一种足尺桩承式加筋路堤三维土拱效应的模拟试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于土拱效应模拟试验技术领域，具体涉及一种足尺粧承式加筋路堤三维土拱效应的模拟试验装置。
【背景技术】
[0002]土拱效应是土力学中的一个重要现象，其影响着土体的荷载传递和沉降变形性态，最直观表现即为:当一部分土体产生不均匀位移或变形时，其余部分土体仍保持不动。从土力学基本概念分析可知，土体内存在摩擦角及粘聚力，当一部分土体发生不均匀位移或变形时，发生位移(变形)的土体与不动土体之间产生摩擦力，增加了不动土体的支撑压力，而相应减小了移动土体的支撑压力，达到一种避轻就重，压力转移的效果，展现出土体调动自身抗剪强度以协调变形的状态。
[0003]粧承式加筋路堤主要包括粧身(通常带有大直径托板粧帽)、加筋垫层以及路堤。由于粧承式加筋路堤具有总沉降小、侧向变形小、路堤表面不均匀沉降小以及施工快速和经济的优点，被广泛运用于高速公路、高速铁路等工程。由于粧间软土的刚度远小于粧体的刚度，粧土之间通常会形成粧土差异沉降，在粧顶粧间上方土体之间形成剪切面，粧顶上方较粧间上方承担更多的土体荷载，在路堤内部形成土拱。粧土差异沉降是决定路堤内部土拱效应的关键因素。
[0004]室内试验常采用泡沫等柔软的材料模拟粧间的软土，通过这类柔软材料和粧身的刚度差异模拟粧土差异沉降，但是该类方法不可控制粧土差异沉降，且变形时间不可控制。也有学者采用水袋模拟粧间软土，但是水袋具有一定的流动性，容易在路堤填筑过程中产生土拱效应，变形也较难控制。
[0005]目前室内土拱效应模型试验主要是缩尺模型试验，针对足尺模型试验的研究较少。一个主要原因是在足尺模型试验具有应力水平高、尺寸大的特点，在足尺模型试验中模拟土拱效应较为困难。
【发明内容】
[0006]为了研究不同粧土差异沉降下土拱效应在路堤内部中的演化规律，解决足尺粧承式加筋路堤中模拟土拱效应的困难，本发明提供了一种足尺粧承式加筋路堤三维土拱效应的模拟试验装置，应用于粧承式加筋路堤土拱效应足尺模型试验研究。
[0007]—种足尺粧承式加筋路堤三维土拱效应的模拟试验装置，包括试验槽，其安装于地面上；试验槽内的地面上平铺有多个混凝土粧帽，相邻混凝土粧帽之间通过盐袋填充；
[0008]所述混凝土粧帽与盐袋所布置区域的外围设有与盐袋连接的进出水管网；混凝土粧帽与盐袋所布置区域的顶部以及外围铺设有加筋垫层；所述加筋垫层中埋设有土工格栅，加筋垫层顶部填筑有路基。
[0009]进一步地，所述的试验槽由四块钢模板按矩形围合而成。
[0010]优选地，所述的钢模板外侧设有多条纵肋和横肋，所述的多条纵肋沿竖直方向等间隔平行设置于钢模板上，所述的多条横肋沿水平方向等间隔平行设置于钢模板上，横肋与纵肋交叉垂直连接。钢模板的作用是限制路基纵向线路方向的变形，钢模板、纵肋以及横肋的宽度可以根据路基填筑高度来确定。
[0011]进一步地，所述进出水管网的两侧分别设有进水口和出水口。
[0012]进一步地，所述进出水管网与盐袋的各连接处均布置有阀门；通过对阀门的控制可以实现盐袋的分区变形，从而实现土拱效应的分区模拟。
[0013]进一步地，所述的盐袋采用轻薄且不透水的聚氯乙烯(PVC)材料，盐袋内部填充有食盐。
[0014]优选地，所述路基的纵截面为等腰梯形。
[0015]优选地，所述的多个混凝土粧帽采用阵列形式排布。
[0016]进一步地，所述的盐袋顶端与混凝土粧帽顶端持平。
[0017]本发明通过水管对盐袋进行充水，食用盐遇水溶化的性质可模拟粧土差异沉降；在路基填筑完成后，可对盐袋进行充水，并将盐袋内的食用盐排出。通过盐袋遇水变形模拟粧间软土的固结沉降，当粧帽和盐袋产生差异沉降之后，就可以在土体内部产生土拱效应。同时，通过控制每层盐袋的厚度来控制每次进出水后盐的下沉量，从而实现了不同粧土差异沉降下土拱效应的模拟。
[0018]本发明的有益技术效果如下:
[0019](1)本发明利用盐袋模拟粧间软土，利用盐袋的变形来控制粧土差异沉降，在路堤内部中形成土拱，为粧承式加筋路堤土拱效应足尺模型试验研究提供了可能性。
[0020](2)本发明利用盐袋模拟粧间软土，盐袋的变形具有更好的可控制性，变形稳定，能够避免在路堤填筑过程中就自动产生土拱效应。
[0021](3)本发明利用背部带有横肋和纵肋的钢模板作为挡土结构，该种钢模板刚度大，变形很小；避免了路基的纵向变形，可以真实的模拟实际工程中的路基工况。
[0022](4)本发明是一种足尺模型试验装置，所采用的填料以及土工格栅和实际工程中所采用的材料一致，更加符合实际工程的情况。
[0023](5)本发明所模拟的土拱效应是一种三维土拱效应，所模拟的背景更加贴近实际工程，能进一步为实际工程提供科研依据。
【附图说明】
[0024]图1为本发明试验装置的平面示意图。
[0025]图2为沿图1中A-A线的剖视图。
[0026]图3为沿图1中B-B线的剖视图。
[0027]图中:1、试验槽，2、钢模板，3、混凝土粧帽，4、盐袋，5、进水口，6、出水口，7、加筋垫层，8、土工格栅，9、路基，10、纵肋，11、横肋，12、阀门，13、进出水管网。
【具体实施方式】
[0028]为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及【具体实施方式】对本发明的技术方案进行详细说明。
[0029]如图1?图3所示，本发明模拟试验装置包括试验槽1、混凝土粧帽3、土工格栅8、路基9、纵肋10、横肋11和多层盐袋4，试验槽1安装在地面上，试验槽1由四块钢模板2在四边围合而成，四边钢模板2的外侧设有用于加强钢模板2刚度的多条纵肋10和多条横肋11 ;试验槽1内的地面上