一种室内模拟桩基承载力的物理模型试验装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种室内模拟桩基承载力的物理模型试验装置及试验方法，所述试验装置包括模型箱

【技术实现步骤摘要】
一种室内模拟桩基承载力的物理模型试验装置及试验方法


[0001]本专利技术涉及桩基物理模型试验工程
，具体是一种室内模拟桩基承载力的物理模型试验装置及试验方法
。

技术介绍

[0002]随着技术的不断发展与实践，桩基础以其较好的经济性与高效性，被广泛用于大量工程中，且能适应许多例如岩溶等复杂的地层，在保证质量的同时也能保证施工进度
。
[0003]为了更好对桩基进行发展研究，众多学者对于桩基开展了承载力方面的试验，但对现场实际情况的模拟仍存在一定的局限性，对土体围压变化
、
桩底持力层溶洞
、
桩基模型抗拉特性
、
桩基模型抗压特性以及抗拉压疲劳荷载特性等情况仅考虑到一种或两种情况，没有考虑到多种情况的组合效应，同时室内模型试验装置大多只能模拟桩基模型压缩或拉伸当中的一种特性，无法在一次试验中同时对桩基模型施加抗拉压疲劳荷载，无法真实反映现场的实际情况
。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术的不足，本专利技术提供一种室内模拟桩基承载力的物理模型试验装置及试验方法，设计出特制的模型箱
、
试样模型以及加载装置，考虑现场实际的多种复杂条件，在室内模拟测试多种复杂条件下桩基模型的承载力，研究实际环境对桩基的变形影响，并在试验后能较好地观察岩层裂纹的开展情况
。
[0005]本专利技术提供的技术方案：一种室内模拟桩基承载力的物理模型试验装置，包括模型箱
、
试样模型以及加载装置，所述试样模型放置在模型箱内，所述模型箱内设置有用于对试样模型施加围压的多层土压力调整装置，所述试样模型由土层模型
、
岩层模型
、
溶洞模型
、
桩基模型及内置的土压力传感器组成，所述加载装置包括分别对称设置在模型箱外侧的左右两个加载组件和前后两个加载组件，每个加载组件包括立柱和设置在立柱上竖向的导轨，所述立柱靠近模型箱的一侧设置有上移动平台和下移动平台，所述上移动平台下底面和下移动平台上顶面均设有压力传感器，上移动平台和下移动平台之间设置有实心压块，所述实心压块靠近模型箱的一侧设置有伸缩平衡杆，所述伸缩平衡杆远离实心压块的一端与传力卡扣连接，所述传力卡扣的中部与桩基模型卡紧固定，每个所述伸缩平衡杆的中部下方设置有竖向支撑杆
。
[0006]进一步的，所述多层土压力调整装置由沿模型箱竖向的多个压力施加组件组成，每个压力施加组件包括绕试样模型的四周设置的四个电动推杆，每个电动推杆的末端设置有弧形块，四个弧形块之间设置有弧形弹力橡胶，弧形块和弧形弹力橡胶形成横截面为圆环的对试样模型施加压力的压力筒
。
[0007]进一步的，所述土层模型材料选用重塑土，岩层模型材料选用透明液体树脂与石英砂，溶洞模型材料选用聚苯乙烯泡沫塑料，桩基模型材料选用钢丝笼与水泥浆，所述土压力传感器包括水平土压力传感器和竖向土压力传感器，所述土压力传感器与采集器的输入
端连接，采集器的输出端与电脑连接，电脑的输出控制端与多层土压力调整装置连接
。
[0008]进一步的，所述上移动平台和下移动平台的内部均内置有电机，电机的输出轴上设置有齿轮，所述齿轮与对应立柱上的导轨连接，通电后电机带动齿轮转动，进而使得上下移动平台升降，所述立柱的上部设置有停止板，实心压块设置于对应的上移动平台和下移动平台的两压力传感器之间
