阅读说明：本技术 一种桩承式路堤土拱效应可视化的模拟实验装置 (A kind of visual imitative experimental appliance of Piled Embankments soil arching effect ) 是由 陈俊涛 冯德銮 梁仕华 江杰东 于 2019-07-22 设计创作，主要内容包括：一种桩承式路堤土拱效应可视化的模拟实验装置,包括负载模块和数码光弹仪；负载模块包括控制平台、量力环、透明的密封箱体、门型架和升降台,门型架固定在控制平台上,升降台固定在控制平台上且位于门型架内,箱体放置在升降台上,箱体内在底部固定有竖向的刚性桩,箱体内在刚性桩上方设有压板,箱体内在底部与压板之间填充有光弹材料,压板顶面设有推杆,推杆与量力环下端固定连接,量力环上端固定在门型架上；箱体的一侧由内至外依次设有第一四分之一波片、第一偏振镜和摄像模块,箱体的另一侧由内至外依次设有第二四分之一波片、第二偏振镜和光源,计算机与摄像模块通过数据线电连接。本发明能对桩承式路堤土拱效应进行实时模拟并监测。(A kind of visual imitative experimental appliance of Piled Embankments soil arching effect, including load blocks and digital photo-elastic instrument；Load blocks include control platform, ring of measuring one's own ability, transparent seal case, door type frame and lifting platform, door type frame is fixed in control platform, lifting platform is fixed in control platform and is located in door type frame, cabinet is placed on lifting platform, vertical rigid pile is fixed in bottom in cabinet, pressing plate is equipped in cabinet above rigid pile, photoelastic material is filled in cabinet between bottom and pressing plate, pressing plate top surface is equipped with push rod, push rod is fixedly connected with ring lower end of measuring one's own ability, and ring upper end of measuring one's own ability is fixed on door type frame；The side of cabinet is successively arranged the first quarter-wave plate, the first polariscope and photographing module from the inside to the outside, the other side of cabinet is successively arranged the second quarter-wave plate, the second polariscope and light source from the inside to the outside, and computer is electrically connected with photographing module by data line.The present invention can be simulated and be monitored in real time to Piled Embankments soil arching effect.)

一种桩承式路堤土拱效应可视化的模拟实验装置

技术领域

本发明涉及一种桩承式路堤土拱效应可视化的模拟实验装置。

背景技术

为了提高路堤的承载能力，工程上常常会使用桩承式路堤这种地基处理形式。这种处理形式可以将路面上受到的荷载传到下部承载能力较好的土层中，而在桩承式路堤作用的过程中，土拱效应发挥着重要的作用。土拱效应可以将地基土受到的应力转移到桩上，从而降低地基土受到的荷载，达到提高承载能力的效果。目前，为了更深入地探究土拱效应产生的机理，提高桩承式路堤土拱效应的安全性以及路堤的承载能力，许多技术人员通过现场试验和模拟的手段来实现来了解土拱效应在承载式路堤上作用，有的技术人员通过应力盒采用图像处理技术方式来研究土拱效应并成功地求出位移场，但是对于应力场的求解仍面临许多困难，同时在使用应力盒时上不能排除其自身周围应力的影响。

综上所述，本申请人认为为了能更清楚直观地观察探究土拱效应产生的机理，有必要提供一种桩承式路堤土拱效应可视化的模拟实验装置。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种桩承式路堤土拱效应可视化的模拟实验装置，能清楚直观地观察探究土拱效应产生的机理。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种桩承式路堤土拱效应可视化的模拟实验装置，包括负载模块和数码光弹仪，数码光弹仪包括计算机、摄像模块、光弹材料、第一偏振镜、第二偏振镜、第一四分之一波片、第二四分之一波片和光源；负载模块包括控制平台、量力环、透明的密封箱体、门型架和升降台，门型架固定在控制平台上，升降台固定在控制平台上且位于门型架内，箱体放置在升降台上，箱体内在底部固定有竖向的刚性桩，箱体内在刚性桩上方设有压板，箱体内在底部与压板之间填充有光弹材料，压板顶面设有穿过箱体上开孔伸出至箱体外的推杆，推杆与量力环下端固定连接，量力环上端通过连接杆固定在门型架上；箱体的一侧由内至外依次设有第一四分之一波片、第一偏振镜和摄像模块，箱体的另一侧由内至外依次设有第二四分之一波片、第二偏振镜和光源，光弹材料、第一偏振镜、第二偏振镜、第一四分之一波片、第二四分之一波片、摄像模块和光源位于同一中轴线上，计算机与摄像模块通过数据线电连接。

由上可知，在使用时，本发明利用在透明的箱体内设有刚性桩，通过刚性桩模拟桩承式路堤中的桩基，并在底部与压板之间填充有光弹材料，接着将数码光弹仪布置好，然后启动升降台使得箱体上升，此时由于压板的位置不变，压板压缩光弹材料，光弹材料挤压刚性桩，而量力环可以测得压板加载力的大小，此时压板受到的应力转移到刚性桩上，即实现模拟桩承式路堤土拱效应。

