专利名称：一种用于模型试验的剪切结构模型桩的制作方法
技术领域：
本发明涉及土木水利等工程中边坡和地基中的桩基础模型试验技术领域，具体涉及一种用于模型试验的剪切 结构模型桩。
背景技术：
桩基础是土木、水利等工程中得到了广泛应用。近年来抗滑桩已经作为一种常用加固方法在实际的滑坡治理中发挥了重要作用(熊朝辉.深汕高速公路101滑坡整治新技术一园安抗滑桩明洞[J].岩石力学与工程学报，2001，20(4) :532 - 537.;刘新荣，梁宁慧，黄金国，等.抗滑桩在边坡工程中的研究进展及应用[J].中国地质灾害与防治学报，2006，17(1) :56 - 62.)。目前，在抗滑桩加固边坡的设计计算方法等方面已经取得了不少进展，但仍缺乏能够合理考虑抗滑桩加固机理的分析评价方法。有必要深入研究不同荷载条件下抗滑桩加固边坡的变形和破坏机理，揭示抗滑桩与其周围土体的相互作用机理和规律。离心模型试验是岩土工程的重要研究手段之一，在国内外被广泛采用，如BRANDENBERG S J, BOULANGER R ff, KUTTER B L, et al. Behavior of pile foundations inlaterally spreading ground during centrifuge tests[J]. Journal of Geotechnicaland Geoenvironmental Engineering,2005,131 (11):1378 - 1391. > ABDOUN T, DOBRYR, 0’ ROURKE T D, et al. Pile response to lateral spreads:centrifuge modeling[J].Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2003, 129(10) :869-878.以及于玉贞，邓丽军.抗滑桩加固边坡地震响应离心模型试验[J].岩土工程学报，2007，29(9) :1320 - 1323.。抗滑桩在离心模型试验中的合理模拟是一个重要的问题，尤其是在再现加固土坡的不同破坏模式和加固材料的选择等方面，需要进行合理抽象进而促进对加固土坡破坏机制的研究，为合理评价抗滑桩的加固效果提供基础。对于抗滑桩来说，在边坡承受各类荷载的过程中，主要发挥抗拉和抗剪强度，对边坡提供抗力，阻止滑裂面的产生，加固结构发生破坏的模式主要是抗拉破坏和抗剪破坏。已有模型桩的选择多为某种确定的均匀材料，比如各种金属等，这些材料的抗拉和抗剪强度一般都是固定的，在确定的边坡条件下，它的破坏模式也是一定的。现有模型桩的选择无法全面的反映桩的各类强度对其破坏模式的影响，尤其是剪切破坏模式，难以对加固效果进行全面评价进而实现对加固结构更好的选择。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种用于模型试验的剪切结构模型桩，可以实现模型试验中模型桩的不同强度的剪切破坏模式的模拟；原理简单，控制方便；成本低；可以促进新型桩的研究。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种用于模型试验的剪切结构模型桩，由多个剪切结构模块I顺次咬合构成，每个剪切结构模块I的横截面以工字形状为主体，工字形状中的下横边2两端分别向下连接竖边4，每个竖边4的端头均带有向内的横向隔挡3，工字形状中的上横边5的长度与两条竖边4的间距一致，剪切结构模块I的上横边5插入至相邻模块的两条竖边4之间实现咬
