用於模擬土體三軸加卸荷對工程樁影響的試驗裝置的製作方法
2023-05-08 02:02:01
專利名稱：用於模擬土體三軸加卸荷對工程樁影響的試驗裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種室內模型樁試驗裝置，尤其是涉及一種用於模擬土體三軸加卸荷對工程樁影響的試驗裝置。
背景技術：
深基坑開挖時，由於坑底卸荷導致土體回彈，坑底土體回彈對工程樁產生向上的摩阻力，在適當的地層組合和鋼筋籠長度下，容易在鋼筋籠底部素混凝土樁身段因產生上拔拉應力集中而將工程樁拉斷，需進行深入的試驗研究。現有室內樁基模型試驗裝置加荷系統主要針對模型樁進行，對模型樁施加豎向或水平向荷載，來測試模型樁的工作性狀，這類試驗中模型樁是直接承受荷載，發生變形及位移並主動向土中傳遞應力，是屬於主動樁範疇的室內模型試驗裝置。但土體回彈對工程樁影響是由於樁周土體變形或運動而受到的影響，屬於被動樁的範疇，需要一種新型試驗裝置來研究土體的壓縮和回彈對工程樁的影響。
發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種用於模擬土體三軸加卸荷對工程樁影響的試驗裝置。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現一種用於模擬土體三軸加卸荷對工程樁影響的試驗裝置，其特徵在於，包括壓力室上蓋、壓力室、多級模型樁、壓力室底座、壓力室託架、壓力室拉杆、樁端約束彈簧、土樣、 圍壓加荷組件、豎向壓力加荷組件、位移測量組件，所述的圍壓加荷組件包括乳膠膜、密封環、圍壓加卸荷閥門，所述的乳膠膜置於壓力室內側，上下兩端通過密封環與壓力室緊密連接，所述的圍壓加卸荷閥門設在壓力室的側壁上；所述的豎向壓力加荷組件包括封閉豎向加荷壓力囊、壓力囊閥，所述的封閉豎向加荷壓力囊設在壓力室上蓋與土樣之間，所述的壓力囊閥控制封閉豎向加荷壓力囊加卸荷；所述的位移測量組件包括樁頂位移傳感器、土樣位移傳感器，所述的土樣位移傳感器設在壓力室上蓋上；所述的土樣填在壓力室內；所述的壓力室託架與壓力室底座連接，所述的壓力室底座通過壓力室拉杆與壓力室上蓋固定連接，所述的多級模型樁上端設有上接樁，所述的多級模型樁下端設有下接樁， 所述的上接樁穿過壓力室上蓋上的套管與樁頂位移傳感器連接，所述的下接樁固定在壓力室底座上，所述的下接樁通過訊號線與樁端約束彈簧一端連接，所述的樁端約束彈簧另一端固定在壓力室託架中的橫梁上。所述的多級模型樁包括由多個單節模型樁連接而成，所述的單節模型樁為鋁合金的拉力傳感器，該拉力傳感器一端設有外螺紋，另一端設有內螺紋。所述的拉力傳感器內側貼有應變片。所述的壓力室外圈設有壓力室加固圈。所述的壓力室底座中央設有透水石，該透水石外圈設有底端密封凹槽，所述的透水石設有排水管，該排水管末端設有排水閥。所述的壓力室的外壁採用有機玻璃。所述的密封環包括上密封環、下密封環，其中下密封環設在壓力室底座的底端密封凹槽內。所述的下接樁通過定位銷固定在壓力室底座上。與現有技術相比，本發明具有以下優點(1)可在不同條件下完成對被動樁的試驗分析，可發揮室內試驗重複性好，研究成本低的優勢。(2)採用大型的三軸壓力室，可通過大型土樣進行三軸加卸荷，完成對模型樁應力應變的分析，減小了尺寸效應影響給試驗帶來的誤差及不確定性。(3)明底部有透水石，頂部也可添加透水石，在去除模型樁的情況下，可用來完成針對大型土樣的三軸固結排水試驗，繪製土樣的壓縮-回彈-再壓縮曲線，豐富了巖土工程經典土力學室內試驗手段。
