集成微型桩支护的边坡旁条形基础模型试验装置的制作方法

本实用新型涉及室内岩土体模型试验装置，更具体涉及集成微型桩支护的边坡旁条形基础模型试验装置，属于岩土工程技术领域。

背景技术：

近年来，在我国基础设施建设飞速发展的大背景下，有时受地形、经济等因素的影响，需要把基础埋置在边坡旁的地基上。例如，山区公路受地形限制，需将路基设置在边坡旁地基上；桥梁跨越沟谷或交通线时，有时需将桥墩基础设置在边坡坡顶上；山区输电线塔基常设置在边坡临近地基上；露天矿开采时，有时将路基临时埋设在边坡旁的地基上。边坡旁修建基础，一方面，边坡的存在会降低基础承载力，另一方面，基础上覆荷载作用导致边坡变形增大，影响边坡稳定。因此，基于工程安全性考虑，亟需解决边坡-基础组成的复杂系统的相互作用机制及稳定性问题。

边坡旁修建基础，需保证基础承载力和控制边坡变形。现有的地基和基础设计规范中，未针对边坡-基础组成的复杂系统提出相应的解决建议。工程应用中，常沿用平地地基承载力公式，或对平地地基承载力公式修正，未形成统一的方法。因此，边坡旁的基础承载力及破坏机制的理论和试验研究相对滞后。

模型试验是揭示工程破坏规律的一种直观和经济性的方法，一方面，模型试验可以为理论研究提供基础和验证；另一方面，相对工程现场试验，模型试验费用较低。条形基础作为一种特殊尺寸的基础形式，它的长宽比较大，理论处理时可作为理想平面应变模型，得出的数据可用于平面应变条件下的工程数值计算。因此，边坡旁条形基础的模型试验是解决边坡、基础共存的工程问题的一种有效方法。

然而，现有边坡旁条形基础的模型试验研究较少，基础受力加载时常存在荷载偏心问题，特别在基础倾覆破坏后更为突出，同时，未有在边坡旁条形基础条件下考虑相关配套的微型桩支护的模型试验设备。

综上所述，边坡旁条形基础的承载力和系统稳定性的理论和试验研究仍不充分，未有针对性的微型桩支护的模型试验设备，研发集成微型桩支护的边坡旁条形基础模型试验装置，可为揭示边坡-基础组成的复杂系统的相互作用机制及稳定性控制提供重要的技术支撑。

技术实现要素：

本实用新型的目的是在于提供荷载输出系统可靠，实用性强，服务于理论和支护设计的集成微型桩支护的边坡旁条形基础模型试验装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术措施：

该装置由刚性反力架、液压泵、传力梁、滚柱轴承、导向杆、传力杆、球形支座、刚性条形基础、微型桩、悬吊杆、位移传感器、试样制备箱组成，刚性反力架呈方拱形，刚性反力架顶板中心的下侧连接液压泵，液压泵下部与连接垫块接触，连接垫块放置于传力梁上，刚性反力架两侧壁内表面从上到下分别连接第一连接板、第二连接板和第三连接板，第一连接板和第三连接板的一端开有螺纹孔，传力梁的两端对称设有滚柱轴承，导向杆垂直穿过滚柱轴承，导向杆的两端与第一连接板和第三连接板的螺纹孔螺纹连接，第二连接板的一端连接位移传感器，位移传感器与传力梁的上表面垂直接触，传力梁的中心两侧对称设有一对定位螺纹孔和一对第一悬吊螺纹孔，刚性条形基础呈长度远大于宽度的立方体，刚性条形基础沿长度方向的中心两侧对称设有一对球形支座和一对第二悬吊螺纹孔，传力杆的一端与定位螺纹孔螺纹连接，传力杆的另一端与球形支座接触，定位螺母与传力杆配合并分别和传力梁的上、下表面接触，刚性反力架顶板的中心两侧对称设有一对悬吊通孔，悬吊杆穿过悬吊通孔、第一悬吊螺纹孔、第二悬吊螺纹孔，悬吊螺母穿过悬吊杆并悬挂于刚性反力架顶板的上表面，螺纹桩孔沿刚性条形基础的长度方向分布，一部分螺纹桩孔与微型桩的一端螺纹连接，剩余部分螺纹桩孔与封闭螺栓螺纹连接，试样制备箱由有机玻璃、加固侧板、定位板、制动万向轮构成，有机玻璃呈方形槽形状，有机玻璃表面画有刻度线，有机玻璃内侧装有边坡岩土体，刚性条形基础放置于边坡岩土体的坡顶上，有机玻璃的外壁各边通过紧固螺栓连接加固侧板，位于试样制备箱侧壁顶部沿刚性条形基础长度方向的加固侧板开有长方形的滑动通孔，定位板呈长方体形状，与有机玻璃内壁贴合的定位板的两面开有长方形的滑动槽，锁止螺栓穿过滑动通孔和滑动槽，锁止螺母位于滑动槽内，定位板与加固侧板通过锁止螺栓和锁止螺母连接，试样制备箱底部装有制动万向轮。

