本發明屬于巖土工程中樁基模型試驗技術領域，具體涉及一種樁基模型試驗中實現側向土壓力的裝置及其方法。

背景技術：

樁基工程問題中，自重產生的應力場常對樁體結構及周圍介質的變形、強度和穩定性起主導作用。而在考慮自重的相似材料模擬試驗中，必須使模型試驗與原型在材料強度、容重、幾何尺寸、變性性質、應力狀態等方面都相似，且各相似比之間要滿足一定的約束條件，要同時滿足這些相似條件很困難。為了得到特定的應力場，一般采用離心機試驗的方法，但是在樁基模型試驗中，為了真實反映實際的樁土相互作用、樁側注漿效果等，模型試驗的縮尺比例較小，使模型尺寸較大、重量較重，此時離心機的動力能力達不到試驗的要求，而土體中的側向土壓力對于樁土之間的摩擦作用、樁土膠結面的形狀具有重要影響，若無法得到實際應力場，這樣的試驗結果很難用來評價工程原型的實際力學行為和工程特性。

因此，研制一種不需要離心機，同樣可以實現實際側向土壓力場的方法及裝置，對于樁基模型試驗的發展具有重要作用。

技術實現要素：

為了克服上述技術缺陷，本發明提供一種樁基模型試驗中實現側向土壓力的裝置及其方法，不需要離心機，同樣可以實現實際側向土壓力場。

為了解決上述問題，本發明按以下技術方案予以實現的：一種樁基模型試驗中實現側向土壓力的裝置，包括模型箱、模型樁、多塊側壓傳遞板、多個加壓設備和多個土壓力傳感器，所述模型樁、側壓傳遞板、加壓設備和土壓力傳感器置于所述模型箱內；所述側壓傳遞板的一邊與所述模型箱的側壁活動連接，所述模型箱的相鄰兩個側壁上的側壓傳遞板咬合相接，所述加壓設備設在所述模型箱的側壁與所在側壁上的所述側壓傳遞板之間；所述模型樁置于所述側壓傳遞板圍設的空間中，所述土壓力傳感器設于所述模型樁上。

具體地，所述加壓設備為加壓氣囊。

進一步，所述側壓傳遞板包括一組對邊，為咬合邊，所述咬合邊上交錯設有多個卯眼和多個榫頭，所述模型箱的相鄰兩個側壁上的側壓傳遞板通過所述卯眼和榫頭實現咬合。

具體地，所述側壓傳遞板的連接邊通過合頁與所述模型箱的側壁活動連接。

具體地，自所述側壓傳遞板的連接邊向其對邊的方向上，所述咬合邊的卯眼漸深。

進一步，相鄰的加壓氣囊通過氣管相互連通。

具體地，所述土壓力傳感器于所述模型樁的軸向上間隔設置。

具體地，所述土壓力傳感器于所述模型樁的同一橫截面上等角度環繞設置。

一種樁基模型試驗中實現側向土壓力的方法，步驟如下：

S1，在模型箱內，將側壓傳遞板敷貼在所述模型箱的側壁上，所述側壓傳遞板的一邊活動連接所述模型箱，所述模型箱的相鄰兩個側壁上的側壓傳遞板咬合相接；

S2，在所述模型箱的側壁與所在側壁上的所述側壓傳遞板之間設置加壓氣囊；

S3，把模型樁吊入模型箱內；

S4，填土，并在所述模型樁上設置多個土壓力傳感器；

S5，對所述加壓氣囊充氣加壓，所述加壓氣囊抵頂側壓傳遞板，相鄰的側壓傳遞板加深咬合，并推擠所述模型箱內的土體，使所述模型樁所受的側向土壓力增大；通過所述模型樁上的土壓力傳感器獲得土體的側向土壓力的反饋，通過調控所述加壓氣囊的壓強，調控所述土體的側向土壓力。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：1、本發明通過加壓設備和側壓傳遞板對土體施加側壓力，并運用模型樁上的土壓力傳感器實時反饋側向土壓力大小，可精準地模擬實際側向土壓力沿深度呈線性變化的狀態，并可以根據不同試驗條件實現不同深度的側向土壓力場，這對于研究樁基試驗中，樁土相互作用、樁側注漿效果、樁土膠結面形狀等問題具有關鍵影響；2、相鄰加壓氣囊的連通，有利平衡各氣囊的壓力，實現模型樁平均地受到各方向上的側向土壓力；3、通過在側壓傳遞板的兩咬合邊上設置斜向變化的卯眼和榫頭，實現在加壓過程中兩塊相鄰側壓傳遞板的相互匹配地嵌入與咬合，既可以避免相鄰側壓傳遞板移動過程中的相互阻擋，同時又可以防止模型箱中的土顆粒從側壓傳遞板的咬合處的縫隙中漏出。

附圖說明

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步詳細的說明，其中：

圖1是本發明的結構示意圖。

圖2是本發明的側壓傳遞板的結構示意圖。

圖3是本發明的另一側壓傳遞板的結構示意圖。

圖4是本發明的加壓氣囊布置圖。

圖5是本發明的加壓氣囊連接圖。

圖中：1-模型箱；2-側向傳遞板；3-加壓氣囊；4-模型樁；5-土壓力傳感器，21-連接邊；22-咬合邊；23-擺動邊；25-合頁；27-卯眼；28-榫頭；34-氣管。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。

實施例

如圖1～圖5所示，本實施例所述的樁基模型試驗中實現側向土壓力的裝置，包括模型箱1、四塊側壓傳遞板2、四個加壓氣囊3模型樁4、和多個土壓力傳感器5。模型樁4、四塊側壓傳遞板2、四個加壓氣囊3和多個土壓力傳感器5置于模型箱1中，土體填充模型箱1內的空間。

