)于試驗(yàn)箱內(nèi)部寬度。

將備用樁前擋土板15固定于模型樁21前側(cè)，可對(duì)填料20進(jìn)行壓實(shí)以達(dá)到試驗(yàn)要求的密實(shí)度，同時(shí)可防止裝料的過程中發(fā)生漏料或填料滑塌;特殊地，若需進(jìn)行全埋式抗滑樁的樁土動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)，可將備用樁前擋土板15固定于角鋼框架1-2的前端，為樁前臨空側(cè)填土創(chuàng)造了條件。

本試驗(yàn)箱還包括安裝于兩側(cè)板A3-1之間的一塊錨固板17和兩個(gè)堵孔塞19，所述錨固板17兩端固定于兩塊側(cè)板A3-1的預(yù)留孔中、中間帶有圓端矩形開孔，開孔上安裝有若干個(gè)帶孔螺栓18，所述帶孔螺栓18的螺桿上部含徑向通孔，所述堵孔塞19尺寸與側(cè)板A3-1預(yù)留孔尺寸相適應(yīng)。若需進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁在側(cè)向動(dòng)荷載作用下的樁土動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)，可將模型錨索23一端錨固于模型樁21樁身，另一端用帶孔錨固螺栓18和螺母固定于錨固板17上；進(jìn)行無錨索抗滑樁樁土動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)時(shí)，可將錨固板17取下，用堵孔塞19將側(cè)板A3-1上的預(yù)留孔封堵防止漏料。

操作步驟如下：

1.依次將支撐架7、嵌固槽4按由后至前（規(guī)定試驗(yàn)箱填土側(cè)為后側(cè)）的順序放置在試驗(yàn)箱底板2上，其中支撐架7緊貼后側(cè)板B3-2、嵌固槽4緊貼支撐架7，然后將后蓋板6放置在支撐架7上，將前蓋板5放置在嵌固槽4與前側(cè)板B3-2之間，使前蓋板5的兩端分別搭接在嵌固槽4的前腹板4-4和前側(cè)板B3-2上。

2.根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康拇_定模擬懸臂抗滑樁的模型樁21所采用的材料以及結(jié)構(gòu)型式（常用的有門式剛架樁、h型樁、排架樁，本實(shí)施例以h型樁為例進(jìn)行說明），確定模型樁的高度、斷面型式，模型樁的根數(shù)、橫向樁間距等，將制作好的模型樁21放入嵌固槽4中，調(diào)整好位置后在模型樁21前后側(cè)安裝限位桿4-2，限位桿4-2的通孔須與鋼管框架4-1上的通孔對(duì)齊，通過銷釘4-3將限位桿4-2固定在鋼管框架4-1上。

3.將防落土板13插入防落土板固定架14的槽中并用螺絲固定。

4.將推土板8放置在后蓋板6上，且使推土板8下表面的滑道12恰好放置在后蓋板6上表面的定滑輪11上，使推土板8能前后滑動(dòng)，由于推土板8側(cè)壁與側(cè)板A3-1的內(nèi)壁緊貼，防落土板13的下表面與推土板8前端的上表面緊貼，故需在推土板8的側(cè)壁、防落土板13的下表面涂抹黃油以減小摩擦。

5.找一堵表面平整的墻，將試驗(yàn)箱的穩(wěn)定板16貼緊墻壁，找?guī)讐K形狀規(guī)則、尺寸合適的石塊或混凝土塊放入角鋼框架1-2中且緊貼角鋼框架1-2最后端的一根橫置角鋼，并使其總高度能達(dá)到放置激振器24的要求，作為固定激振器的平臺(tái)。

6.將激振器24固定在石塊或混凝土塊平臺(tái)上，將激振器24頂桿前端與傳力板10連接在一起。

7.將備用樁前擋土板15用鋼絲或用一根支撐桿（支撐桿可支撐于角鋼框架與備用樁前擋土板之間）固定在模型樁21的前側(cè)。

8.裝料過程中，在模型樁21樁身懸臂段黏貼應(yīng)變片25、安裝無線加速度傳感器26，在填料間及填料與樁身之間布設(shè)土壓力計(jì)27，在填料中布設(shè)無線加速度傳感器26。其中，應(yīng)變片25、無線加速度傳感器26、土壓力計(jì)27等測(cè)量裝置均采用配套采集設(shè)備及軟件采集、記錄數(shù)據(jù)。

