采用有机玻璃进行制作，且模型槽为直径230mm、高度为450mm、壁厚15mm的底部封口、上部开口的圆柱体。透明岩体采用天然娃石预制。透明岩体的直径为230mm，高度为100mm，透明岩体中预埋1组彩色片状石英模拟裂缝16，在透明岩体上部的中心位置预设放置嵌岩粧的孔洞，该孔洞略大于嵌岩粧的直径，孔径为22mm，孔洞深度为40mm。浇筑钢筋混凝土粧作为嵌岩粧，嵌岩粧的截面为圆形。混凝土骨料、钢筋尺寸按照与实际工程的相似比进行缩放。在模型槽的上部填入天然土层至设计高度200mm)。将埋设好透明岩体2、嵌岩粧3和天然土 17的模型槽1放在加载平台7上，模型槽1底部与观测窗8对准；在模型槽1周围布置圆形拍摄滑轨5，在圆形拍摄滑轨5上布置1台数码相机4 ;在加载平台7观测窗8下面布置1台数码相机6。
[0050]如图3所示，在嵌岩粧3顶部放置压力加载板19，压力加载板19下部的牛耳与嵌岩粧3咬合、上部的空间供放置砝码14施工压荷载；通过逐级增加砝码14的质量的方式调整所施加竖向压荷载的大小形成分级加载。每级荷载下通过圆形拍摄滑轨5上的数码相机4和加载平台7观测窗8下面的数码相机6，观测嵌岩粧3与透明岩体2之间的相互作用。
[0051]实施例5
[0052]模型槽中布置4根嵌岩粧组成群粧嵌岩粧模型试验装置；其他操作步骤同实施例1或5。
[0053]上述实施例仅是对本发明的示例性说明，本领域技术人员可以根据具体模拟需要进行设置。
【主权项】
1.一种基于透明岩体的嵌岩粧模型试验装置，其特征在于，包括加载平台、设置于加载平台上方的透明模型槽、至少一根嵌岩粧、竖向加载装置和/或水平向和斜向加载装置，其中，所述透明模型槽的下部装有透明岩体，透明岩体的上部装有天然土，所述的嵌岩粧布置于透明模型槽的中心并依次穿透天然土并部分嵌入透明岩体；所述的竖向加载装置用于在竖直方向上对嵌岩粧施加压力；所述的水平向和斜向加载装置用于在水平向和斜向对嵌岩粧施加压力；所述模型槽的侧面和底面设置有数码相机；所述的加载平台上设置有观测窗。2.根据权利要求1所述的基于透明岩体的嵌岩粧模型试验装置，其特征在于，所述模型槽的材料为透明有机玻璃或透明钢化玻璃，所述模型槽为边长250?300mm、高度300?450mm、壁厚10?20mm的底部封口、上部开口的长方体；或者直径为250?300mm、高度为300?450mm、壁厚10?20mm的底部封口、上部开口的圆柱体。3.根据权利要求1所述的基于透明岩体的嵌岩粧模型试验装置，其特征在于，所述嵌岩粧为钢筋混凝土嵌岩粧、素混凝土嵌岩粧或钢管混凝土嵌岩粧，所述嵌岩粧的横截面形状为圆形、长方形、X形、Y形或者环形中的任意一种，分别构成圆形粧、长方形粧、X形粧、Y形粧或者管粧。4.根据权利要求1或3所述的基于透明岩体的嵌岩粧模型试验装置，其特征在于，所述的圆形粧的直径为20?25mm，粧长为300?450mm ;所述的长方形粧的边长为20?25mm，粧长为300?450mm ;所述的X形粧或Y形粧的外包圆直径为20?25mm，开弧角度为90?120°，粧长为300?450mm ;所述的管粧的外径为20?25mm，管壁厚为5?7mm，粧长为300 ?450mm。5.根据权利要求1所述的基于透明岩体的嵌岩粧模型试验装置，其特征在于:嵌岩粧与透明岩体相对位置为嵌岩粧垂直或倾斜嵌入透明岩体，嵌岩粧轴线与垂直线构成的倾斜角为0°?45°。6.根据权利要求1所述的基于透明岩体的嵌岩粧模型试验装置，其特征在于，所述加载平台的由钢材和透明有机玻璃制作而成，或者由透明钢化玻璃制作而成，所述观测窗由透明有机玻璃或透明钢化玻璃制成。7.根据权利要求1所述的基于透明岩体的嵌岩粧模型试验装置，其特征在于，所述透明岩体由天然硅石制成，透明岩体内部设置有O?3组的裂缝，所述裂缝材料为耐高温的彩色片状的石英；所述透明岩体与嵌岩粧粧体的接触面为光滑或粗糙，有沉渣或无沉渣；所述沉渣为彩色石英砂颗粒。8.