CN111395416A - 一种模拟桥梁墩台基础受力特性的试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及岩土工程滑坡模型试验设计监测技术领域，特别是一种模拟桥梁墩台基础受力特性的试验装置及试验方法，该试验装置包括滑坡缩尺模型，内设置有桥梁墩台基础和抗滑结构，所述抗滑结构设置在桥梁墩台基础与滑坡前缘之间；力加载系统，与所述抗滑结构连接，用于对抗滑结构逐级加载朝向滑坡前缘一侧的拉力；若干测试元件，用于监测滑坡前缘受力至失稳过程中各检测点的测试数据，真实模拟牵引式滑坡从受力至前缘失稳过程中的连续变化，有利于研究牵引式滑坡上滑坡前缘失稳时桥梁墩台基础的受力和变形特性，试验装置结构简单易得，试验方法的过程条件可控、可操作性较强，能够较容易的获得滑坡前缘土体变形与桥梁墩台基础变形的关系。

Description

一种模拟桥梁墩台基础受力特性的试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及岩土工程滑坡模型试验设计监测技术领域，特别是一种模拟桥梁墩台基础受力特性的试验装置及试验方法。

背景技术

桥梁墩台基础为变形敏感结构，研究设置在滑坡体上的桥梁墩台基础在不同受力情况下的变形特性，可以为滑坡范围内的桥梁工程的加固设计提供理论支撑，具有不可或缺的重要性，而缩尺试验因其成本低廉、实验条件可控以及可重复性强等优点，被广泛应用于桩土问题的研究中。

传统的滑坡模型试验方法主要通过两种方式进行加载：（1）自行设置降雨系统，通过降低滑坡土体的强度参数引起滑坡的蠕动变形；（2）在模型后部施加荷载模拟滑坡土体的水平变形，其中，第一种试验方法很难对试验条件进行准确控制，往往很难达到预期效果，而第二种方法在滑坡研究领域是较为普遍的，但是，一般而言，滑坡按其力学条件可划分为推移式滑坡和牵引式滑坡，不同的滑坡型式对滑坡上构筑物的响应特性也会产生不同的影响，进而影响到其加固方式的选择，而目前通过千斤顶等在模型后部施加滑坡推力的加载方式仅仅适用于推移式滑坡，而牵引式滑坡通常是由于滑坡前缘失稳，进而引起滑坡的蠕动或滑动变形，现有的缩尺滑坡模型试验技术并不完善，并不具有模拟滑坡前缘失稳时桥梁墩台的受力特征的功能，致使桥梁墩台基础在牵引式滑坡上的受力和变形特性的研究成果极为匮乏。

所以，目前亟需要一种技术方案，以解决现有的缩尺滑坡模型试验装置并不具有模拟滑坡前缘失稳时桥梁墩台的受力特征的功能的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有的缩尺滑坡模型试验装置并不具有模拟滑坡前缘失稳时桥梁墩台的受力特征的功能的技术问题，提供了一种能够研究滑坡前缘失稳时模拟桥梁墩台基础受力特性的试验装置及试验方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种模拟桥梁墩台基础受力特性的试验装置，包括滑坡缩尺模型，内设置有桥梁墩台基础和抗滑结构，所述抗滑结构设置在桥梁墩台基础与滑坡前缘之间；力加载系统，与所述抗滑结构连接，用于对抗滑结构逐级加载朝向滑坡前缘一侧的拉力；若干测试元件，用于监测滑坡前缘受力至失稳过程中各检测点的测试数据。

本发明的一种模拟桥梁墩台基础受力特性的试验装置，通过力加载系统对滑坡缩尺模型内的抗滑结构施加朝向滑坡前缘一侧拉力，真实模拟牵引式滑坡从受力至前缘失稳过程中的连续变化，结构简单易得、试验可控、可操作性较强，为研究牵引式滑坡特性提供了研究基础，同时通过对桥梁墩台基础在牵引式滑坡从受力至前缘失稳过程中的响应的连续性监测，较容易的获得滑坡前缘土体变形与桥梁墩台基础变形的关系，为研究滑坡前缘失稳时桥梁墩台基础受力特性和变形特性提供了有力的理论支撑。

作为本发明的优选方案，所述滑坡缩尺模型包括分层填筑在试验槽内的滑床、滑动面和滑体。真实模拟滑坡体结构。

作为本发明的优选方案，所述桥梁墩台基础包括承台和设置在承台下方的若干基桩，所述抗滑结构包括若干抗滑桩，所述抗滑桩与所述基桩平行设置。所述基桩和抗滑桩分别沿竖直方向穿过滑床后延伸至滑体内。

