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側向土壓力的實現裝置及實現方法。

背景技術：

樁基礎工程中，樁基與樁周土的相互作用是研究樁基承載能力的關鍵，而樁基模型試驗在研究樁基受力性能和作用機理方面發揮著重要的作用。在進行樁基模型試驗時，樁體、樁周土及樁體所受豎向外荷載都可以通過模型試驗的相似比理論進行縮尺，同時受相似比的約束限制，土體中的實際的地應力需要進行不同程度的放大，采用離心機是常用的試驗方法，但是離心機試驗一般成本高昂，同時樁基模型試驗裝置復雜、龐大，一般無法采用離心機實現樁基模型試驗中樁周土地應力的模擬。而樁周土地應力對于樁土之間的相互作用、摩擦作用、樁側注漿效果、樁土膠結面的形成都具有重要影響。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，研制一種可以實現不同側向土壓力的方法及裝置，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側向土壓力的實現裝置及實現方法，不需要借助于離心機，可以實現實際側向土壓力場，而且能夠組合出不同方向不同大小的側向土壓力。

本發明解決該技術問題所采用的技術方案是：一種樁基模型試驗中側向土壓力的實現裝置，包括模型樁、底板、n塊側壓傳遞板、n塊可變側壓傳遞板及多個加壓設備，所述可變側壓傳遞板的板寬可調；所述模型樁置于所述底板上，所述側壓傳遞板和可變側壓傳遞板交錯圍設在所述底板上而形成閉合的側壁，所述側壓傳遞板和可變側壓傳遞板的下方外部分別連接各所述加壓設備，所述側壓傳遞板和可變側壓傳遞板的上邊沿固定，其下邊沿受所述加壓設備作用而向所述模型樁收攏或復位，n≥2，且n為自然數。

進一步，與相鄰的側壓傳遞板連接的、所述可變側壓傳遞板的一組對邊水平相互聚攏。

進一步，所述可變側壓傳遞板包括中心板和多對翅板，所述中心板的兩側活動連接所述翅板，且一對翅板水平對應分立于所述中心板的各一側。

進一步，所述翅板通過滑槽嵌接所述中心板的板面上，或者，所述翅板通過滑槽嵌接所述中心板的板面內。

進一步，一對翅板之間通過復位彈簧連接。

進一步，還包括設置在所述底板上的鋼框架，且所述模型樁置于所述鋼框架內，所述鋼框架通過合頁連接所述側壓傳遞板的上邊沿和可變側壓傳遞板的中心板的上邊沿；還包括鉸接所述鋼框架的側向反力架，所述加壓設備設于所述側向反力架和側壓傳遞板之間，以及，所述加壓設備設于所述側向反力架和可變側壓傳遞板之間。

進一步，所述側壓傳遞板的板面上設置加勁肋；所述可變側壓傳遞板的中心板的板面上設置加勁肋。

進一步，所述底板為鋼底板；所述側向反力架圍設在所述鋼框架外，所述側向反力架為類圓環；所述加壓設備為側向千斤頂；n為2。

一種樁基模型試驗中側向土壓力的實現方法，步驟如下：

s1、將鋼底板和鋼框架組成模型的支撐體系；

s2、側壓傳遞板和可變側壓傳遞板交錯設置，圍設在所述底板上而形成閉合的側壁，所述側壓傳遞板和可變側壓傳遞板通過合頁活動連接所述鋼框架；

s3、在所述可變側壓傳遞板的中心板和側壓傳遞板的一板面焊接加勁肋；

s4、所述可變側壓傳遞板的中心板的另一板面設置水平的滑槽，多對翅板通過所述滑槽與所述中心板分別活動連接，所述側壓傳遞板的兩側連接相鄰的可變側壓傳遞板的翅板；

s5、沿所述支撐體系外圍設置側向反力架，所述側向反力架與鋼框架鉸接連接，設置側向千斤頂在所述側向反力架與可變側壓傳遞板之間，且設置側向千斤頂在所述側向反力架與側壓傳遞板之間；

s6、試驗時，把模型樁置于所述鋼底板上且位于所述鋼框架內，所述復位彈簧和側向千斤頂調節到初始狀態后，往所述側壓傳遞板、可變側壓傳遞板和鋼底板圍設成的空間填土，根據不同試驗要求，通過所述側向千斤頂施加不同荷載，獲取試驗數據。

