一种岩溶地区超长桩屈曲稳定性室内模型实验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种岩溶地区超长桩屈曲稳定性室内模型实验装置，包括用于模拟熔岩地基的土体模型、局部埋入土体模型中的超长桩模型和通过承载台连接超长桩模型的上端以提供向下的荷载的加载系统，还包括数据采集系统，数据采集系统包括设于承载台上的用于检测加载系统提供的荷载的压力传感器、设于加载台用于测量沉降量的第一百分表、设于超长桩模型的用于测量水平位移的第二百分表和设于超长桩模型的表面用于测量桩身的形变数据的大量应变片，每四个应变片为一组采用全桥组桥方式连接，压力传感器和每组应变片的输出端均连接主控机，土体模型中设有一个或者多个用于模拟溶洞的空腔，超长桩模型穿过一个或者多个空腔。

【技术实现步骤摘要】
一种岩溶地区超长桩屈曲稳定性室内模型实验装置及方法
本专利技术涉及建筑
，尤其涉及一种岩溶地区超长桩屈曲稳定性室内模型实验装置及方法。
技术介绍
随着大型基础设施建设的快速发展，大量的高层建筑和特大型桥梁拔地而起，超长桩得到了广泛的应用，如上海金茂大厦、世界环球贸易中心采用了长达83m的超长钢管桩，温州瑞安皇都大厦等，由于超长桩，容易产生屈曲破坏，屈曲稳定性问题受到广大学者的重视，许多学者用不同的方法，对处于软土地区的超长桩屈曲临界荷载进行了理论计算研究，同时也有学者模拟软土地区，进行了一些模型试验，验证了理论计算的准确性，软土地区的超长桩屈曲稳定性问题出了很多突破性的成果。由学者们对超长桩的研究成果可知，超桩长的桩周土抗力大小是影响桩自身屈曲稳定性的主要因素之一，现有的对超长桩处于软土地区的研究，软土地区地基连续，因此超长庄所受桩周土抗力也是连续的，然而当超长桩位于地基有溶洞的卡斯特岩溶地区时，地基不连续，导致桩所受到的桩周土抗力也不连续，所以对传统的超长桩处于没有溶洞的软土地区的基桩屈曲稳定分析理论已不能用于桩处于岩溶地区的超长桩的稳定性分析。由于岩溶地区修建的高层建筑和大型桥梁越来越多，由桩基的受力可知，岩溶地基中溶洞数量、溶洞大小、溶洞位置都对岩溶地区修建的高层建筑和大型桥梁的桩基具有一定的影响，因此，研究超长桩在岩溶地区的屈曲稳定性问题不仅是桩基计算理论自身发展的需要，更是工程界的迫切要求。目前虽有学者在对岩溶地区的桩屈曲问题进行理论研究，但是理论推导的公式是根据一些基本公式与经验公式推导而成，赋予了很多假设条件，与工程实际情况可能不符甚至有很大的出入。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的实施例提供了一种岩溶地区超长桩屈曲稳定性室内模型实验装置及方法，可将实际数据与公式推导的理论数据对比，既可验证模型与实际工程的一致性，又可验证理论公式推导的正确性和合理性，为以后进行岩溶地区超长桩的屈曲稳定性理论分析奠定基础。本专利技术的实施例提供一种岩溶地区超长桩屈曲稳定性室内模型实验装置，包括用于模拟熔岩地基的土体模型、局部埋入所述土体模型中的超长桩模型和通过承载台连接所述超长桩模型的上端以提供向下的荷载的加载系统，还包括数据采集系统，所述数据采集系统包括设于所述承载台上的用于检测所述加载系统提供的荷载的压力传感器、设于所述加载台用于测量沉降量的第一百分表、设于所述超长桩模型的用于测量水平位移的第二百分表和设于所述超长桩模型的表面用于测量桩身的形变数据的大量应变片，每四个所述应变片为一组采用全桥组桥方式连接，所述压力传感器和每组所述应变片的输出端均连接主控机，所述土体模型中设有一个或者多个用于模拟溶洞的空腔，所述超长桩模型穿过一个或者多个所述空腔。进一步地，所述土体模型具有两层，上层为黏土，下层为沙土，且所述黏土占比大于所述沙土占比。