其中，如圖2和圖3所示，圖2和圖3是相互匹配咬合的側壓傳遞板2。所述側壓傳遞板2為一方形板體，具有四條邊，分別為連接邊21、咬合邊22、擺動邊23和另一條咬合邊22。同一側壓傳遞板2上，連接邊21和擺動邊23為一組對邊，兩條咬合邊22為一組對邊。連接邊21上設有合頁25，咬合邊22上設有多個榫頭28和多個卯眼27，榫頭28和卯眼27交錯設置。而且，自連接邊21向擺動邊23方向上，咬合邊22的卯眼27漸深，具體是，越靠近擺動邊23的卯眼27的深度越大，越靠近連接邊21的卯眼27的深度越小。所述四塊側壓傳遞板2與模型箱1的四個側壁一一對應，側壓傳遞板2的連接邊21通過合頁25活動連接模型箱1的側壁，使側壓傳遞板2可以繞其連接邊21轉動。相鄰的側壓傳遞板2通過咬合邊22相互連接，側壓傳遞板2的擺動幅度受限于咬合邊22上的卯眼27的大小。

所述四個加壓氣囊3與四塊側壓傳遞板2一一對應，加壓氣囊3置于模型箱1的側壁與所在側壁上的側壓傳遞板2之間。相鄰的加壓氣囊3通過氣管34相互連通。

所述模型樁4豎立于模型箱1的中心，具體為四塊側壓傳遞板2所圍設的空間。模型樁4的側壁上軸向等距離地設置多個土壓力傳感器5。模型樁4的同一橫截面上，多個土壓力傳感器5等角度環繞設置。

本實施例所述的樁基模型試驗中實現側向土壓力的工作原理：通過對加壓氣囊3充氣加壓，加壓氣囊3抵頂側壓傳遞板2，側壓傳遞板2的擺動邊23向模型箱1內部擺動，相鄰的側壓傳遞板2加深咬合，并推擠模型箱1內的土體，使模型樁4所受的側向土壓力增大。通過觀察模型樁4上的土壓力傳感器5，控制加壓氣囊3充氣壓強，使土體的側向土壓力達到試驗要求。

本實施例所述的樁基模型試驗中實現側向土壓力的方法，步驟如下：

S1，設置側壓傳遞板2，

在模型箱1的四個側壁各設一個側壓傳遞板2，側壓傳遞板2敷貼在模型箱1的側壁上，側壓傳遞板2通過其連接邊21上的合頁25活動連接模型箱1，相鄰的側壓傳遞板2通過其咬合邊22相互連接；

S2，設置加壓氣囊3，

在模型箱1的四個側壁各設一個加壓氣囊3，加壓氣囊3置于模型箱1的側壁與所在側壁上的側壓傳遞板2之間，相鄰的加壓氣囊3通過氣管34連通；

S3，設置模型樁4，

把模型樁4吊入模型箱1內；

S4，填土，

向模型箱1分層填土密實，并在模型樁4上設置多個土壓力傳感器5，其中，模型樁4的側壁上軸向等距離地設有多個土壓力傳感器5，模型樁4的同一橫截面上，多個土壓力傳感器5等角度環繞設置；

S5，加壓氣囊3充氣，

對加壓氣囊3充氣加壓，加壓氣囊3抵頂側壓傳遞板2，相鄰的側壓傳遞板2加深咬合，并推擠模型箱1內的土體，使模型樁4所受的側向土壓力增大；通過觀察模型樁4上的土壓力傳感器5，控制加壓氣囊3充氣壓強，使土體的側向土壓力達到試驗要求。

可見，側壓傳遞板的擺動幅度受限于自身的卯眼大小，及相鄰兩塊側壓傳遞板的卯眼大小。本實施例為優選實施例，自側壓傳遞板的連接邊向擺動邊方向上，咬合邊的卯眼梯度漸深，是為了在側壓傳遞板擺動時，相鄰兩塊側壓傳遞板能匹配相接。在其他實施例中，側壓傳遞板只要預留足夠的深度以滿足側壓傳遞板的擺動，同一咬合邊上的卯眼不限于梯度漸深的設置。而且，根據不同的土體要求，可以調整卯眼深度與榫頭的大小，以相鄰兩塊側壓傳遞板匹配咬合為準。而本實施例中，通過在側壓傳遞板的兩咬合邊上設置斜向變化的卯眼和榫頭，實現在加壓過程中兩塊相鄰側壓傳遞板的相互匹配地嵌入與咬合，既可以避免相鄰側壓傳遞板移動過程中的相互阻擋，同時又可以防止模型箱中的土顆粒從側壓傳遞板的咬合處的縫隙中漏出。

與現有技術相比，本發明無需依賴離心機，不存在離心機試驗方法的動力不足等缺陷，本發明通過氣囊和側壓傳遞板對土體施加側壓力，并運用模型樁上的土壓力傳感器實時反饋側向土壓力大小，可精準地模擬實際側向土壓力沿深度呈線性變化的狀態，并可以根據不同試驗條件實現不同深度的側向土壓力場，這對于研究樁基試驗中，樁土相互作用、樁側注漿效果、樁土膠結面形狀等問題具有關鍵影響。

再者，相鄰加壓氣囊的連通，有利平衡各氣囊的壓力，實現模型樁平均地受到各方向上的側向土壓力。

本實施例所述樁基模型試驗中實現側向土壓力的裝置及其方法的其它結構參見現有技術。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，故凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何修改、等同變化與修飾,均仍屬于本發明技術方案的范圍內。