另外由于光弹材料是具有双折射性质的透明材料，这种材料在没有受力的状态下不具有双折射性，但当其受到应力作用是，其在偏振光场中会表现出光学的各向异性，出现双折射现象，产生彩色的干涉条纹图，而且彩色干涉条纹图的彩色梯度在不同受力状态下会发生变化，因此根据彩色梯度与受力之间的关系，就可以实现对光弹材料的标定；因此启动升降台使得箱体上升的同时利用光源向光弹材料发射光线，并用摄像模块记录光弹材料图像，而得到变化的彩色干涉条纹图，并将一系列变化的彩色干涉条纹图传送至计算机，计算机对彩色干涉条纹图进行标定，根据标定的结果得到光弹材料在箱体上升过程中的应力场变化情况，也即是获得了在箱体上升过程中刚性桩的受力情况，从而实现对桩承式路堤土拱效应进行实时模拟并监测，能清楚直观地观察探究土拱效应产生的机理，同时有利于在实际应用中对桩基进行针对性加固维护，而保障对桩基和桩承式路堤的安全，同时可以节省施工费用。

作为本发明的一种改进，所述箱体包括箱体本体和箱盖，箱体本体和箱盖通过螺栓相连接。

作为本发明的一种改进，所述刚性桩的数量为两个，两个刚性桩对称分布在箱体底部。

与现有技术相比，本发明技术方案的创新点和有益效果在于：

本发明对桩承式路堤土拱效应进行实时模拟并监测，能清楚直观地观察探究土拱效应产生的机理，同时有利于在实际应用中对桩基进行针对性加固维护，而保障对桩基和桩承式路堤的安全，同时可以节省施工费用。

附图说明

图1为本发明桩承式路堤土拱效应可视化的模拟实验装置的示意图；

图2为本发明桩承式路堤土拱效应可视化的模拟实验装置负载模块的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

实施例

请参考图1和图2，一种桩承式路堤土拱效应可视化的模拟实验装置，包括负载模块9和数码光弹仪，数码光弹仪包括计算机1、摄像模块2、光弹材料8、第一偏振镜3、第二偏振镜6、第一四分之一波片4、第二四分之一波片5和光源7；

负载模块9包括控制平台91、量力环97、透明的密封箱体94、门型架99和升降台92，门型架99固定在控制平台91上，升降台92固定在控制平台91上且位于门型架99内，箱体94放置在升降台92上，箱体94内在底部固定有竖向的刚性桩93，箱体94内在刚性桩93上方设有压板95，箱体94内在底部与压板95之间填充有光弹材料8，压板95顶面设有穿过箱体94上开孔伸出至箱体94外的推杆96，推杆96与量力环97下端固定连接，量力环97上端通过连接杆98固定在门型架99上；

箱体94的一侧由内至外依次设有第一四分之一波片4、第一偏振镜3和摄像模块2，箱体94的另一侧由内至外依次设有第二四分之一波片5、第二偏振镜6和光源7，光弹材料8、第一偏振镜3、第二偏振镜6、第一四分之一波片4、第二四分之一波片5、摄像模块2和光源7位于同一中轴线上，计算机1与摄像模块2通过数据线电连接。

由上可知，在使用时，本发明利用在透明的箱体内设有刚性桩，通过刚性桩模拟桩承式路堤中的桩基，并在底部与压板之间填充有光弹材料，接着将数码光弹仪布置好，然后启动升降台使得箱体上升，此时由于压板的位置不变，压板压缩光弹材料，光弹材料挤压刚性桩，而量力环可以测得压板加载力的大小，此时压板受到的应力转移到刚性桩上，即实现模拟桩承式路堤土拱效应。

另外由于光弹材料是具有双折射性质的透明材料，这种材料在没有受力的状态下不具有双折射性，但当其受到应力作用是，其在偏振光场中会表现出光学的各向异性，出现双折射现象，产生彩色的干涉条纹图，而且彩色干涉条纹图的彩色梯度在不同受力状态下会发生变化，因此根据彩色梯度与受力之间的关系，就可以实现对光弹材料的标定；因此启动升降台使得箱体上升的同时利用光源向光弹材料发射光线，并用摄像模块记录光弹材料图像，而得到变化的彩色干涉条纹图，并将一系列变化的彩色干涉条纹图传送至计算机，计算机对彩色干涉条纹图进行标定，根据标定的结果得到光弹材料在箱体上升过程中的应力场变化情况，也即是获得了在箱体上升过程中刚性桩的受力情况，从而实现对桩承式路堤土拱效应进行实时模拟并监测，能清楚直观地观察探究土拱效应产生的机理，同时有利于在实际应用中对桩基进行针对性加固维护，而保障对桩基和桩承式路堤的安全，同时可以节省施工费用。

在本实施例中，所述箱体94包括箱体本体941和箱盖942，箱体本体和箱盖通过螺栓相连接。箱体本体和箱盖采用螺栓连接方式方便拆装。

在本实施例中，所述刚性桩93的数量为两个，两个刚性桩93对称分布在箱体94底部。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。