一种桩基室内模型试验装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种桩基室内模型试验装置及试验方法，该试验装置包括底座、立架、模型箱、模型桩、垂直辅助装置、旋转辅助装置、反力板，试验时在模型箱内放置所需测试的土样制备的泥浆，分级加压在排出泥浆中一半的水后，使用旋转辅助系统对模型箱进行180

【技术实现步骤摘要】
一种桩基室内模型试验装置及试验方法


[0001]本专利技术涉及岩土工程
，更具体地说，涉及一种桩基室内模型试验装置及试验方法。

技术介绍

[0002]我国幅员辽阔，土质类型复杂多样，在无成熟地方经验的新区域基建开发时，土层的桩基设计参数指标仅靠室内常规土工试验常常无法满足要求，而室内模型试验因对桩基实际承载过程的还原度较高，成本远低于桩基原位承载试验，被广泛应用于工程建设和土层参数科学研究中。
[0003]因模型试验所需土样体积较大，现场难以维持原状将土样取回并放入模型箱中进行试验，需制备重塑土样，但目前比较普遍的问题就是重塑土制备时间过长、重塑土样上下的含水率和密度不均匀，导致最基础的土层参数与现场原样出现较大偏差，影响模型试验的合理性；同时因模型桩沉入重塑土样时荷载较大，极易造成桩身侧斜，在后续试验加载过程中因垂直度的偏差，导致采集的试验参数均存在较大误差，影响模型试验的准确性。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种桩基室内模型试验装置及试验方法，该试验装置可以制备还原度更高的重塑土样，并严格控制模型桩的垂直度，试验所得的数据准确度高，试验周期短。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种桩基室内模型试验装置，包括底座、立架、模型箱、模型桩、旋转辅助装置、垂直辅助装置和反力板，所述立架固定在底座上，模型箱放置在底座上；
[0006]所述旋转辅助装置包括提升旋钮、旋转套筒、套环和钢绞线，提升旋钮固定于立架外侧，模型箱通过旋转套筒与立架铰接，提升旋钮通过设置于立架内部的滑轮组与旋转套筒相连，通过旋转提升旋钮实现旋转套筒沿立架上下滑动，从而带动模型箱的升降，套环固定于模型箱外壁，套环内穿设有绳结的钢绞线，通过拖拽钢绞线实现模型箱可绕旋转套筒旋转；
[0007]所述垂直辅助装置包括套筒导向板、卡扣承台板、水平泡、伺服千斤顶，套筒导向板水平放置于模型箱内的土样顶部，模型桩端部垂直插入套筒导向板的套筒中，卡扣承台板倒扣于模型桩顶部，水平泡分别设置于套筒导向板、卡扣承台板顶面上，伺服千斤顶放置于卡扣承台板与反力板之间。
[0008]上述方案中，所述模型箱包括外筒、限位器、集水盖板、滤石、滤纸，限位器通过水平向螺栓固定于外筒内壁。
[0009]上述方案中，所述时限位器上的竖向螺栓可伸缩，通过限位器的竖向螺栓伸缩调整套筒导向板的水平状态。
[0010]上述方案中，所述模型桩内部粘贴有应变片，应变片通过电线与静态电阻应变仪
连接。
[0011]本专利技术还提供了一种利用所述的桩基室内模型试验装置的桩基室内模型试验方法，其试验步骤如下：
[0012]S1：采集拟测试的原状土样，测得其含水率、密度、先期固结压力，将拟测试的原状土样碾碎烘干，将土样在无气水中浸泡后充分搅拌，制备成泥浆，并根据重塑土与原状土相同密度和含水率的原则，算得制备重塑土所需排出的水体积V；
[0013]S2：在模型箱底部内壁四边安装限位器，将集水盖板放置于模型箱内的限位器上，向上拧动竖向螺栓，确保与集水盖板密贴，并在整个模型箱内壁及集水盖板顶部铺贴保鲜膜用以密封，保鲜膜在集水盖板的集水通道处预留孔洞，再将滤石、滤纸依次放置于集水盖板上，并将S1步骤中的泥浆倒入模型箱中，再在泥浆顶面依次放置滤纸、滤石、集水盖板，同样在滤石及集水盖板之间铺贴预留孔洞的保鲜膜；
[0014]S3：将伺服千斤顶放置于集水盖板和反力板之间进行加压，加压荷载等同于原状土样的先期固结压力，泥浆里的水从集水盖板中流出，重塑土样开始排水固结；
[0015]S4：待排出水体积达到S1步骤所述体积V的1/2时，在模型箱顶部内壁反向安装限位器，向下拧动竖向螺栓直至将重塑土样顶面的集水盖板顶紧，随后旋转提升旋钮将模型箱提升至半空中，拖拽模型箱外壁的钢绞线，从而实现模型箱180
°
旋转，再反向旋转提升旋钮，将模型箱降至底座上；
[0016]S5：重复S3步骤，直至排出水体积达到S1步骤所述体积V，制备得到原状土的先期固结压力下，含水率和密度与原土样一致的重塑土样；