9.裝料完成并壓實(shí)達(dá)到試驗(yàn)要求的高度和密實(shí)度后，根據(jù)試驗(yàn)方案，設(shè)定激振器24的頻率和振幅，同時(shí)打開數(shù)據(jù)采集設(shè)備，開始試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中全程觀察模型樁21變形、土體位移、樁前土坍塌等狀況，必要時(shí)可用數(shù)碼相機(jī)攝像以記錄試驗(yàn)現(xiàn)象，試驗(yàn)結(jié)束后與采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，總結(jié)樁土動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律。

實(shí)施例2

一種側(cè)向加載樁土動(dòng)力響應(yīng)模型試驗(yàn)箱，當(dāng)其用于進(jìn)行“樁板墻后側(cè)土體在水平動(dòng)荷載作用下的樁-土動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)”時(shí)，試驗(yàn)裝置與實(shí)施例1的試驗(yàn)裝置相同。

本實(shí)施例操作步驟與實(shí)施例1基本相同，不同的是，將模型樁21按試驗(yàn)要求固定好后，在相鄰兩根模型樁21之間需要安裝模型板22，將模型板22的兩端搭接在相鄰的兩根模型樁21上，并用鋼絲將其與模型樁21固定在一起，同時(shí)需要在模型板22與填料20之間布設(shè)土壓力計(jì)27，在模型板22上黏貼應(yīng)變片25、布設(shè)無線加速度傳感器26。其它操作步驟同實(shí)施例1.

實(shí)施例3

一種側(cè)向加載樁土動(dòng)力響應(yīng)模型試驗(yàn)箱，當(dāng)其用于進(jìn)行“預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁后側(cè)土體在水平動(dòng)荷載作用下的樁-土動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)”時(shí)，試驗(yàn)裝置與實(shí)施例1的試驗(yàn)裝置基本相同，不同的是，本實(shí)施例的試驗(yàn)裝置不包括堵孔塞19而包括錨固板17和帶孔螺栓18。

本實(shí)施例的操作步驟與實(shí)施例1基本相同，不同的是，在實(shí)施例1的步驟2安裝好模型樁21后，取下兩塊側(cè)板A3-1上的堵孔塞19，將錨固板17端部從試驗(yàn)箱外側(cè)穿過側(cè)板A3-1上的預(yù)留孔后從另一塊側(cè)板A穿出，使錨固板17放置在試驗(yàn)箱上。

將模型錨索23的一端錨固在模型樁21樁身的預(yù)定位置上，將模型錨索23的另一端穿過錨固板17上的帶孔螺栓18的徑向通孔后接入測(cè)力計(jì)，測(cè)力計(jì)可測(cè)出模型錨索23的拉力大小，向后拉測(cè)力計(jì)至測(cè)力計(jì)讀數(shù)與試驗(yàn)方案預(yù)定模型錨索23預(yù)應(yīng)力大小相等時(shí)在模型錨索23入孔處做標(biāo)記，取下測(cè)力計(jì)，用鉗子張拉模型錨索23并通過標(biāo)記位置判定出模型錨索23張拉至試驗(yàn)設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力大小后將模型錨索23纏繞在帶孔螺栓18的螺桿上，保持鉗子的張拉力不變，用螺母將帶孔螺栓18在錨固板17上固定并確保模型錨索23被擠壓在帶孔螺栓18與錨固板17之間且不會(huì)產(chǎn)生回縮后，即可將鉗子的力撤去。按上述過程依次將各模型樁21的模型錨索23張拉完成后，即可進(jìn)行實(shí)施例1中的第三個(gè)步驟，后續(xù)操作步驟與實(shí)施例1相同。

上述實(shí)施例只是為了更清楚地描述本發(fā)明而對(duì)本發(fā)明部分功能的舉例，事實(shí)上，本發(fā)明的用途并不限于以上三種。這些實(shí)施例也不能構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。