與現有技術相比，具有如下積極效果：本發明設計的側壓傳遞板和可變側壓傳遞板結構形式，可以實現在模型四面同時施加不同大小的土壓力，克服了樁基模型試驗中初始土壓力無法有效模擬的困難。

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

附圖說明

圖1是本發明的實現裝置的結構示意圖。

圖2是本發明的實現裝置的側視圖。

圖3是本發明的實現裝置的俯視圖。

圖4是本發明的實現裝置的結構示意圖(其他視角)。

圖5是本發明的實現裝置的結構示意圖(其他視角)。

圖6是本發明的實現裝置的結構示意圖(其他視角)。

具體實施方式

本發明的所述樁基模型試驗中側向土壓力的實現裝置，包括模型樁、底板、n塊側壓傳遞板、n塊可變側壓傳遞板及多個加壓設備，所述可變側壓傳遞板的板寬可調；所述模型樁置于所述底板上，所述側壓傳遞板和可變側壓傳遞板交錯圍設在所述底板上而形成閉合的側壁，所述側壓傳遞板和可變側壓傳遞板的下方外部各連接所述加壓設備，所述側壓傳遞板和可變側壓傳遞板的上邊沿固定，其下邊沿受所述加壓設備作用而向所述模型樁收攏或復位，n≥2，且n為自然數。

實施例

如圖1-圖6所示，本實施例所述的樁基模型試驗中側向土壓力的實現裝置，包括模型樁10、鋼底板20、鋼框架30、兩塊側壓傳遞板40、兩塊可變側壓傳遞板、側向反力架60及多個加壓設備。

具體地，所述鋼底板20為矩形板，所述鋼框架30為立方體鋼架，鋼框架30設置在底板20上，模型樁10置于所述底板20上，且所述模型樁10置于所述鋼框架30內。

所述側壓傳遞板40為矩形板，側壓傳遞板40的板面上設置加勁肋80，加勁肋80用于提高側壓傳遞板40的剛度。側壓傳遞板40的上邊沿通過合頁32連接鋼框架30，側壓傳遞板40的下邊沿對應鋼底板20。

所述可變側壓傳遞板包括中心板52、多對翅板54、多條復位彈簧56和加勁肋80，中心板52的板面自上而下設置多道水平的滑槽，翅板54活動嵌接在所述滑槽上，一對翅板54水平對應分立于所述中心板52的各一側，且使中心板52的板面自上而下無縫拼接翅板54，每一對翅板54可向中心板52的中心水平聚攏，從而可變側壓傳遞板的板寬可調。一對翅板54之間通過復位彈簧56連接，使聚攏的一對翅板54可復位。中心板52的另一板面上設置加勁肋80，加勁肋80用于提高可變側壓傳遞板的剛度。中心板52的上邊沿通過合頁32連接鋼框架30，中心板52的下邊沿對應鋼底板20。

所述側壓傳遞板40和可變側壓傳遞板交錯圍設在所述底板20上，在鋼框架30內形成閉合的側壁，則，側壓傳遞板40的兩側與相鄰的可變側壓傳遞板的翅板54對接。可變側壓傳遞板的寬度比側壓傳遞板40的寬度較小，用于提供側壓傳遞板40側移的空間。

所述側向反力架60為類圓環，其圍設在所述鋼框架30外，側向反力架60鉸接所述鋼框架30。

所述加壓設備為側向千斤頂70，側向千斤頂70設于側向反力架60和側壓傳遞板40之間，以及，側向千斤頂70設于側向反力架60和可變側壓傳遞板之間。而且，側向千斤頂70對應側壓傳遞板40和可變側壓傳遞板的下方。側向千斤頂70的施壓可推動側壓傳遞板40和可變側壓傳遞板向所述模型樁10收攏。

