【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及建筑安全检测，具体涉及一种模拟退化冻土环境下桩基热-力特征的试验方法。
技术介绍
1、桩基是指设置在建筑物下端向下延伸进入地下土体内部的混凝土立柱状支撑结构，一般是在建筑场地向下打孔再灌注混凝土形成。一般建筑物承重较大时，往往需要在上部结构下方设置多根桩基，以形成群桩基础，对建筑物更好地实现稳定支撑，避免变形过大或侧翻。尤其是在多年冻土区，桩基础是一种常见的基础形式，因其埋深大，受环境热扰动小，能够为上部结构提供足够的承载力并控制变形，故在多年冻土区得到了广泛的应用。
2、在多年冻土区，既有桩基大多位于冻土层之内，即冻土下限位于桩底以下位置，桩基承载力主要依赖于桩基与周围多年冻土之间的冻结力，一般而言温度越低冻结力越大。但近来受全球变暖环境整体升温影响，冻土呈现逐渐退化趋势。这种条件下，冻土层呈现出升温、活动层厚度增大、冻土下限上移等特征，这势必对冻土区的既有桩基以及待修建桩基的安全性产生影响。而现有桩基的稳定性和安全性研究，一般均是聚焦在通过试验测试其承载特征，极限承压能力等情况以评估其安全性，鲜有对冻土退化条件下桩基热-力特征的研究。故对于本领域技术人员，怎样设计一种能够模拟冻土条件变化情况下，检测评估桩基安全性的方法，成为有待考虑解决的问题。
技术实现思路
1、针对上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是：如何提供一种能够模拟冻土条件变化情况下，测试冻土层厚度变化对桩基影响的模拟退化冻土环境下桩基热-力特征的试验方法。以在全球变暖的趋势下更
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：
3、一种模拟退化冻土环境下桩基热-力特征的试验方法，先根据冻土区既有桩基或者待施工桩基制得模型桩，其特征在于，将模型桩竖向埋设在试验土体内并压实，先对试验土体整体向下施压并对试验土体上部降温形成冻土，使得模型桩下端位于冻土下限上方且让下端面位置处土体压力达到预设值（即模拟既有桩基或待施工桩基下端面位置处承受压力大小），再对模型桩上端施加向下载荷模拟桩基实际受压情况；然后保持模型桩所受载荷压力和试验土体所受压力不变的情况下，通过对试验土体升温，使得冻土深度范围逐渐缩小，直至模型桩下端露出冻土下限位置后，维持试验一段时间（时间越长越精确，通常数小时至数十小时均可），检测模型桩的沉降量并求导获得下沉速率，将检测的模型桩的下沉速率和预设阈值对比，如果大于预设阈值则判断所模拟的既有桩基或者待施工桩基存在安全隐患。
4、这样，本方法通过模拟既有桩基或者待施工桩基制得模型桩，通过对模型桩加载模拟桩基实际载荷，（此两步骤为常规现有技术，一般模型桩为采用既有桩基相同材质并按试验模拟相似原则等比例缩小制备，具体不在此详述），通过对土体整体施压的方式模拟桩基下端所受土体压力影响，同时将试验土体上端降温形成冻土层并控制模拟冻土层受升温影响深度逐渐降低的过程，试验获得桩基下端露出冻土层后在载荷下的沉降速率。如果速率大于预设值则判断存在安全隐患。这样就可以对冻土区实际存在的建筑物安全性进行评价，或者对待施工的建筑物安全性进行评估以及施工指导，极大提高了冻土区建筑物的安全保障。其中预设阈值大小可以采用经验值或者根据建筑物使用年限大小以及能够承受的极限沉降变形量大小进行估算或者仿真模拟分析得到。
5、进一步地，试验时，在对试验土体上部升温，到模型桩下端露出冻土下限位置后，再进行反复升降温控制，使得冻土下限位置在模型桩下端面上下位置维持反复变化的情况下进行后续试验。
6、这样是因为实际冻土区域中，冻土层下限位置整体上是逐年上升，但在较短的时间范围（数天或数月）内往往会呈现反复升降的特点，而桩基下端实际上只要进入永冻层下限升降变化范围了，就会极大的影响建筑物安全性。故这样试验可以更好地针对永冻层下限上移至桩基下端位置时的实际情况进行模拟，更好地对桩基实际安全性进行试验评估，提高试验评估结果的可靠性。
7、进一步地，本方法通过一种模拟冻土环境的桩基安全性检测试验系统实现，所述模拟冻土环境的桩基安全性检测试验系统包括一个试验箱，试验箱内填塞有试验用土，箱体上端端口处和试验用土上表面相隔设置有一个水平的承压板，承压板上方向上相隔并固定连接设置有一个整体呈龙门架结构的反力架，箱体中部的试验用土内挑空埋设（指试件底部和试验用土底部相隔有一段距离）有竖向设置的模型桩，承压板上正对模型桩开设有让位孔供其上端穿出，反力架下方正对模型桩设置有向下的千斤顶，千斤顶的伸缩端向下正对抵接在模型桩上端；在试验用土上表面和承压板之间还填充设置有一个上部气囊，上部气囊中部正对模型桩位置上下贯通设置有试件让位通孔，上部气囊上表面分别设置有固定在承压板上的进气气嘴，出气气嘴和回气气嘴，进气气嘴通过进气管道和一个空压机相连，出气气嘴通过低温循环管道和一个可控式低温冷浴装置相连后连接到回气气嘴，低温循环管道中还安装有低温循环泵；所述试验用土内部沿高度方向均布埋设有多个温度传感器，试验用土内部还至少在模型桩下端位置所在高度埋设有土压力盒。