作为本发明的优选方案，所述力加载系统包括配重台和连接件，所述连接件一端与所述抗滑结构连接，另一端延伸至试验槽外与所述配重台连接，所述配重台内设置有若干配重块。通过调整配重块能够较容易的改变力加载系统施加到抗滑结构上的拉力，精确模拟抗滑结构在不同受力等级下从至滑坡前缘失稳过程中的受力特性，获得滑坡前缘土体失稳的变形特点。

作为本发明的优选方案，还包括支架组件，所述支架组件能够沿所述试验槽高度方向移动，所述连接件搭设在所述支架组件上。通过调整支架组件能够较容易的改变力加载系统施加到抗滑结构上的拉力的方向，以精确模拟获得滑坡前缘土体在不同拉力状态下从受力至失稳过程的变形特点。

作为本发明的优选方案，所述支架组件包括支撑架和设置在所述支撑架上的定滑轮机构，所述连接件搭设在所述定滑轮机构上。

作为本发明的优选方案，所述测试元件包括若干水平位移计，设置在滑坡前缘上和/或抗滑结构上和/或承台上；若干土压力计，竖向间隔分布在基桩周围的滑坡缩尺模型内；若干应变片，对称分布在基桩表面。所述水平位移计用于监测各检测点在力加载过程中的水平位移变化情况，所述土压力计用于监测在力加载过程中桥梁墩台基础周围的水平土压力的变化量，所述应变片用于监测在力加载过程中基桩的受力特性。

一种模拟桥梁墩台基础受力特性的试验方法，包括如下步骤：S1：缩尺模型设计：通过相似设计，确定滑坡缩尺模型相似比尺，进行材料准备；S2：缩尺模型制备：在试验槽内设置包括滑坡缩尺模型、桥梁墩台基础、抗滑结构和测试元件的桥梁墩台滑坡缩尺模型；S3：力加载系统设置：所述力加载系统包括配重台和连接件，所述配重台通过连接件与抗滑结构连接，用于对抗滑结构施加朝向滑坡前缘一侧的拉力；S4：测试元件连接：将测试元件与采集仪连接，所述测试元件包括若干水平位移计、若干土压力计和若干应变片；S5：试验荷载确定：根据抗滑结构的水平极限承载力预估最大试验荷载，将最大试验荷载通过计算分为若干加载级；S6：试验荷载加载：按所述加载级，由力加载系统逐级递增施加到抗滑结构上的拉力，直至加载至最大试验荷载；S7：测试数据统计：统计测试元件采集的测试数据。

本发明的一种模拟桥梁墩台基础受力特性的试验方法，通过建立能够模拟牵引式滑坡的滑坡缩尺模型，采用逐级加载拉力的方式模拟滑坡前缘失稳过程，获得滑坡前缘土体变形与桥梁墩台基础变形的关系，为牵引式滑坡的研究提供了研究条件，有利于研究牵引式滑坡上滑坡前缘失稳时桥梁墩台基础的受力和变形特性，试验装置结构简单、容易制备获得，试验过程条件可控、可操作性强，为研究滑坡前缘失稳时桥梁墩台基础的受力特征提供了有力的支撑。

作为本发明的优选方案，在S2中，所述桥梁墩台基础至少包括承台和沿滑坡方向成排设置在承台下的后排基桩和前排基桩，所述抗滑结构包括成排设置的抗滑桩，所述应变片至少分布设置在所述前排基桩和所述后排基桩上。

作为本发明的优选方案，在S3中，所述连接件与抗滑结构的顶端连接，所述配重台用于对抗滑结构施加朝向滑坡前缘一侧的水平拉力。以保证力加载过程中抗滑结构的整体性和一致性，提高测试数据模拟的真实性。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的一种模拟桥梁墩台基础受力特性的试验装置有益效果是：

1、通过力加载系统对滑坡缩尺模型内的抗滑结构施加朝向滑坡前缘一侧拉力，真实模拟牵引式滑坡从受力至前缘失稳过程中的连续变化，结构简单易得、试验可控、可操作性较强，为研究牵引式滑坡特性提供了研究基础；