圖1為本發明的結構示意圖；圖2為本發明的單節模型樁的結構示意圖；圖3為本發明的壓力室底座平面結構示意圖；圖4為本發明的封閉豎向加荷壓力囊的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。實施例如圖1，一種用於模擬土體三軸加卸荷對工程樁影響的試驗裝置，包括壓力室上蓋 18、壓力室19、多級模型樁6、壓力室底座22、壓力室託架25、壓力室拉杆4、樁端約束彈簧 26、土樣8、圍壓加荷組件、豎向壓力加荷組件、位移測量組件，所述的圍壓加荷組件包括乳膠膜7、密封環10、圍壓加卸荷閥門20，所述的乳膠膜 7置於壓力室19內側，上下兩端通過密封環10與壓力室19緊密連接，所述的圍壓加卸荷閥門20設在壓力室19的側壁上；所述的豎向壓力加荷組件包括封閉豎向加荷壓力囊3、壓力囊閥2，所述的封閉豎向加荷壓力囊3設在壓力室上蓋18與土樣8之間，所述的壓力囊閥3控制封閉豎向加荷壓力囊3加卸荷；所述的位移測量組件包括樁頂位移傳感器15、土樣位移傳感器17，所述的土樣位移傳感器17設在壓力室上蓋18上；所述的土樣8填在壓力室19內；所述的壓力室託架25與壓力室底座22連接，所述的壓力室底座22通過壓力室拉杆4與壓力室上蓋18固定連接，所述的多級模型樁6上端設有上接樁16，所述的多級模型樁6下端設有下接樁M，所述的上接樁16穿過壓力室上蓋18上的套管1與樁頂位移傳感器15連接，所述的下接樁M通過定位銷12固定在壓力室底座22上，所述的下接樁M通過訊號線13與樁端約束彈簧沈一端連接，所述的樁端約束彈簧沈另一端固定在壓力室託架25中的橫梁14上。所述的壓力室19外圈設有壓力室加固圈5。如圖2所示，所述的多級模型樁6包括由多個單節模型樁連接而成，所述的單節模型樁為鋁合金的拉力傳感器，該拉力傳感器一端設有外螺紋27，另一端設有內螺紋觀。所述的拉力傳感器內側貼有應變片9。如圖3所示，所述的壓力室底座22中央設有透水石21，該透水石21外圈設有底端密封凹槽四，所述的透水石21設有排水管，該排水管末端設有排水閥11。所述的壓力室19的外壁採用有機玻璃。所述的密封環10包括上密封環、下密封環，其中下密封環設在壓力室底座的底端密封凹槽四內。首先加工一個上蓋和底座可以拆卸的能容納土樣與模型樁的壓力室，壓力容器的尺寸可以根據土樣的性質及模型樁的尺寸加以調整，因圍壓較大且需限制土樣的側向變形，壓力室剛度和耐側向變形能力需較大。土層應力環境通過上覆土壓力和圍壓加載來進行模擬。模型樁預埋在試驗土樣中，先對土樣進行豎向與側向加荷，同時通過模型樁應變片量測樁身應力應變，通過位移傳感器量測土樣及樁身位移變化，最終完成土樣壓縮變形對模型樁的影響分析；再對土樣進行豎向荷載卸荷，通過應變及位移傳感器獲得樁身應力應變和樁土相對位移變化情況，即可實現土樣卸荷回彈對工程樁影響形狀的分析。伴隨豎向壓力的加卸荷，當不施加圍壓荷載時，可實現KO固結條件下實驗分析，當施加不同圍壓時， 可完成不同圍壓三軸加卸荷條件下的試驗分析過程。(1)安裝調試先將壓力室託架25、壓力室底座22連接好，將圓柱形乳膠膜7置於壓力室19內側，利用密封環10將乳膠膜7與壓力室19緊密連接並放於底端密封凹槽四內，潤溼透水石21並放於底部。通過定位銷12預先將多級模型樁6安裝就位，然後向壓力室19內填裝土樣8至預定高度後，將套管1套於上接樁身上，在安裝封閉豎向加荷壓力囊 3就緒後，通過壓力室拉杆4將壓力室上蓋18與壓力室底座22相連接，最後將樁頂位移傳感器15及土樣位移傳感器17等量測裝置安裝就位。(2)展開試驗待裝置安裝調試完成後，即可進行試驗。首先參照土工固結試驗程序對土樣進行預壓固結，再通過空氣壓縮機經由圍壓加卸荷閥門20將圍壓加至指定值，然後再通過壓力囊閥2逐步對土樣施加豎向荷載，同步監測土樣壓縮變形對模型樁應力應變產生的影響，土樣壓縮變形完成後，再逐步卸荷，使土樣產生回彈變形，並量測土樣回彈對模型樁參數的影響。