合 o实现咬合之后，上横边5与相邻模块的下横边2之间设置有圆柱滚轴6，圆柱滚轴6的长度方向与上横边5长度方向垂直，上横边5与相邻模块的两个横向隔挡3之间均设置圆珠滚轴7，相邻模块之间的接触面用胶水粘接。与现有技术相比，本发明由一定边长(如Icm)的模块通过结构咬合以及粘接而成，可以根据研究需要选择不同的块体尺寸，连接铝块到任意长度，形成具有若干个可发生剪切破坏面的桩结构。本发明的各个块体之间通过胶水进行粘接，采用不同的粘接厚度和粘接材料可以达到不同的强度，使模型桩具有不同的抗剪强度，选择合适的粘接材料形成具有不同强度的系列化模型桩，可以在试验中任意调整桩的强度比例，实现剪切破坏模式的模拟和研究不同桩的加固效果。
图I为本发明结构示意图。图2为本发明圆柱滚轴6结构示意图。图3为图2左视图。图4为本发明圆珠滚轴7框体结构示意图。图5为本发明圆珠滚轴7装上圆珠之后结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。如图I所示，本发明为一种用于模型试验的剪切结构模型桩，由多个剪切结构模块I顺次咬合构成，每个剪切结构模块I材料为铝，组装尺寸根据需要而定。剪切结构模块I的横截面以工字形状为主体，工字形状中的下横边2两端分别向下连接竖边4，每个竖边4的端头均带有向内的横向隔挡3，工字形状中的上横边5的长度与两条竖边4的间距一致，剪切结构模块I的上横边5插入至相邻模块的两条竖边4之间实现咬合，当实现咬合之后，上横边5与相邻模块的下横边2之间设置有与上横边5长度方向垂直的圆柱滚轴6，上横边5与相邻模块的两个横向隔挡3之间均设置圆珠滚轴7。圆柱滚轴6的结构如图2和图3所示，是在长方体61上平行设置圆柱体62而形成，其中圆柱体62可以滚动。圆珠滚轴7的结构如图4和图5所示，是在长条71上开出若干球形孔72，然后在球形孔72内安装圆珠73而构成，其中圆珠73可以在球形孔72内滚动。各个空隙被滚轴填满后结构将基本不能发生弯曲变形，且只能沿着滚轴方向相对移动，相邻模块之间的接触面用胶水粘接，使结构具有一定的抗剪强度，试验中主要采用不同的胶进行粘接，试验中当桩达到抗剪强度后，将沿着粘接面发生滑移，形成桩的剪切破坏 模式。由于各模块的形状完全相同，因此可以根据需要连接模块到任意长度，形成具有若干个可发生剪切破坏面的桩结构。
权利要求
1.一种用于模型试验的剪切结构模型桩，由多个剪切结构模块(I)顺次咬合构成，其特征在于，每个剪切结构模块(I)的横截面以工字形状为主体，工字形状中的下横边(2)两端分别向下连接竖边(4)，每个竖边(4)的端头均带有向内的横向隔挡(3)，工字形状中的上横边(5)的长度与两条竖边(4)的间距一致，剪切结构模块(I)的上横边(5)插入至相邻模块的两条竖边(4)之间实现咬合。
2.根据权利要求I所述剪切结构模型桩，其特征在于，实现咬合之后，上横边(5)与相邻模块的下横边(2)之间设置有圆柱滚轴(6)，圆柱滚轴(6)的长度方向与上横边(5)长度方向垂直。
3.根据权利要求I所述剪切结构模型桩，其特征在于，实现咬合之后，上横边(5)与相邻模块的两个横向隔挡(3)之间均设置圆珠滚轴(J)。
4.根据权利要求I所述剪切结构模型桩，其特征在于，实现咬合之后，相邻模块之间的接触面用胶水粘接。
全文摘要
一种用于模型试验的剪切结构模型桩，由多个剪切结构模块顺次咬合构成，每个剪切结构模块的横截面以工字形状为主体，工字形状中的下横边两端分别向下连接竖边，每个竖边的端头均带有向内的横向隔挡，工字形状中的上横边的长度与两条竖边的间距一致，剪切结构模块的上横边插入至相邻模块的两条竖边之间实现咬合，本发明可以根据研究需要选择不同的块体尺寸，连接到任意长度，形成具有若干个可发生剪切破坏面的桩结构，选择合适的粘接材料形成具有不同强度的系列化模型桩，可以在试验中任意调整桩的强度比例，实现剪切破坏模式的模拟和研究不同桩的加固效果。
文档编号E02D33/00GK102720219SQ201210196990
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月14日 优先权日2012年6月14日
发明者张嘎, 王丽萍 申请人:清华大学