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申请/专利权人：中北大学

摘要：本发明加筋法加固软弱砂土地基室内模型，属于地基试验模型技术领域；解决的技术问题为提供一种能够进行各种实验，且能直观、方便的获取各种数据的加筋法加固软弱砂土地基室内模型；采用的技术方案为：模型箱为顶部敞口的方形透明箱体；加筋土为其中加入了一层或多层加筋材料的砂土；加载机构为由加载支架固定在模型箱中央上方的气压千斤顶；每层加筋材料上均固定有两条水平设置的应变计，每层加筋材料上均成对设置有多对土压力盒，每对土压力盒均位于加筋材料的上下表面上，所有应变计和土压力盒均与数据采集装置连接，数据采集装置与计算机连接；高速摄像机正对模型箱的侧面设置。本发明为加筋法加固软弱砂土地基的加载试验模型。

主权项：1.加筋法加固软弱砂土地基室内模型，其特征在于：包括模型箱（1）、加筋土（2）、加载机构（3）、测量采集系统（4）和高速摄像机（5）；所述模型箱（1）为顶部敞口的方形透明箱体，模型箱（1）的侧面上刻画有1cm×1cm的网格；所述模型箱（1）内还设置有两组筋材支架（12），所述筋材支架（12）的结构为：两根角钢（13）竖直相对设置，且相对的两个面上均开有竖向长孔（14），多根撑板（15）位于两根角钢（13）之间，两端为开有外螺纹的圆柱，分别穿过对应角钢（13）上的竖向长孔（14）后通过螺纹与螺母（16）连接，每根撑板（15）上方均设置有一根压板（20），撑板（15）和压板（20）上均对应开有多对通孔，用至少两对螺栓螺母将撑板（15）和压板（20）连接；两组筋材支架（12）位于模型箱（1）内相对的两个内侧面处；所述加筋土（2）为其中加入了一层或多层加筋材料（6）的砂土，加筋土（2）位于模型箱（1）内；模型箱（1）内加筋土（2）的填充方法为：将砂土分为多份，染不同颜色，以每层5cm的厚度分六层分别击实放入模型箱（1）内；所述加载机构（3）为由加载支架（7）固定在模型箱（1）中央上方的气压千斤顶；所述测量采集系统（4）包括应变计（8）、土压力盒（9）、数据采集装置（10）和计算机（11），每层加筋材料（6）上均固定有两条水平设置的应变计（8），两条应变计（8）之间相互垂直，每层加筋材料（6）上均成对设置有多对土压力盒（9），每对土压力盒（9）均竖向分布，位于加筋材料（6）的上下表面上，所有应变计（8）和土压力盒（9）均通过导线与数据采集装置（10）连接，数据采集装置（10）与计算机（11）连接；所述高速摄像机（5）正对模型箱（1）的侧面设置；确定最终的施加荷载量，分段加载，加载前启动高速摄像机（5）连续拍照，通过图像处理系统分析监测面位移场；加载时，在当前荷载增量下观测到位移不再发生变化或稳定加载5min后，施加下一级荷载，直到达到最终荷载量，停止加载，采集完数据，拍完照后，即结束试验；在上述试验过程中，加筋材料（6）可选用不同筋材，也可在砂土中布置多层加筋材料（6），也可调整加筋材料（6）之间的间距，来进行各种不同的试验；加筋土（2）填装时，可用筋材支架（12）辅助，先按加筋材料（6）的层数、间距调整好筋材支架（12）中撑板（15）和压板（20）的数量、位置，将撑板（15）和压板（20）用螺栓螺母紧固，到加入加筋材料（6）时，将紧固的螺栓螺母拧开，加筋材料（6）的两端放置在撑板（15）和压板（20）之间，再用螺栓螺母紧固，即可将加筋材料（6）的位置准确定位。