2、通过对桥梁墩台基础在牵引式滑坡从受力至前缘失稳过程中的响应的连续性监测，较容易的获得滑坡前缘土体变形与桥梁墩台基础变形的关系，为研究滑坡前缘失稳时桥梁墩台基础受力特性和变形特性提供了有力的理论支撑；

本发明的一种模拟桥梁墩台基础受力特性的试验方法有益效果是：

1、通过建立能够模拟牵引式滑坡的滑坡缩尺模型，采用逐级加载拉力的方式模拟滑坡前缘失稳过程，获得滑坡前缘土体变形与桥梁墩台基础变形的关系，为牵引式滑坡的研究提供了研究条件，有利于研究牵引式滑坡上滑坡前缘失稳时桥梁墩台基础的受力和变形特性；

2、试验装置结构简单、容易制备获得，试验过程条件可控、可操作性强，为研究滑坡前缘失稳时桥梁墩台基础的受力特征提供了有力的支撑。

附图说明

图1是本发明的一种模拟桥梁墩台基础受力特性的试验装置的结构示意图；

图2是本发明的一种模拟桥梁墩台基础受力特性的试验方法的流程示意图。

图标：1-滑坡缩尺模型，11-滑床，12-滑动面，13-滑体，2-抗滑结构，3-桥梁墩台基础，31-承台，32-基桩，4-滑坡前缘，5-力加载系统，51-配重台，52-连接件，53-配重块，6-支架组件，61-支撑架，62-定滑轮机构，7-水平位移计，8-土压力计，9-应变片，10-试验槽。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，一种模拟桥梁墩台基础受力特性的试验装置，包括滑坡缩尺模型1，内设置有桥梁墩台基础3和抗滑结构2，所述抗滑结构2设置在桥梁墩台基础3与滑坡前缘4之间；力加载系统5，与所述抗滑结构2连接，用于对抗滑结构2逐级加载朝向滑坡前缘4一侧的拉力；若干测试元件，用于监测滑坡前缘4受力至失稳过程中各检测点的测试数据。

本实施例的一种模拟桥梁墩台基础受力特性的试验装置，通过力加载系统5对滑坡缩尺模型1内的抗滑结构2施加朝向滑坡前缘4一侧拉力，真实模拟牵引式滑坡从受力至前缘失稳过程中的连续变化，结构简单易得、试验可控、可操作性较强，为研究牵引式滑坡特性提供了研究基础，同时通过对桥梁墩台基础3在牵引式滑坡从受力至前缘失稳过程中的响应的连续性监测，较容易的获得滑坡前缘土体变形与桥梁墩台基础3变形的关系，为研究滑坡前缘失稳时桥梁墩台基础3受力特性和变形特性提供了有力的理论支撑。

具体的，所述滑坡缩尺模型1包括分层填筑在试验槽10内的滑床11、滑动面12和滑体13，真实模拟一滑坡的结构；在滑坡缩尺模型1的中部埋设桥梁墩台基础3，在桥梁墩台基础3和滑坡前缘4之间埋设抗滑结构2，所述桥梁墩台基础3包括承台31和设置在承台31下方的若干成排基桩32，所述抗滑结构2包括与成排基桩32同方向排列设置的一排抗滑桩，所述基桩31和抗滑桩分别沿竖直方向穿过滑床11后延伸至滑体13内，真实模拟桥梁墩台滑坡的结构；通过将力加载系统5与抗滑桩顶部连接，对抗滑桩逐级施加朝向滑坡前缘4的拉力，使滑坡缩尺模型1在该拉力的作用下出现滑坡前缘土体失稳情况，真实模拟由于抗滑结构2失效而引起的桥梁墩台滑坡前缘土体失稳的变形情况，通过监测此过程中桥梁墩台基础3的响应特性，较容易的获取滑坡前缘4土体变形与桥梁墩台基础3变形的关系，为研究滑坡前缘4失稳时桥梁墩台基础3受力和变形特性提供了可操作性较强、试验条件可控的试验装置，可根据桥梁墩台基础3的实际结构，调整承台31和其下方成排基桩32的分布位置，以确保试验获取参数能够直接指导实际工程应用。

优选的，所述测试元件包括若干水平位移计7，设置在滑坡前缘4上和/或抗滑结构2上和/或承台31上；若干土压力计8，竖向间隔分布在基桩32周围的滑坡缩尺模型1内；若干应变片9，对称分布在基桩32表面。

