一种带溶蚀沟槽的桩端溶洞顶板冲切破坏荷载测试装置的制作方法

本发明涉及岩土工程试验装置，特别涉及一种带溶蚀沟槽的桩端溶洞顶板冲切破坏荷载测试装置。

背景技术：

1、在岩溶地区桥梁桩基工程中，当桩端下方存在溶洞时，桩端荷载通过顶板传递至下伏溶洞临空面，顶板在集中荷载作用下可能发生冲切破坏。目前，在桩端溶洞顶板冲切破坏的理论研究中，现有技术基于hoek-brown准则建立了桩端溶洞顶板的冲切破坏模型，提出了以临界厚径比确定溶洞顶板安全厚度的方法，并通过大型组合式多功能桩基模型试验系统及相似材料缩尺模型对溶洞顶板冲切破坏进行了物理模拟。

2、上述现有理论模型和试验装置均建立在"桩端与顶板为理想完整平面接触"的前提下，即假设顶板上表面为光滑平面。然而，在实际岩溶工程中，由于地下水沿节理面的长期溶蚀作用，溶洞顶板的上表面往往存在溶蚀沟槽，这些沟槽使桩端与顶板的实际接触从完整的"面接触"退化为仅沟槽之间岩脊承载的"脊接触"，有效接触面积显著减小，力的传入模式发生改变。

3、目前，尚无能够在顶板试件表面预制可控溶蚀沟槽形态并测试不同沟槽参数条件下顶板冲切破坏荷载的专用试验装置。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种带溶蚀沟槽的桩端溶洞顶板冲切破坏荷载测试装置，以实现在顶板试件表面预制可控溶蚀沟槽并测定不同沟槽参数对顶板冲切破坏荷载的影响。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种带溶蚀沟槽的桩端溶洞顶板冲切破坏荷载测试装置，包括反力框架、液压伺服作动器、荷载传感器、冲切压头、顶板试件承座、底空腔板和沟槽成型组件，所述液压伺服作动器固定安装于所述反力框架顶部，所述荷载传感器串接于所述液压伺服作动器上，所述冲切压头安装于所述液压伺服作动器下端，所述顶板试件承座安装于所述反力框架底部，所述底空腔板固定于所述顶板试件承座上。

4、进一步的，所述反力框架包括底板、顶部横梁和连接二者的立柱，所述顶板试件承座安装于所述底板的上表面；

5、所述液压伺服作动器包括缸体和活塞杆，所述液压伺服作动器的缸体固定安装于所述顶部横梁的下表面，所述荷载传感器串接于所述活塞杆上，且位于所述液压伺服作动器的缸体与所述冲切压头之间，所述冲切压头安装于所述活塞杆的下端；

6、所述底空腔板上放置有顶板试件，所述底空腔板中央开设有圆形通孔，所述立柱上安装有侧向约束框，以便于从侧面约束所述顶板试件。

7、进一步的，所述圆形通孔的轴线与所述冲切压头的轴线重合。

8、进一步的，所述侧向约束框包括四块压板和四根液压缸；

9、四块压板分别贴靠于所述顶板试件的四个侧面；

10、四根所述液压缸的缸体尾部固定于所述立柱上，活塞杆前端与对应的所述压板连接。

11、进一步的，所述沟槽成型组件包括基板和若干金属条，所述基板的上表面开设有多个相互平行的定位槽，所述金属条可拆卸地嵌插于所述定位槽中，每一所述金属条的截面为矩形，所述金属条沿其长度方向横跨所述顶板试件的上表面。

12、进一步的，所述金属条的截面高度为10mm、15mm或20mm，截面宽度为5mm、10mm、20mm或30mm；

13、所述定位槽的间距为30mm、50mm、80mm或120mm。

14、进一步的，所述金属条以单向平行排列的方式嵌插于所述定位槽中。

15、进一步的，所述冲切压头的上端和所述荷载传感器的下端各设有一法兰盘，两所述法兰盘通过沿周向均布的多组螺栓锁紧，使所述冲切压头的上端面与所述荷载传感器的下端面平面贴合并传递轴向荷载；