所述的液压泵、连接垫块的竖向对称轴与刚性反力架的竖向对称轴共线。

所述的微型桩的上表面与刚性条形基础的上表面平齐，悬吊杆、封闭螺栓的下表面与刚性条形基础的下表面平齐。

所述的刚性条形基础和传力梁相互平行，并垂直于导向杆、传力杆、悬吊杆、液压泵、微型桩。

由于采用了以上技术方案，该集成微型桩支护的边坡旁条形基础模型试验装置有以下优点：

1该装置的刚性条形基础和传力梁相互平行，并垂直于导向杆、传力杆、悬吊杆、微型桩，且采用了成对平行的传力杆，当液压泵施加荷载时，传力梁在滚柱轴承的约束下只能沿垂直于刚性条形基础的方向运动，保证了输出荷载方向垂直于刚性条形基础，荷载输出系统可靠。

2该装置的荷载输出系统具有对称性，在球形支座的作用下，垂直于刚性条形基础的输出荷载位置不存在偏心问题。

3成对的球形支座布置在沿刚性条形基础长度方向，且对称于液压泵中心轴，保证在承载力不满足要求、刚性条形基础倾覆时，刚性条形基础在长度方向的平面内不存在扭转趋势，只能沿宽度方向的平面内扭转，变形问题仍在平面应变的范畴内，满足了模型试验的理论基础的正确性。

4刚性条形基础沿长度方向设置若干螺纹桩孔，布置微型桩的螺纹桩孔与微型桩螺纹连接，未布置微型桩的螺纹桩孔与封闭螺栓螺纹连接，另外，微型桩的上表面与刚性条形基础的上表面平齐，封闭螺栓的下表面与刚性条形基础的下表面平齐，在保证边坡岩土体不沿螺纹桩孔溢出的情况下，微型桩的布置形式更为灵活，且微型桩的引入为支护设计提供了试验基础，另一方面，通过封闭螺栓与全部的螺纹桩孔连接，可模拟微型桩未支护的工况，试验种类更为丰富。

5有机玻璃为观察边坡岩土体破坏过程提供了便捷性，有机玻璃表面根据边坡岩土体变形性质刻画相应的尺寸刻度线，拓展了变形测量的手段和方法。

6根据设置的边坡坡面角和刚性条形基础离坡肩的距离，移动定位板直至满足要求后，通过锁止螺栓和锁止螺母连接定位板与加固侧板，逐层填充、压实边坡岩土体，得到的边坡坡面与定位板平行，所以定位板的设计使得边坡制备更便捷、更可靠。

本实用新型的集成微型桩支护的边坡旁条形基础模型试验装置解决了边坡与基础耦合条件下微型桩支护模拟的难题，集成微型桩支护的边坡旁条形基础模型试验装置荷载输出系统可靠，实用性强，可服务于理论和支护设计，可普遍用于微型桩支护条件下边坡和基础相互作用的模型试验。

附图说明

图1为本实用新型的集成微型桩支护的边坡旁条形基础模型试验装置结构示意图；

图2为本实用新型的集成微型桩支护的边坡旁条形基础模型试验装置侧视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明，见附图。

集成微型桩支护的边坡旁条形基础模型试验装置，该装置由刚性反力架2、液压泵16、传力梁18、滚柱轴承7、导向杆8、传力杆14、球形支座15、刚性条形基础27、微型桩24、悬吊杆21、位移传感器6、试样制备箱组成。

刚性反力架2呈方拱形，刚性反力架2顶板中心的下侧连接液压泵16，液压泵16下部与连接垫块17接触，连接垫块17放置于传力梁18上，液压泵16、连接垫块17的竖向对称轴与刚性反力架2的竖向对称轴共线。刚性反力架2两侧壁内表面从上到下分别连接第一连接板3、第二连接板4和第三连接板5。第一连接板3和第三连接板5的一端开有螺纹孔，传力梁18的两端对称设有滚柱轴承7，导向杆8垂直穿过滚柱轴承7，导向杆8的两端与第一连接板3和第三连接板5的螺纹孔螺纹连接，用于保证传力梁18只有竖直方向的自由度。第二连接板4的一端连接位移传感器6，位移传感器6与传力梁18的上表面垂直接触，位移传感器6用于测定传力梁18的竖向位移。