[0017]S6：取出倒转之后的模型箱顶面的集水盖板，水平铺设套筒导向板，套筒导向板四角上粘贴有水平泡，通过四个限位器竖向螺栓的伸缩，可控制套筒导向板始终保持板面水平，在套筒导向板的套筒中插入模型桩，并将卡扣承台板套于模型桩顶部，卡扣承台板的四角也粘贴有水平泡，利用布置于卡扣承台板与反力板之间的伺服千斤顶实时调整的卡扣承台板水平状态，将模型桩垂直沉入至试验所需深度；
[0018]S7：利用千斤顶对模型桩加载至试验荷载，利用位移计采集模型桩沉降位移，利用静态电阻应变仪采集桩身应变，可实现单桩、群桩在各类土中的多种承载性状试验。
[0019]实施本专利技术的桩基室内模型试验装置及试验方法，具有以下有益效果：
[0020]1、本专利技术通过模型箱的旋转将尚未固结完成的重塑土在重力反转下进行双向排水固结，实现重塑土样含水率和密度均匀性较常规重塑土样提升约一倍，同时通过旋转缩短重塑土样的排水路径，重塑土样固结速度更快；重塑土样外围均采用保鲜膜包裹，避免水体在土样制备过程中外部流失，并避免了桩基试验时的水体挥发流失，保证了含水率的精度和稳定性，重塑土还原度更高；
[0021]2、本专利技术套筒导向板和卡扣承台板中的套筒内径略大于模型桩外径，两者直径差控制在桩基允许的垂直度偏差范围内，同时通过限位器竖向螺栓和伺服千斤顶的实施调整，保证桩基垂直度始终可控，试验的准确度更高；
[0022]3、本专利技术所述试验装置可实现不同土层、不同沉桩方式、沉桩后不同静置时间等多种类型的单桩、群桩的模型试验，适用性很广。
附图说明
[0023]下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：
[0024]图1是本专利技术中试验装置的结构示意图；
[0025]图2(a)是本专利技术中模型箱组装前的结构示意图；
[0026]图2(b)是本专利技术中模型箱组装完成后的结构示意图；
[0027]图3是本专利技术中限位器的结构示意图；
[0028]图4是本专利技术中集水盖板的结构示意图；
[0029]图5(a)是本专利技术中模型桩的等轴测结构示意图；
[0030]图5(b)是本专利技术中模型桩的剖面结构示意图；
[0031]图6(a)是本专利技术中模型箱旋转过程的左等轴测示意图；
[0032]图6(b)是本专利技术中模型箱旋转过程的右等轴测示意图；
[0033]图7(a)是本专利技术中不含模型箱的垂直辅助装置的组装示意图；
[0034]图7(b)是本专利技术中含模型箱的垂直辅助装置的组装示意图；
[0035]图8是本专利技术中套筒导向板的结构示意图；
[0036]图9是本专利技术中卡扣承台板的结构示意图；
[0037]图10是本专利技术中重塑土加压排水固结的过程示意图；
[0038]图11是滑轮组的结构示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种桩基室内模型试验装置，其特征在于，包括底座(1)、立架(2)、模型箱(3)、模型桩(4)、旋转辅助装置(5)、垂直辅助装置(6)和反力板(7)，所述立架(2)固定在底座(1)上，模型箱(3)放置在底座(1)上；所述旋转辅助装置(5)包括提升旋钮(5
‑
1)、旋转套筒(5
‑
2)、套环(5
‑
3)和钢绞线(5
‑
4)，提升旋钮(5
‑
1)固定于立架(2)外侧，模型箱(3)通过旋转套筒(5
‑
2)与立架(2)铰接，提升旋钮(5
‑
1)通过设置于立架(2)内部的滑轮组(5
‑
5)与旋转套筒(5
‑
2)相连，通过旋转提升旋钮(5
‑
1)实现旋转套筒(5
‑
2)沿立架(2)上下滑动，从而带动模型箱(3)的升降，套环(5
‑
3)固定于模型箱(3)外壁，套环(5
‑
3)内穿设有绳结的钢绞线(5
‑
4)，通过拖拽钢绞线(5
‑
4)实现模型箱(3)可绕旋转套筒(5
‑
2)旋转；所述垂直辅助装置(6)包括套筒导向板(6
‑
1)、卡扣承台板(6
‑
2)、水平泡(6
‑
3)、伺服千斤顶(6
‑
4)，套筒导向板(6
‑
1)水平放置于模型箱(3)内的土样顶部，模型桩(4)端部垂直插入套筒导向板(6
‑
1)的套筒中，卡扣承台板(6
‑
2)倒扣于模型桩(4)顶部，水平泡(6
‑
3)分别设置于套筒导向板(6
‑
1)、卡扣承台板(6
‑
2)顶面上，伺服千斤顶(6
‑
4)放置于卡扣承台板(6
‑
2)与反力板(7)之间。2.根据权利要求1所述的桩基室内模型试验装置，其特征在于，所述模型箱(3)包括外筒(3
‑
1)、限位器(3
‑
2)、集水盖板(3
‑
3)、滤石(3
‑
4)、滤纸(3
‑
5)，限位器(3
‑
2)通过水平向螺栓固定于外筒(3
...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤斌，谢亮，刘天立，亢佳帅，周标和，覃明兰，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：