进一步地，所述加载系统包括平板状的底部框架、可移动且竖直向上的设置于所述底部框架的可移动柱和被所述可移动柱支撑的反力架，一千斤顶连接所述反力架和所述加载台，所述加载台与对应的所述超长桩模型通过连接较连接，所述土体模型收容于模型箱中，所述模型箱位于所述底部框架的上表面。进一步地，所述模型箱无底，所述沙土直接被所述底部框架支撑，所述超长桩模型的下端与所述底部框架连接。进一步地，所述模型箱包括四根钢棱和四块有机玻璃板，每一所述钢棱上具有相互平行但开口方向相互垂直的两卡槽，任一所述机玻璃板的相对两端卡设在相对设置的二所述钢棱的相应卡槽中，至少一所述有机玻璃板上设有沿竖直方向延伸的刻度尺，所述可移动柱具有两根，所述模型箱位于二所述可移动柱之间，且所述模型箱的下端区域设有排水孔。进一步地，所述超长桩模型包括埋入所述土体模型的埋入段和露在所述土体模型外面的露出段，所述第二百分表设于所述露出段，所述承载台连接所述露出段。本专利技术的实施例还提供一种岩溶地区超长桩屈曲稳定性室内模型实验装置的构建方法，包括如下步骤，A1：搭建加载系统并竖直设置超长桩模型，使所述加载系统通过承载台连接所述超长桩模型的上端，在所述加载台上设置压力传感器和用于测量沉降量的第一百分表，在所述超长桩模型上设置用于测量桩身的形变数据的应变片和用于测量水平位移的第二百分表，每四个所述应变片为一组采用全桥组桥方式连接，使所述压力传感器和每组所述应变片的输出端均连接主控机，通过所述主控机来读取和显示所述压力传感器采集的荷载数据和所述应变片测量的形变数据；A2：自所述超长桩模型下端向上慢慢填充土体，当土体填充至所需模拟溶洞的高度处时，在所述超长桩模型上套设空心套筒，使所述套筒竖直的放置在土体上，继续填充土体，直至形成完整的具有模拟溶洞的土体模型。进一步地，所述土体模型具有两层，上层为黏土，下层为沙土，且所述黏土位于所述土体模型的中部和上部，所述沙土位于所述土体模型的下部，在填充土体前，根据试验要求设定所述黏土的颗粒级配和含水量，并选取符合实验松实度要求的所述沙土，在试验开始前，通过土工试验获取完整的土体基本物理力学指标。本专利技术的实施例还提供一种岩溶地区超长桩屈曲稳定性室内模型实验方法，利用所述的岩溶地区超长桩屈曲稳定性室内模型实验装置，包括如下步骤，B1：使用所述加载系统对所述超长桩模型逐级施加桩顶竖向荷载；B2：通过所述压力传感器检测所述荷载的大小，使用所述第一百分表和所述第二百分表分别测量桩顶的沉降量和水平位移，使用所述应变片测量所述超长桩模型的桩身的形变数据；B3：当在某级荷载作用下的所述超长桩模型的沉降量小于0.1mm/h时，则认为该级已达稳定，然后施加下一级荷载直至所述超长桩模型被破坏，终止试验，绘制基桩荷载-位移曲线来分析岩溶地区超长桩的屈曲临界荷载。进一步地，以允许最大桩顶沉降量或水平位移为试验终止标准。进一步地，当在某级荷载下桩顶沉降量大于前一级荷载下桩顶沉降量沉降量的5倍或桩顶水平位移达0.1倍桩径时，则表明所述超长桩模型已经被破坏。本专利技术的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本专利技术所述的岩溶地区超长桩屈曲稳定性室内模型实验装置及方法，能够方便有效的对超长桩在岩溶地区的屈曲变形进行模拟，本实验装置的零件比较常见，组装简单，方法操作简单，适应性强；本实验方法模拟了岩溶地基下超长桩的屈曲受力与变形破坏过程，本实验方法定性分析超长桩屈曲临界荷载与模拟岩溶地基中溶洞数量、溶洞大小、溶洞位置的大小关系，既可验证模型与实际工程的一致性，又可验证理论公式推导的正确性和合理性，为以后进行岩溶地区超长桩的屈曲稳定性理论分析奠定基础，具有重要的理论意义和工程应用价值。