传力梁18的中心两侧对称设有一对定位螺纹孔12和一对第一悬吊螺纹孔22，刚性条形基础27呈长度远大于宽度的立方体，刚性条形基础27沿长度方向的中心两侧对称设有一对球形支座15和一对第二悬吊螺纹孔28，传力杆14的一端与定位螺纹孔12螺纹连接，传力杆14的另一端与球形支座15接触，定位螺母13与传力杆14配合并分别和传力梁18的上、下表面接触，定位螺母13用于当传力梁18移动到初始高度后固定传力梁18的上、下位置。刚性反力架2顶板的中心两侧对称设有一对悬吊通孔20，悬吊杆21穿过悬吊通孔20、第一悬吊螺纹孔22、第二悬吊螺纹孔28，悬吊杆21的下表面与刚性条形基础27的下表面平齐，悬吊螺母1穿过悬吊杆21并悬挂于刚性反力架2顶板的上表面。螺纹桩孔23沿刚性条形基础27的长度方向分布，一部分螺纹桩孔23与微型桩24的一端螺纹连接，剩余部分螺纹桩孔23与封闭螺栓26螺纹连接，微型桩24的上表面与刚性条形基础27的上表面平齐，封闭螺栓26的下表面与刚性条形基础27的下表面平齐。

刚性条形基础27和传力梁18相互平行，并垂直于导向杆8、传力杆14、悬吊杆21、液压泵16、微型桩24。

试样制备箱由有机玻璃31、加固侧板30、定位板19、制动万向轮11构成，有机玻璃31呈方形槽形状，有机玻璃31表面画有刻度线，有机玻璃31内侧装有边坡岩土体25，刚性条形基础27放置于边坡岩土体25的坡顶上，有机玻璃31的外壁各边通过紧固螺栓10连接加固侧板30，位于试样制备箱侧壁顶部沿刚性条形基础27长度方向的加固侧板30开有长方形的滑动通孔32，定位板19呈长方体形状，与有机玻璃31内壁贴合的定位板19的两面开有长方形的滑动槽33，锁止螺栓9穿过滑动通孔32和滑动槽33，锁止螺母29位于滑动槽33内，定位板19与加固侧板30通过锁止螺栓9和锁止螺母29连接。试样制备箱底部装有制动万向轮11。

本实用新型的工作原理为：

(1)调节液压泵16至压头上升成收缩状态，旋转悬吊螺母1至悬吊杆21的最高点，旋转定位螺母13和调节传力梁18的上下位置直至刚性条形基础27到达初始高度，旋转传力杆14并确保其下表面与球形支座15接触，再次旋转定位螺母13并夹紧传力梁18，旋转悬吊螺母1至悬吊螺母1的下表面与刚性反力架2的上表面接触，此时，刚性条形基础27处于设计高度并呈悬吊状态。

(2)按照微型桩24的数量和位置设计，依次安装微型桩24，并满足微型桩24的上表面与刚性条形基础27的上表面平齐，在剩余螺纹桩孔23的位置安装封闭螺栓26，并满足封闭螺栓26的下表面与刚性条形基础27的下表面平齐。

(3)调节制动万向轮11的制动开关至制动万向轮11可滚动，推动试样制备箱至设计位置，调节制动万向轮11的制动开关并确保制动万向轮11不可滚动。

(4)调节定位板19的位置，并满足设计边坡坡面角和刚性条形基础离坡肩的水平距离的要求，旋转锁止螺栓9，通过锁止螺栓9和锁止螺母29连接并固定定位板19与加固侧板30。

(5)向试样制备箱中分层填充边坡岩土体25并分层压实，直至边坡岩土体25达到设计高度位置，此时，边坡岩土体25与刚性条形基础27接触。

(6)旋转悬吊螺母1至悬吊杆21的最高点，调节液压泵16至压头与连接垫块17接触并无压力，调节位移传感器6至其与传力梁18的上表面垂直接触，清零位移传感器6读数。

(7)向液压泵16加压并读取液压值，同时读取位移传感器6的数值，直至基础和边坡组成的系统产生剪切破坏，得到荷载-沉降曲线，记录试验中边坡岩土体25的破坏过程。