權利要求
1.一種用於模擬土體三軸加卸荷對工程樁影響的試驗裝置，其特徵在於，包括壓力室上蓋、壓力室、多級模型樁、壓力室底座、壓力室託架、壓力室拉杆、樁端約束彈簧、土樣、圍壓加荷組件、豎向壓力加荷組件、位移測量組件，所述的圍壓加荷組件包括乳膠膜、密封環、圍壓加卸荷閥門，所述的乳膠膜置於壓力室內側，上下兩端通過密封環與壓力室緊密連接，所述的圍壓加卸荷閥門設在壓力室的側壁上；所述的豎向壓力加荷組件包括封閉豎向加荷壓力囊、壓力囊閥，所述的封閉豎向加荷壓力囊設在壓力室上蓋與土樣之間，所述的壓力囊閥控制封閉豎向加荷壓力囊加卸荷；所述的位移測量組件包括樁頂位移傳感器、土樣位移傳感器，所述的土樣位移傳感器設在壓力室上蓋上；所述的土樣填在壓力室內；所述的壓力室託架與壓力室底座連接，所述的壓力室底座通過壓力室拉杆與壓力室上蓋固定連接，所述的多級模型樁上端設有上接樁，所述的多級模型樁下端設有下接樁，所述的上接樁穿過壓力室上蓋上的套管與樁頂位移傳感器連接，所述的下接樁固定在壓力室底座上，所述的下接樁通過訊號線與樁端約束彈簧一端連接，所述的樁端約束彈簧另一端固定在壓力室託架中的橫梁上。
2.根據權利要求1所述的一種用於模擬土體三軸加卸荷對工程樁影響的試驗裝置，其特徵在於，所述的多級模型樁包括由多個單節模型樁連接而成，所述的單節模型樁為鋁合金的拉力傳感器，該拉力傳感器一端設有外螺紋，另一端設有內螺紋。
3.根據權利要求2所述的一種用於模擬土體三軸加卸荷對工程樁影響的試驗裝置，其特徵在於，所述的拉力傳感器內側貼有應變片。
4.根據權利要求1所述的一種用於模擬土體三軸加卸荷對工程樁影響的試驗裝置，其特徵在於，所述的壓力室外圈設有壓力室加固圈。
5.根據權利要求1所述的一種用於模擬土體三軸加卸荷對工程樁影響的試驗裝置，其特徵在於，所述的壓力室底座中央設有透水石，該透水石外圈設有底端密封凹槽，所述的透水石設有排水管，該排水管末端設有排水閥。
6.根據權利要求1所述的一種用於模擬土體三軸加卸荷對工程樁影響的試驗裝置，其特徵在於，所述的壓力室的外壁採用有機玻璃。
7.根據權利要求1所述的一種用於模擬土體三軸加卸荷對工程樁影響的試驗裝置，其特徵在於，所述的密封環包括上密封環、下密封環，其中下密封環設在壓力室底座的底端密封凹槽內。
8.根據權利要求1所述的一種用於模擬土體三軸加卸荷對工程樁影響的試驗裝置，其特徵在於，所述的下接樁通過定位銷固定在壓力室底座上。
全文摘要
本發明涉及一種用於模擬土體三軸加卸荷對工程樁影響的試驗裝置，包括壓力室上蓋、壓力室、多級模型樁、壓力室底座、壓力室託架、壓力室拉杆、樁端約束彈簧、土樣、圍壓加荷組件、豎向壓力加荷組件、位移測量組件；所述的圍壓加荷組件包括乳膠膜、密封環、圍壓加卸荷閥門，所述的乳膠膜置於壓力室內側，上下兩端通過密封環與壓力室緊密連接，所述的圍壓加卸荷閥門設在壓力室的側壁上；所述的豎向壓力加荷組件包括封閉豎向加荷壓力囊、壓力囊閥。與現有技術相比，本發明具有對土樣進行三軸加卸荷，來測定土樣的壓縮變形與回彈變形對模型樁受力變形性狀的影響等優點。
文檔編號G01N3/00GK102478472SQ20101056718
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月30日 優先權日2010年11月30日
發明者吳昊, 李德寧, 楊晶, 樓曉明, 黃江楓 申請人:同濟大學