全文数据：加筋法加固软弱砂土地基室内模型技术领域本发明加筋法加固软弱砂土地基室内模型，属于地基试验模型技术领域。背景技术土体具有较高的抗压强度，而抗拉强度较差。将一定量的筋材掺入土体中，可以不同程度地改善土体的强度与变形特征，此种技术称为加筋土技术。在土体中掺入或铺入适量的加筋材料后，可以扩散土体的应力、增加土体模量、传递拉应力、限制土体侧向变形，同时还增加土体和其他材料之间的摩阻力，提高土体及有关结构物的稳定性。加筋土的应用在国内外都具有悠久的历史。就国外而言，公元前3000年，英国人就曾在沼泽地用木排修筑道路。在我国新石器时代，我们的祖先就利用茅草作为土的加筋材料。加筋法由于具有地基加固效果显著、施工方便、适用范围广、经济易行等优点，很快传播到世界各地。但是目前对于加筋法加筋机理、加筋土结构的设计原理和方法、有关设计参数的合理取值等问题研究不够深入。同时受场地条件等因素影响，现场试验实施复杂，导致不方便进行大量现场试验，因此加筋法加固理论缺乏室内模型试验数据的支持。发明内容本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为提供一种能够进行各种实验，且能直观、方便的获取各种数据的加筋法加固软弱砂土地基室内模型。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：加筋法加固软弱砂土地基室内模型，包括模型箱、加筋土、加载机构、测量采集系统和高速摄像机；所述模型箱为顶部敞口的方形透明箱体，模型箱的侧面上刻画有1cm×1cm的网格；所述加筋土为其中加入了一层或多层加筋材料的砂土，加筋土位于模型箱内；所述加载机构为由加载支架固定在模型箱中央上方的气压千斤顶；所述测量采集系统包括应变计、土压力盒、数据采集装置和计算机，每层加筋材料上均固定有两条水平设置的应变计，两条应变计之间相互垂直，每层加筋材料上均成对设置有多对土压力盒，每对土压力盒均竖向分布，位于加筋材料的上下表面上，所有应变计和土压力盒均通过导线与数据采集装置连接，数据采集装置与计算机连接；所述高速摄像机正对模型箱的侧面设置。进一步的，所述模型箱内还设置有两组筋材支架，所述筋材支架的结构为：两根角钢竖直相对设置，且相对的两个面上均开有竖向长孔，多根撑板位于两根角钢之间，两端为开有外螺纹的圆柱，分别穿过对应角钢上的竖向长孔后通过螺纹与螺母连接，每根撑板上方均设置有一根压板，撑板和压板上均对应开有多对通孔，用至少两对螺栓螺母将撑板和压板连接；两组筋材支架位于模型箱内相对的两个内侧面处。进一步的，所述筋材支架中每个角钢的底部均固定有一个平板作为支座。进一步的，还包括底座，底座上带有移动轮，模型箱位于底座上。优选的，所述加筋土中的砂土为按不同颜色分层设置的彩砂。优选的，所述模型箱的材质为钢化玻璃。本发明与现有技术相比具有以下有益效果。1、本发明可通过在模型箱内的加筋土中进行不加入筋材、加入不同筋材、调整加筋材料数及加筋间距等各种不同状况下，砂土地基的加载试验。2、本发明可以透过透明模型箱实时观测加载状态下砂土的内外部变形，通过应变计和土压力盒采集相关数据，对加筋土的各方面问题进行研究。3、本发明中设置了筋材支架，可准确牢固的固定加筋材料。总之，本发明简单、经济、试验形式多样、试验结果直观、操作方便，是研究加筋土的很好的试验模型。附图说明图1为本发明的结构示意图。图2为图1中A-A的截面图。图3为本发明中模型箱的结构示意图。图4为本发明中筋材支架的结构示意图。图中：1为模型箱，2为加筋土，3为加载机构，4为测量采集系统，5为高速摄像机，6为加筋材料，7为加载支架，8为应变计，9为土压力盒，10为数据采集装置，11为计算机，12为筋材支架，13为角钢，14为竖向长孔，15为撑板，16为螺母，17为平板，18为底座，19为移动轮，20为压板。具体实施方式下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。如图1-图4所示，本发明加筋法加固软弱砂土地基室内模型，包括模型箱1、加筋土2、加载机构3、测量采集系统4和高速摄像机5；所述模型箱1为顶部敞口的方形透明箱体，模型箱1的侧面上刻画有1cm×1cm的网格；所述加筋土2为其中加入了一层或多层加筋材料6的砂土，加筋土2位于模型箱1内；所述加载机构3为由加载支架7固定在模型箱1中央上方的气压千斤顶；所述测量采集系统4包括应变计8、土压力盒9、数据采集装置10和计算机11，每层加筋材料6上均固定有两条水平设置的应变计8，两条应变计8之间相互垂直，每层加筋材料6上均成对设置有多对土压力盒9，每对土压力盒9均竖向分布，位于加筋材料6的上下表面上，所有应变计8和土压力盒9均通过导线与数据采集装置10连接，数据采集装置10与计算机11连接；所述高速摄像机5正对模型箱1的侧面设置。进一步的，所述模型箱1内还设置有两组筋材支架12，所述筋材支架12的结构为：两根角钢13竖直相对设置，且相对的两个面上均开有竖向长孔14，多根撑板15位于两根角钢13之间，两端为开有外螺纹的圆柱，分别穿过对应角钢13上的竖向长孔14后通过螺纹与螺母16连接，每根撑板15上方均设置有一根压板20，撑板15和压板20上均对应开有多对通孔，用至少两对螺栓螺母将撑板15和压板20连接；两组筋材支架12位于模型箱1内相对的两个内侧面处。进一步的，所述筋材支架12中每个角钢13的底部均固定有一个平板17作为支座。进一步的，还包括底座18，底座18上带有移动轮19，模型箱1位于底座18上。优选的，所述加筋土2中的砂土为按不同颜色分层设置的彩砂。优选的，所述模型箱1的材质为钢化玻璃。具体的，本发明中模型箱1的尺寸为800mm×800mm×300mm（长×宽×高），试验采用直径为15cm，最大加荷量程为1000kPa的气压千斤顶慢速等量施加载荷。模型箱1内加筋土2的填充方法为：将砂土分为多份，染不同颜色，以每层5cm的厚度分六层分别击实放入模型箱1内。具体做法为：现将砂土烘干，然后以70%的相对密实度计算每层所需砂土重量，分层放入模型箱1内击实，通过击实恒定质量的砂土至设定高度来保证相对密实度的实现。加筋材料6可选用双向土工格栅，尺寸与模型箱1内部尺寸相适应，放置在距砂土上表面10cm处。两条应变计8分别固定在双向土工格栅的两个方向上，土压力盒9分布在双向土工格栅的上下表面上，可放置四对八个。应变计8和土压力盒9均通过导线与数据采集装置10连接，数据采集装置10与计算机11连接，在加载过程中随时采集数据。确定最终的施加荷载量，分段加载，加载前启动高速摄像机5连续拍照，通过图像处理系统分析监测面位移场。加载时，在当前荷载增量下观测到位移不再发生变化或稳定加载5min后，施加下一级荷载，直到达到最终荷载量，停止加载，采集完数据，拍完照后，即结束试验。在上述试验过程中，加筋材料6可选用不同筋材，也可在砂土中布置多层加筋材料6，也可调整加筋材料6之间的间距，来进行各种不同的试验。加筋土2填装时，可用筋材支架12辅助，先按加筋材料6的层数、间距调整好筋材支架12中撑板15和压板20的数量、位置，将撑板15和压板20用螺栓螺母紧固，到加入加筋材料6时，将紧固的螺栓螺母拧开，加筋材料6的两端放置在撑板15和压板20之间，再用螺栓螺母紧固，即可将加筋材料6的位置准确定位，操作方便。上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