权利要求1所述的基于透明岩体的嵌岩粧模型试验装置，其特征在于，所述的竖向加载装置包括砝码和压力加载板，所述压力加载板套设于所述嵌岩粧的顶端，所述砝码设置于压力加载板的上方；所述水平向和斜向加载装置包括加载架、横向定滑轮、可固定的水平移动滑块、竖向定滑轮、可固定的竖向移动滑块、拖拽砝码和加载托盘，所述加载架固定在加载平台上，包括相互连接的横杆和竖杆，所述可固定的水平移动滑块和可固定的竖向移动滑块分别设置于所述加载架的横杆和竖杆上，所述的可固定的水平移动滑块和可固定的竖向移动滑块上分别连接有横向定滑轮和竖向定滑轮；所述的加载托盘通过绳索跨过所述竖向定滑轮和横向定滑轮与嵌岩粧相连，所述的拖拽砝码设置于所述加载托盘中；通过移动所述可固定的水平移动滑块和可固定的竖向移动滑块的位置调整水平向、倾斜向和竖向荷载。9.根据权利要求1所述的基于透明岩体的嵌岩粧模型试验装置，其特征在于，所述数码相机包括两个，其中一个设置于圆形拍摄滑轨上，所述圆形拍摄滑轨环绕设置于所述模型槽的周围，另一个数码相机设置于加载平台的观测窗的底部。10.一种基于透明岩体的嵌岩粧模型试验装置模拟嵌岩粧与岩体相互作用的方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)制备透明模型槽和透明岩体，在所述透明岩体中预埋O?3组彩色片状石英模拟裂缝；所述透明岩体上部中心位置预设放置嵌岩粧的孔洞； (2)浇注至少一根嵌岩粧； (3)将所述透明岩体放置在模型槽的下部，将嵌岩粧粧端放置在透明岩体的预设孔洞内部，并在嵌岩粧的侧壁和端部设置或者不设置由彩色石英颗粒模拟的沉渣；然后，在模型槽的上部填入天然土层至设计高度； (4)将埋设好透明岩体、嵌岩粧和天然土的模型槽放在加载平台上，所述加载平台上设置有观测窗，使所述模型槽的底部与所述观测窗对准；在模型槽周围布置圆形拍摄滑轨，在圆形拍摄滑轨上布置I台数码相机；在加载平台的观测窗的下面布置I台数码相机； (5)当开展竖向压荷载试验时，在嵌岩粧粧顶放置压力加载板，所述压力加载板与嵌岩粧咬合，所述压力加载板上方放置砝码用于施工压荷载，通过逐级增加砝码的质量的方式调整所施加荷载的大小形成分级加载； 当开展竖向、水平向及倾斜向拉荷载试验时，布置水平向和斜向加载装置，所述布置水平向和斜向加载装置包括加载架、横向定滑轮、可固定的水平移动滑块、竖向定滑轮、可固定的竖向移动滑块、拖拽砝码和加载托盘，其中，所述加载架固定在加载平台上，包括相互连接的横杆和竖杆，所述可固定的水平移动滑块和可固定的竖向移动滑块分别设置于所述加载架的横杆和竖杆上，所述的可固定的水平移动滑块和可固定的竖向移动滑块上分别连接有横向定滑轮和竖向定滑轮；所述的加载托盘通过绳索跨过所述竖向定滑轮和横向定滑轮与嵌岩粧相连，所述的拖拽砝码设置于所述加载托盘中，通过移动所述可固定的水平移动滑块和可固定的竖向移动滑块的位置调整绳索拉力与嵌岩粧轴线的夹角在0°到90°之间，形成不同竖向、水平向及倾斜向拉荷载形式；通过逐级增加砝码的质量的方式调整所施加荷载的大小形成分级加载； (6)当开展竖向压荷载试验或竖向、水平向及倾斜向拉荷载试验，每级荷载下通过圆形拍摄滑轨上的数码相机和加载平台观测窗下面的数码相机，观测嵌岩粧与透明岩体之间的相互作用。
【专利摘要】本发明公开了一种基于透明岩体的嵌岩桩模型试验装置，包括加载平台、设置于加载平台上方的透明模型槽、嵌岩桩、竖向加载装置和/或水平向和斜向加载装置，其中，所述透明模型槽的下部装有透明岩体，透明岩体的上部装有天然土，嵌岩桩布置于透明模型槽的中心并依次穿透天然土并部分嵌入透明岩体；所述的竖向加载装置用于在竖直方向上对嵌岩桩施加压力；水平向和斜向加载装置用于在水平向和斜向对嵌岩桩施加压力；模型槽的侧面和底面设置有数码相机；所述的加载平台上设置有观测窗。本发明试验装置及其使用方法可以可视化观测竖向、水平向以及倾斜向荷载作用下嵌岩桩与岩体的变形、破碎以及承载特性；且试验装置操作简单，易于实现。
【IPC分类】E02D33/00
【公开号】CN105040755
【申请号】CN201510494116
【发明人】孔纲强, 傅钧义, 周立朵, 李辉, 王成青, 郝耀虎
【申请人】河海大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年8月12日