本實施例的樁基模型試驗中側向土壓力的實現裝置的技術原理：所述鋼底板20和鋼框架30組成模型試驗的支撐體系，所述側壓傳遞板40和可變側壓傳遞板通過所述合頁32與所述鋼框架30活動連接，所述加勁肋80用于提高側壓傳遞板40和可變側壓傳遞板的剛度；在所述可變側壓傳遞板的中心板52的板面上設置滑槽，所述翅板54通過滑槽嵌在中心板52上，沿水平方向可以自由滑動，一對翅板54之間通過復位彈簧56連接，通過復位彈簧56的壓縮和伸展調節一對翅板54的相對位置；沿鋼框架30外圍設置側向反力架60，所述側向反力架60與所述鋼框架30采用鉸接連接，同時反力架60圍成近似圓形，使反力架60形成受力合理的自平衡體系；在側向反力架60與側壓傳遞板40和可變側壓傳遞板之間設置側向千斤頂70，對側壓傳遞板40和可變側壓傳遞板施加不同壓力，使側壓傳遞板40和可變側壓傳遞板向中部的模型樁10收攏，推動模型樁10施加壓力。在側壓傳遞板40和可變側壓傳遞板收攏的同時，可變側壓傳遞板的翅板54向中心板52的中心水平聚攏，既不影響側壓傳遞板40和可變側壓傳遞板向中部移動，同時保證側壓傳遞板40和可變側壓傳遞板向外部移動時，土體不會漏出。

而且，從實施例中可以看出，翅板的設置，可以多種多樣的，翅板可以設置在中心板的板面上，也可以設置在中心板的板面內。對于將翅板設置中心板的板面內的實施例，中心板為空心板，翅板一端內置于中心板，且一對翅板之間的復位彈簧也是內置于中心板。此設置可以避免翅板聚攏時，翅板與中心板上的土體擠壓，從而避免產生額外的土體壓力。

本發明設計的側壓傳遞板40和可變側壓傳遞板結構形式，可以實現在模型四面同時施加不同大小的土壓力，克服了樁基模型試驗中初始土壓力無法有效模擬的困難。

本實施例的樁基模型試驗中側向土壓力的實現方法，步驟如下：

s1、將鋼底板20和鋼框架30組成模型的支撐體系；

s2、側壓傳遞板40和可變側壓傳遞板交錯設置，圍設在所述底板20上而形成閉合的側壁，所述側壓傳遞板40和可變側壓傳遞板通過合頁32活動連接所述鋼框架30；

s3、在所述可變側壓傳遞板的中心板52和側壓傳遞板40的一板面焊接加勁肋80；

s4、所述可變側壓傳遞板的中心板52的另一板面設置水平的滑槽，多對翅板54通過所述滑槽與所述中心板52分別活動連接，所述側壓傳遞板40的兩側連接相鄰的可變側壓傳遞板的翅板54；

s5、沿所述支撐體系外圍設置側向反力架60，所述側向反力架60與鋼框架30鉸接連接，設置側向千斤頂70在所述側向反力架60與可變側壓傳遞板之間，且設置側向千斤頂70在所述側向反力架60與側壓傳遞板40之間；

s6、試驗時，把模型樁10置于所述鋼底板20上且位于所述鋼框架30內，所述復位彈簧56和側向千斤頂70調節到初始狀態后，往側壓傳遞板40、可變側壓傳遞板和鋼底板20圍設成的空間填土，根據不同試驗要求，通過所述側向千斤頂70施加不同荷載，獲取試驗數據。

其中，所述加勁肋80用于提供側壓傳遞板40和可變側壓傳遞板的剛度，防止支撐體系的內部填土后側向土壓力過大，造成側壓傳遞板40和可變側壓傳遞板出現過度變形。

需要說明的是，所述側壓傳遞板和可變側壓傳遞板交錯圍設是指，每一側壓傳遞板兩邊相鄰的是可變側壓傳遞板，每一可變側壓傳遞板兩邊相鄰的是側壓傳遞板。

本發明并不局限于上述實施方式，如果對本發明的各種改動或變型不脫離本發明的精神和范圍，倘若這些改動和變型屬于本發明的權利要求和等同技術范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型。