权利要求：1.加筋法加固软弱砂土地基室内模型，其特征在于：包括模型箱（1）、加筋土（2）、加载机构（3）、测量采集系统（4）和高速摄像机（5）；所述模型箱（1）为顶部敞口的方形透明箱体，模型箱（1）的侧面上刻画有1cm×1cm的网格；所述加筋土（2）为其中加入了一层或多层加筋材料（6）的砂土，加筋土（2）位于模型箱（1）内；所述加载机构（3）为由加载支架（7）固定在模型箱（1）中央上方的气压千斤顶；所述测量采集系统（4）包括应变计（8）、土压力盒（9）、数据采集装置（10）和计算机（11），每层加筋材料（6）上均固定有两条水平设置的应变计（8），两条应变计（8）之间相互垂直，每层加筋材料（6）上均成对设置有多对土压力盒（9），每对土压力盒（9）均竖向分布，位于加筋材料（6）的上下表面上，所有应变计（8）和土压力盒（9）均通过导线与数据采集装置（10）连接，数据采集装置（10）与计算机（11）连接；所述高速摄像机（5）正对模型箱（1）的侧面设置。2.根据权利要求1所述的加筋法加固软弱砂土地基室内模型，其特征在于：所述模型箱（1）内还设置有两组筋材支架（12），所述筋材支架（12）的结构为：两根角钢（13）竖直相对设置，且相对的两个面上均开有竖向长孔（14），多根撑板（15）位于两根角钢（13）之间，两端为开有外螺纹的圆柱，分别穿过对应角钢（13）上的竖向长孔（14）后通过螺纹与螺母（16）连接，每根撑板（15）上方均设置有一根压板（20），撑板（15）和压板（20）上均对应开有多对通孔，用至少两对螺栓螺母将撑板（15）和压板（20）连接；两组筋材支架（12）位于模型箱（1）内相对的两个内侧面处。3.根据权利要求2所述的加筋法加固软弱砂土地基室内模型，其特征在于：所述筋材支架（12）中每个角钢（13）的底部均固定有一个平板（17）作为支座。4.根据权利要求1-3所述的加筋法加固软弱砂土地基室内模型，其特征在于：还包括底座（18），底座（18）上带有移动轮（19），模型箱（1）位于底座（18）上。5.根据权利要求1-3所述的加筋法加固软弱砂土地基室内模型，其特征在于：所述加筋土（2）中的砂土为按不同颜色分层设置的彩砂。6.根据权利要求1-3所述的加筋法加固软弱砂土地基室内模型，其特征在于：所述模型箱（1）的材质为钢化玻璃。

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