具体的，在滑坡前缘4、抗滑结构2顶部以及所述承台31上设置水平位移计7，以监测力加载过程中各检测点的水平位移变化情况。

具体的，在桥梁墩台基础3的基桩32周围分布设置土压力计8，若干土压力8计沿竖直方向排列分布设置在滑坡内，并与基桩32间隔设置，以监测在力加载过程中桥梁墩台基础3周围的水平土压力的变化量，优选在滑动面12附近增加土压力计8的设置数量，以获取滑动面12在滑坡前缘4失稳过程中的变形特性。

具体的，在同一基桩32表面采用对称分布的方式设置至少两列应变片9，精确监测力加载过程中基桩32的受力和变形特性。

优选的，所述力加载系统5包括配重台51和连接件52，所述连接件52一端与所述抗滑结构2连接，另一端延伸至试验槽10外与所述配重台51连接，所述配重台51内设置有若干配重块53。

具体的，所述连接件52为钢绳，连接件52一端连接钢构件，所述钢构件能够滑动套设在抗滑桩的顶部，所述连接件52沿水平方向延伸至试验槽10外，搭设在设置在试验槽10上的支架组件6上，另一端与配重台51连接，配重台51内配套设置若干配重块53，所述支架组件6包括能够沿试验槽10高度方向调整高度的支撑架61和设置在所述支撑架61上的定滑轮机构62，使提供调整支撑架61的位置，维持位于试验槽10内侧部分的连接件52的水平状态，以保证力加载过程中抗滑结构2受力变形的整体性和一致性，同时，也使该试验装置能够根据滑坡缩尺模型1的具体尺寸，具体调整各力加载系统5的拉力方向，保证试验结果的真实性，以精确模拟获得不同滑坡前缘土体在不同拉力状态下从受力至失稳过程的变形特点以及桥梁墩台基础3的响应特性。

实施例2

如图1-2所示，一种模拟桥梁墩台基础受力特性的试验方法，包括如下步骤：S1：缩尺模型设计：通过相似设计，确定滑坡缩尺模型1相似比尺，进行材料准备；S2：缩尺模型制备：在试验槽10内分层填筑建立包括滑坡缩尺模型1、桥梁墩台基础3、抗滑结构2和测试元件的桥梁墩台滑坡缩尺模型；S3：力加载系统设置：所述力加载系统5包括配重台51和连接件52，所述配重台51通过连接件52与抗滑结构2连接，用于对抗滑结构2施加朝向滑坡前缘4一侧的拉力；S4：测试元件连接：将测试元件与采集仪连接，所述测试元件包括若干水平位移计7、若干土压力计8和若干应变片9；S5：试验荷载确定：根据抗滑结构2的水平极限承载力预估最大试验荷载，将最大试验荷载通过计算分为若干加载级；S6：试验荷载加载：按所述加载级，由力加载系统逐级递增施加到抗滑结构2上的拉力，直至加载至最大试验荷载；S7：测试数据统计：统计测试元件采集的测试数据。

本实施例的一种模拟桥梁墩台基础受力特性的试验方法，通过采用逐级加载拉力的方式模拟滑坡前缘4失稳过程，获得滑坡前缘4土体变形与桥梁墩台基础变形的关系，为牵引式滑坡的研究提供了研究条件，有利于研究牵引式滑坡上滑坡前缘4失稳时桥梁墩台基础3的受力和变形特性，试验装置结构简单、容易制备获得，试验过程条件可控、可操作性强，为研究滑坡前缘4失稳时桥梁墩台基础3的受力特征提供了有力的支撑。

具体的，试验时，根据试验条件和研究目的进行相似设计，确定滑坡缩尺模型1的相似比尺，预制桥梁墩台基础3和抗滑结构2，并在预制的桥梁墩台基础3和抗滑结构2上粘贴设置应变片9，完成试验器件的准备，再在试验槽10中分层填筑滑坡缩尺模型1，填筑过程中在模型中埋设若干土压力计8，建立能够模拟牵引式滑坡的桥梁墩台滑坡缩尺模型，模型建立完成后通过连接件52将抗滑结构2顶部与配重台51相连，调整位于试验槽10内的连接件52至水平状态，使配重台51能够对抗滑结构2施加朝向滑坡前缘4一侧的水平拉力，完成力加载系统5的设置，再将测试元件接入采集仪，进行调零校准后，按照预先计算得到的加载级，通过调整配重台51内配重块53的数量，逐级增加配重台51对抗滑结构2施加的水平拉力，优选为十级，收集每一加载级施加后测得的稳定测试数据，直至加载完成，收集相关测试数据，完成试验。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模拟桥梁墩台基础受力特性的试验装置，其特征在于，包括滑坡缩尺模型（1），内设置有桥梁墩台基础（3）和抗滑结构（2），所述抗滑结构（2）设置在桥梁墩台基础（3）与滑坡前缘（4）之间；力加载系统（5），与所述抗滑结构（2）连接，用于对抗滑结构（2）逐级加载朝向滑坡前缘（4）一侧的拉力；若干测试元件，用于监测滑坡前缘（4）受力至失稳过程中各检测点的测试数据。

