动循环荷载下桩网结构荷载分担试验装置及其试验方法

技术特征：
1.动循环荷载下桩网结构荷载分担试验装置，其特征在于，包括模型箱（3）、动力伺服加载控制单元、土工格栅拉膜拉力测试单元、桩土差异沉降控制单元、动态数据采集分析单元；所述模型箱（3）的箱体框架为型钢，前后壁为透明钢化玻璃（2），透明钢化玻璃（2）设置标定参考点与标尺，箱体左右两侧设置连接孔（19）用于测量多层土工格栅拉力；模型箱（3）内设有桩网结构路堤模型，桩网结构路堤模型内分布有位移计（13）、加速度计（14）、应变片（16）、动土压力盒（15）；桩网结构路堤模型的顶部填料表面设有加载板（1），加载板（1）上安装的位移计（13）；所述动力伺服加载控制单元，采用伺服加载控制系统施加不同荷载峰值和波形的竖向动荷载，伺服加载的激振器（9）上安装的力传感器和动位移计（13）；激振器（9）与加载板（1）采用点荷载接触方式；所述土工格栅拉膜拉力测试单元，包括至少一层土工格栅（11），多个l型铝板夹具（21）和多个动态拉力计（17）；土工格栅（11）左右两端通过l型铝板夹具（21）安装于模型箱（3）左右面内壁；l型铝板夹具（21）侧面与模型箱（3）外侧的动态拉力计（17）相连；动态拉力计（17）另一端与拉力计反力支架（22）之间球形铰接，确保测量动态拉力计（17）方向与土工格栅（11）拉力方向一致；所述土工格栅（11）内安装的加速度计（14）、应变片（16）；所述桩土差异沉降控制单元包括承载板（4）、多个铝合金刚性的模型桩（5）、四联动升降机（6）、石墨铜套（24）、桩底铝板（12）和金属垫块（7）；承载板（4）设在桩网结构路堤模型底部，承载板（4）底部安装的百分表（31）和位移计（13）；承载板（4）安装在四联动升降机（6）上，四联动升降机（6）控制承载板（4）的升降，模拟桩土差异沉降；承载板（4）上预留桩身孔位；模型桩（5）顶部位于桩身孔位内；模型桩（5）的桩顶凹槽（23）内安装的动土压力盒（15）；石墨铜套（24）从承载板（4）上表面套在桩身孔位上，作为承载板（4）与模型桩（5）的接触面，润滑桩土接触面；动态数据采集分析单元与模型箱（3）内布置的各类动态传感器相连，传感器包括位移计（13）、加速度计（14）、动土压力盒（15）、应变片（16）、动态拉力计（17）；传感器与外部由动态数据采集系统（18）连接，进行试验数据的实时采集，并将数据传输至电脑（30）。2.根据权利要求1所述的动循环荷载下桩网结构荷载分担试验装置，其特征在于，所述的激振器（9）底部固定连接小钢板（20），加载板（1）上表面连接刚性实心的半球体（10），半球体（10）顶点与激振器（9）底部小钢板（20）点荷载接触。3.根据权利要求1所述的动循环荷载下桩网结构荷载分担试验装置，其特征在于，所述土工格栅（11）采用磷青铜网。4.根据权利要求1所述的动循环荷载下桩网结构荷载分担试验装置，其特征在于，所述的模型箱（3）底部设有两对轮子（8）。5.根据权利要求1所述的动循环荷载下桩网结构荷载分担试验装置，其特征在于，所述的模型桩（5）矩阵排布。
6.根据权利要求1所述的动循环荷载下桩网结构荷载分担试验装置，其特征在于，所述的四联动升降机（6）包括电机（25）、变速箱（26）、转向器（27）、多个升降机（28）和多个升降托盘（29）；升降托盘（29）与承载板（4）下表面固定连接；升降机（28）的底部铝板（12）用金属垫块（7）撑起为升降机（28）丝杠的下降预留空间。7.动循环荷载下桩网结构荷载分担试验方法，其特征在于，采用权利要求1到6任一项所述的装置，试验方法包括以下步骤：通过动力伺服加载控制单元对桩网结构路堤模型施加竖向动荷载，桩土差异沉降控制单元控制承载板（4）的升降，模拟桩间土与桩的差异沉降，进而形成土拱结构和拉膜效应；循环荷载加载结束后对桩网结构路堤模型侧面的剖面变形标志点和桩网结构路堤模型内部格栅的破坏形态进行测量和描述，同时结合动态数据采集单元采集的各类传感器数据进行结果分析对比。

技术总结
本发明公开了动循环荷载下桩网结构荷载分担试验装置及其试验方法，通过对桩网结构路堤模型施加竖向动荷载，桩土差异沉降控制单元控制承载板的升降，模拟桩间土与桩的差异沉降，进而形成土拱结构和格栅拉膜效应；循环荷载加载结束后对桩网结构路堤模型侧面的剖面变形标志点和桩网结构路堤模型内部格栅的破坏形态进行测量，同时结合动态数据采集单元采集的各类传感器数据进行结果分析对比。本发明用于开展不同初始工况的循环加载桩网结构模型试验，查明动力土拱结构形态的演变，划分动力土拱损伤阶段；进一步描述动荷载下土拱损伤过程垫层拉膜的形态和拉力分布，探明不同循环条件下土拱效应和格栅拉膜效应的耦合作用机制。制。制。


技术研发人员：张崇磊 王沛宇 苏立君 刘兴 包一丁 单源椿
受保护的技术使用者：中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所
技术研发日：2022.12.01
技术公布日：2022/12/30