附图说明图1是本专利技术岩溶地区超长桩屈曲稳定性室内模型实验装置示意图；图2是同等条件下普通无溶洞地基中的超长桩与有溶洞地基中超长桩的在土体中的示意图；图3是分析超长桩的屈曲临界荷载与岩溶地基溶洞数量的布桩示意图；图4是分析超长桩的屈曲临界荷载与岩溶地基溶洞位置的布桩示意图；图5是分析超长桩的屈曲临界荷载与岩溶地基溶洞大小的布桩示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地描述。请参考图1，本专利技术的实施例提供了一种岩溶地区超长桩屈曲稳定性室内模型实验装置，包括用于模拟熔岩地基的土体模型、局部埋入所述土体模型中的超本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种岩溶地区超长桩屈曲稳定性室内模型实验装置，其特征在于：包括用于模拟熔岩地基的土体模型、局部埋入所述土体模型中的超长桩模型和通过承载台连接所述超长桩模型的上端以提供向下的荷载的加载系统，还包括数据采集系统，所述数据采集系统包括设于所述承载台上的用于检测所述加载系统提供的荷载的压力传感器、设于所述加载台用于测量沉降量的第一百分表、设于所述超长桩模型的用于测量水平位移的第二百分表和设于所述超长桩模型的表面用于测量桩身的形变数据的大量应变片，每四个所述应变片为一组采用全桥组桥方式连接，所述压力传感器和每组所述应变片的输出端均连接主控机，所述土体模型中设有一个或者多个用于模拟溶洞的空腔，所述超长桩模型穿过一个或者多个所述空腔。

【技术特征摘要】
1.一种岩溶地区超长桩屈曲稳定性室内模型实验装置，其特征在于：包括用于模拟熔岩地基的土体模型、局部埋入所述土体模型中的超长桩模型和通过承载台连接所述超长桩模型的上端以提供向下的荷载的加载系统，还包括数据采集系统，所述数据采集系统包括设于所述承载台上的用于检测所述加载系统提供的荷载的压力传感器、设于所述加载台用于测量沉降量的第一百分表、设于所述超长桩模型的用于测量水平位移的第二百分表和设于所述超长桩模型的表面用于测量桩身的形变数据的大量应变片，每四个所述应变片为一组采用全桥组桥方式连接，所述压力传感器和每组所述应变片的输出端均连接主控机，所述土体模型中设有一个或者多个用于模拟溶洞的空腔，所述超长桩模型穿过一个或者多个所述空腔。2.如权利要求1所述的岩溶地区超长桩屈曲稳定性室内模型实验装置，其特征在于：所述土体模型具有两层，上层为黏土，下层为沙土，且所述黏土占比大于所述沙土占比。3.如权利要求2所述的岩溶地区超长桩屈曲稳定性室内模型实验装置，其特征在于：所述加载系统包括平板状的底部框架、可移动且竖直向上的设置于所述底部框架的可移动柱和被所述可移动柱支撑的反力架，一千斤顶连接所述反力架和所述加载台，所述加载台与对应的所述超长桩模型通过连接较连接，所述土体模型收容于模型箱中，所述模型箱位于所述底部框架的上表面。4.如权利要求2所述的岩溶地区超长桩屈曲稳定性室内模型实验装置，其特征在于：所述模型箱无底，所述沙土直接被所述底部框架支撑，所述超长桩模型的下端与所述底部框架连接。5.如权利要求2所述的岩溶地区超长桩屈曲稳定性室内模型实验装置，其特征在于：所述模型箱包括四根钢棱和四块有机玻璃板，每一所述钢棱上具有相互平行但开口方向相互垂直的两卡槽，任一所述机玻璃板的相对两端卡设在相对设置的二所述钢棱的相应卡槽中，至少一所述有机玻璃板上设有沿竖直方向延伸的刻度尺，所述可移动柱具有两根，所述模型箱位于二所述可移动柱之间，且所述模型箱的下端区域设有排水孔。6.如权利要求1所述的岩溶地区超长桩屈曲稳定性室内模型实验装置，其特征在于：所述超长桩模型包括埋入所述土体模型的埋入段和露在所述土体模型外面的露出段，所述第二百分表设于所述露出段，所述承载台连接所述露出段。...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴文兵，张靖坤，梁荣柱，邓建清，杨松，李立辰，宗梦繁，张良，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北,42