。
[0009]进一步的，任意一个立柱的下移动平台上设置有一个线性位移传感器，所述压力传感器和线性位移传感器与采集器的输入端连接，采集器的输出端与电脑连接，电脑的输出控制端与电机连接
。
[0010]进一步的，所述传力卡扣为圆筒形，其外侧设置有轴对称的固定片与收紧螺丝，收紧螺丝的内侧设置有可径向移动的卡齿，所述固定片上开设有螺栓孔，螺栓孔穿入螺栓与伸缩平衡杆连接
。
[0011]进一步的，所述伸缩平衡杆与竖向支撑杆的顶部转动连接，竖向支撑杆的底部固定在地面上，每根伸缩平衡杆的一端与对应的实心压块通过螺栓进行连接，四个立柱上的四根伸缩平衡杆的另一端均与同一个传力卡扣通过螺栓进行连接，最终组成一个以杠杆原理为运动方式的立面杠杆
。
[0012]进一步的，所述模型箱顶部为钢制圆形顶盖，底部为钢制圆形底板，侧壁为钢制圆筒，钢制圆形顶盖中心留有桩孔与电线孔，钢制圆形底板留有若干排水孔，钢制圆筒侧壁外侧底部设有排水管，所述排水管连接到排水渠
。
[0013]进一步的，所述试样模型通过以下方法制得：先在模具内部涂抹适量的凡士林，并用内壁上的细线将土压力传感器与聚苯乙烯泡沫塑料固定在特定位置；然后将透明液体树脂与石英砂倒入模具中直至没过模具盖部，充分搅拌均匀；待透明液体树脂凝固并具有一定强度后，模具上部安装好特制模具盖，并用钻头在岩层模型上部钻好一定深度的桩基模型孔，往模具中放入钢丝笼并浇筑水泥浆；待水泥浆凝固后去除模具，将半成品的加载试样放入模型箱中，按照预定密度分层加入特定量的重塑土填实，并同步埋设土压力传感器；待最后一层土层填实后即可得试样模型
。
[0014]一种室内模拟桩基承载力的物理模型试验装置的试验方法，包括如下步骤：
[0015](1)
试验开始前先将各传感器连接采集器，采集器连接电脑，进行传感器预调试后断开土压力传感器与采集器的连接线，各层土压力调整装置与各立柱上的上下移动平台连接电脑后进行预调试，并将四根竖向支撑杆
、
四根伸缩平衡杆和四个实心压块同一个传力卡扣通过螺栓连接组装好，调试平衡体系；
[0016](2)
参照规定的尺寸与需求，制作相应的模具与模具盖，根据先后顺序依次将模型材料放入模具中进行凝固并同步埋设水平与竖向土压力传感器，待水泥浆与透明液体树脂完全凝固后，去除外部模具得到不含土层模型的加载试样；
[0017](3)
用电脑控制各层土压力调整装置的电动推杆沿直径向外移动，使各层弧形块间距变大，弧形弹力橡胶被拉长产生预收缩力，在各层弧形块内侧涂抹适量凡士林后，将不含土层模型的加载试样放入多层土压力调整装置形成的可变圆筒中，根据预设密度分层倒入特定质量的重塑土填实并同步埋设水平与竖向土压力传感器，盖上顶盖使得桩基模型从桩孔中露出，并将土压力传感器的电线从电线孔中顺出重新与采集器连接；
[0018](4)
根据土压力传感器的示数与试验要求，用电脑控制电动推杆移动，实时观察土
压力的变化情况，直至满足设定条件；
[0019](5)
将桩基模型的上端伸入传力卡扣中，并转动收紧螺丝使卡齿沿直径向内移动，卡住桩基模型，并确保安装完成后各伸缩平衡杆均水平；
[0020](6)
用电脑控制四个立柱的上移动平台与下移动平台分别升降，直至所有压力传感器均刚接触各自的实心压块并出现微小读数后即可停止升降，并将压力传感器与线性位移传感器的示数调零；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种室内模拟桩基承载力的物理模型试验装置，其特征在于，包括模型箱
(1)、