16、所述冲切压头的直径具有30mm、50mm、80mm三种可更换规格；

17、所述冲切压头的下端面为平面。

18、进一步的，所述底空腔板具有多种可更换规格，不同规格的所述底空腔板的圆形通孔的直径分别为100mm、150mm、200mm或250mm。

19、进一步的，还包括多个声发射传感器，沿所述顶板试件的四个侧面周向均布；

20、各所述压板上开设有贯通安装孔，每一所述声发射传感器嵌装于一个所述贯通安装孔中。

21、相对于现有技术，本发明具有以下优势：

22、本发明所述的带溶蚀沟槽的桩端溶洞顶板冲切破坏荷载测试装置，通过沟槽成型组件在顶板试件浇筑阶段预制可控参数的溶蚀沟槽，实现了对真实溶洞顶板表面溶蚀形态的物理模拟；通过可更换规格的冲切压头和底空腔板，可适应不同桩径比和溶洞跨径比的试验需求；通过侧向约束框对顶板试件施加侧向围压，还原顶板被周围岩体包裹的边界条件。利用本装置，可在保持其他试验参数一致的条件下，通过设置具有光滑上表面的对照组试件和具有溶蚀沟槽的实验组试件进行对比冲切试验，定量获取溶蚀沟槽导致的接触面积减小对冲切破坏荷载的影响。

1.一种带溶蚀沟槽的桩端溶洞顶板冲切破坏荷载测试装置，包括反力框架（1）、液压伺服作动器（2）、荷载传感器（3）、冲切压头（4）、顶板试件承座（5）、底空腔板（7）和沟槽成型组件（8），其特征在于：所述液压伺服作动器（2）固定安装于所述反力框架（1）顶部，所述荷载传感器（3）串接于所述液压伺服作动器（2）上，所述冲切压头（4）安装于所述液压伺服作动器（2）下端，所述顶板试件承座（5）安装于所述反力框架（1）底部，所述底空腔板（7）固定于所述顶板试件承座（5）上。

2.根据权利要求1所述的带溶蚀沟槽的桩端溶洞顶板冲切破坏荷载测试装置，其特征在于：所述反力框架（1）包括底板（101）、顶部横梁（102）和连接二者的立柱（103），所述顶板试件承座（5）安装于所述底板（101）的上表面；

3.根据权利要求2所述的带溶蚀沟槽的桩端溶洞顶板冲切破坏荷载测试装置，其特征在于：所述底空腔板（7）中央开设有圆形通孔（701），所述圆形通孔（701）的轴线与所述冲切压头（4）的轴线重合。

4.根据权利要求2所述的带溶蚀沟槽的桩端溶洞顶板冲切破坏荷载测试装置，其特征在于：所述侧向约束框（6）包括四块压板（601）和四根液压缸（602）；

5.根据权利要求2所述的带溶蚀沟槽的桩端溶洞顶板冲切破坏荷载测试装置，其特征在于：所述沟槽成型组件（8）包括基板（801）和若干金属条（802），所述基板（801）的上表面开设有多个相互平行的定位槽（803），所述金属条（802）可拆卸地嵌插于所述定位槽（803）中，每一所述金属条（802）的截面为矩形，所述金属条（802）沿其长度方向横跨所述顶板试件（10）的上表面。

6.根据权利要求5所述的带溶蚀沟槽的桩端溶洞顶板冲切破坏荷载测试装置，其特征在于：所述金属条（802）的截面高度为10mm、15mm或20mm，截面宽度为5mm、10mm、20mm或30mm；

7.根据权利要求6所述的带溶蚀沟槽的桩端溶洞顶板冲切破坏荷载测试装置，其特征在于：所述金属条（802）以单向平行排列的方式嵌插于所述定位槽（803）中。

8.根据权利要求1所述的带溶蚀沟槽的桩端溶洞顶板冲切破坏荷载测试装置，其特征在于：所述冲切压头（4）的上端和所述荷载传感器（3）的下端各设有一法兰盘，两所述法兰盘通过沿周向均布的多组螺栓锁紧，使所述冲切压头（4）的上端面与所述荷载传感器（3）的下端面平面贴合并传递轴向荷载；

9.根据权利要求2所述的带溶蚀沟槽的桩端溶洞顶板冲切破坏荷载测试装置，其特征在于：所述底空腔板（7）具有多种可更换规格，不同规格的所述底空腔板（7）的圆形通孔（701）的直径分别为100mm、150mm、200mm或250mm。

10.根据权利要求4所述的带溶蚀沟槽的桩端溶洞顶板冲切破坏荷载测试装置，其特征在于：还包括多个声发射传感器（9），沿所述顶板试件（10）的四个侧面周向均布；