2.如权利要求1所述的一种模拟桥梁墩台基础受力特性的试验装置，其特征在于，所述滑坡缩尺模型（2）包括分层填筑在试验槽（10）内的滑床（11）、滑动面（12）和滑体（13）。

3.如权利要求1所述的一种模拟桥梁墩台基础受力特性的试验装置，其特征在于，所述桥梁墩台基础（3）包括承台（31）和设置在承台（31）下方的若干基桩（32），所述抗滑结构（2）包括若干抗滑桩，所述抗滑桩与所述基桩（32）平行设置。

4.如权利要求2所述的一种模拟桥梁墩台基础受力特性的试验装置，其特征在于，所述力加载系统（5）包括配重台（51）和连接件（52），所述连接件（52）一端与所述抗滑结构（2）连接，另一端延伸至试验槽（10）外与所述配重台（51）连接，所述配重台（51）内设置有若干配重块（53）。

5.如权利要求4所述的一种模拟桥梁墩台基础受力特性的试验装置，其特征在于，还包括支架组件（6），所述支架组件（6）能够沿所述试验槽（10）高度方向移动，所述连接件（52）搭设在所述支架组件（6）上。

6.如权利要求5所述的一种模拟桥梁墩台基础受力特性的试验装置，其特征在于，所述支架组件（6）包括支撑架（61）和设置在所述支撑架（61）上的定滑轮机构（62），所述连接件（52）搭设在所述定滑轮机构（62）上。

7.如权利要求3所述的一种模拟桥梁墩台基础受力特性的试验装置，其特征在于，所述测试元件包括若干水平位移计（7），设置在滑坡前缘（4）上和/或抗滑结构（2）上和/或承台（31）上；若干土压力计（8），竖向间隔分布在基桩（32）周围的滑坡缩尺模型（1）内；若干应变片（9），对称分布在基桩（32）表面。

8.一种模拟桥梁墩台基础受力特性的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：缩尺模型设计：通过相似设计，确定滑坡缩尺模型（1）相似比尺，进行材料准备；

S2：缩尺模型制备：在试验槽（10）内设置包括滑坡缩尺模型（1）、桥梁墩台基础（3）、抗滑结构（2）和测试元件的桥梁墩台滑坡缩尺模型；

S3：力加载系统设置：所述力加载系统（5）包括配重台（51）和连接件（52），所述配重台（51）通过连接件（52）与抗滑结构（2）连接，用于对抗滑结构（2）施加朝向滑坡前缘（4）一侧的拉力；

S4：测试元件连接：将测试元件与采集仪连接，所述测试元件包括若干水平位移计（7）、若干土压力计（8）和若干应变片（9）；

S5：试验荷载确定：根据抗滑结构（2）的水平极限承载力预估最大试验荷载，将最大试验荷载通过计算分为若干加载级；

S6：试验荷载加载：按所述加载级，由力加载系统（5）逐级递增施加到抗滑结构（2）上的拉力，直至加载至最大试验荷载；

S7：测试数据统计：统计测试元件采集的测试数据。

9.如权利要求8所述的一种模拟桥梁墩台基础受力特性的试验方法，其特征在于，所述桥梁墩台基础（3）至少包括承台（31）和沿滑坡方向成排设置在承台（31）下的后排基桩（32）和前排基桩（32），所述抗滑结构（2）包括成排设置的抗滑桩，所述应变片（9）至少分布设置在所述前排基桩（32）和所述后排基桩（32）上。

10.如权利要求8所述的一种模拟桥梁墩台基础受力特性的试验方法，其特征在于，在S3中，所述连接件（52）与抗滑结构（2）的顶端连接，所述配重台（51）用于对抗滑结构（2）施加朝向滑坡前缘（4）一侧的水平拉力。

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