试样模型以及加载装置，所述试样模型放置在模型箱
(1)
内，所述模型箱
(1)
内设置有用于对试样模型施加围压的多层土压力调整装置
(3)
，所述试样模型由土层模型
(5)、
岩层模型
(6)、
溶洞模型
(7)、
桩基模型
(4)
及内置的土压力传感器组成，所述加载装置包括分别对称设置在模型箱
(1)
外侧的左右两个加载组件和前后两个加载组件，每个加载组件包括立柱
(21)
和设置在立柱
(21)
上竖向的导轨
(23)
，所述立柱
(21)
靠近模型箱
(1)
的一侧设置有上移动平台
(24)
和下移动平台
(25)
，所述上移动平台
(24)
下底面和下移动平台
(25)
上顶面均设有压力传感器
(26)
，上移动平台
(24)
和下移动平台
(25)
之间设置有实心压块
(27)
，所述实心压块
(27)
靠近模型箱
(1)
的一侧设置有伸缩平衡杆
(19)
，所述伸缩平衡杆
(19)
远离实心压块
(27)
的一端与传力卡扣
(12)
连接，所述传力卡扣
(12)
的中部与桩基模型
(4)
卡紧固定，每个所述伸缩平衡杆
(19)
的中部下方设置有竖向支撑杆
(20)。2.
根据权利要求1所述的一种室内模拟桩基承载力的物理模型试验装置，其特征在于，所述多层土压力调整装置
(3)
由沿模型箱
(1)
竖向的多个压力施加组件组成，每个压力施加组件包括绕试样模型的四周设置的四个电动推杆
(301)
，每个电动推杆
(301)
的末端设置有弧形块
(302)
，四个弧形块
(302)
之间设置有弧形弹力橡胶
(303)
，弧形块
(302)
和弧形弹力橡胶
(303)
形成横截面为圆环的对试样模型施加压力的压力筒
。3.
根据权利要求1所述的一种室内模拟桩基承载力的物理模型试验装置，其特征在于，所述土层模型
(5)
材料选用重塑土，岩层模型
(6)
材料选用透明液体树脂与石英砂，溶洞模型
(7)
材料选用聚苯乙烯泡沫塑料，桩基模型
(4)
材料选用钢丝笼与水泥浆，所述土压力传感器包括水平土压力传感器
(8)
和竖向土压力传感器
(9)
，所述土压力传感器与采集器
(29)
的输入端连接，采集器
(29)
的输出端与电脑
(30)
连接，电脑
(30)
的输出控制端与多层土压力调整装置
(3)
连接
。4.
根据权利要求1所述的一种室内模拟桩基承载力的物理模型试验装置，其特征在于，所述上移动平台
(8)
和下移动平台
(9)
的内部均内置有电机，电机的输出轴上设置有齿轮，所述齿轮与对应立柱
(21)
上的导轨
(23)
连接，通电后电机带动齿轮转动，进而使得上
、
下移动平台升降，所述立柱
(21)
的上部设置有停止板
(22)
，实心压块
(27)
设置于对应的上移动平台
(24)
和下移动平台
(25)
的两压力传感器
(26)
之间
。5.
根据权利要求4所述的一种室内模拟桩基承载力的物理模型试验装置，其特征在于，任意一个立柱
(21)
的下移动平台
(25)
上设置有一个线性位移传感器
(28)
，所述压力传感器
(26)
和线性位移传感器
(28)
与采集器
(29)
的输入端连接，采集器
(29)
的输出端与电脑
(30)
连接，电脑
(30)
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志航，赵建海，黄俊保，许明能，田浩源，张关勋，潘若铭，薛梦鑫，周鹏，
申请(专利权)人：中冶武勘工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：