8、这样，本试验系统可以用于实现上述安全性检测试验过程，即将模型桩竖向埋设好并将试验土体逐层填土压实后，控制空压机逐渐向上部气囊鼓气，同时控制低温循环泵和可控式低温冷浴装置工作对上部气囊降温。上部气囊对试验土体上方施压并降温形成冻土层，依靠温度传感器反馈温度检测冻土层向下延伸的距离，直到冻土层下端超出模型桩下端位置（通常可以先将全部试验用土冻结后再逐步向上解冻进行试验）且模型桩下端位置所在高度埋设的土压力盒检测压力达到试验要求（即模拟既有桩基或待施工桩基下端面位置处承受压力大小）后，停止对气囊的鼓气并使其压力和温度保持不变。此时再控制千斤顶对模型桩向下加载，加载压力大小按试验要求模拟桩基实际受压情况。然后保持模型桩所受载荷压力和试验土体所受压力不变的情况下，通过对试验土体升温，使得冻土深度范围逐渐缩小，直至温度传感器检测到模型桩下端露出冻土下限位置后，维持住控制参数不变持续施压试验数小时（或数十小时）后，检测模型桩的沉降量并获得下沉速率，将下沉速率和预设阈值对比，即可实现对桩基安全性的评估检测判断。其中所述可控式低温冷浴装置用于对气囊内气体实现循环降温控制，该装置为成熟现有设备，具体结构不在此详述。故上述设备系统具有结构简单，操作方便，检测可靠等优点。而且本试验系统还可以用于冻土环境下其它桩基性能的试验检测以及科学研究，比如检测研究在固定冻土条件下，桩基的极限承压性能，以及研究在固定承压大小下桩基的蠕变情况过程等等。
9、进一步地，所述温度传感器、土压力盒、千斤顶、空压机、可控式低温冷浴装置和低温循环泵均和一个控制中心相连并实现控制。
10、这样，方便实现上述试验过程的自动化控制，反馈记录试验过程信息，提高自动化程度。
11、进一步地，所述试验用土的类型及压实度和含水量与实际冻土区环境模拟一致。
12、这样，试验用土的类型及压实度和本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种模拟退化冻土环境下桩基热-力特征的试验方法，先根据冻土区既有桩基或者待施工桩基制得模型桩，其特征在于，将模型桩竖向埋设在试验土体内并压实，先对试验土体整体向下施压并对试验土体上部降温形成冻土，使得模型桩下端位于冻土下限上方且让下端面位置处土体压力达到预设值，再对模型桩上端施加向下载荷模拟桩基实际受压情况；然后保持模型桩所受载荷压力和试验土体所受压力不变的情况下，通过对试验土体升温，使得冻土深度范围逐渐缩小，直至模型桩下端露出冻土下限位置后，维持试验一段时间，检测模型桩的沉降量并求导获得下沉速率，将检测的模型桩的下沉速率和预设阈值对比，如果大于预设阈值则判断所模拟的既有桩基或者待施工桩基存在安全隐患。
2.如权利要求1所述的模拟退化冻土环境下桩基热-力特征的试验方法，其特征在于，试验时，在对试验土体上部升温，到模型桩下端露出冻土下限位置后，再进行反复升降温控制，使得冻土下限位置在模型桩下端面上下位置维持反复变化的情况下进行后续试验。
3.如权利要求1所述的模拟退化冻土环境下桩基热-力特征的试验方法，其特征在于，本方法通过一种模拟冻土环境的桩基安全性检
4.如权利要求3所述的模拟退化冻土环境下桩基热-力特征的试验方法，其特征在于，所述温度传感器、土压力盒、千斤顶、空压机、可控式低温冷浴装置和低温循环泵均和一个控制中心相连并实现控制；
5.如权利要求3所述的模拟退化冻土环境下桩基热-力特征的试验方法，其特征在于，所述模型桩外表面还相贴设置有多个沿高度方向分布的应变片，应变片和控制中心相连。
6.如权利要求3所述的模拟退化冻土环境下桩基热-力特征的试验方法，其特征在于，所述试验用土内部沿高度方向还均布埋设有多个水分传感器，水分传感器和控制中心相连。
7.如权利要求3所述的模拟退化冻土环境下桩基热-力特征的试验方法，其特征在于，所述模型桩上部位置侧面还设置有刻度线；
8.如权利要求3所述的模拟退化冻土环境下桩基热-力特征的试验方法，其特征在于，试验用土设置在一个承托板上，承托板水平设置且能够沿试验箱内腔上下滑动，承托板下方和试验箱内底面之间还设置有一个下部气囊，下部气囊的进气嘴通过和进气管和空压机相连，下部气囊上还设置有放气管道，放气管道上设置还有放气控制阀和控制中心相连。
9.如权利要求8所述的模拟退化冻土环境下桩基热-力特征的试验方法，其特征在于，下部气囊还通过出气嘴和回气嘴连通有一个高温循环管道，高温循环管道中连接设置有一个高温循环泵和一个热风盒，热风盒内设置有电热装置和控制中心相连。
10.如权利要求3所述的模拟退化冻土环境下桩基热-力特征的试验方法，其特征在于，试验箱内还水平间隔设置有多套土体位移检测装置，所述土体位移检测装置，包括一根竖向设置在土体内的套管，套管下端位于试验用土的土体一定深度位置且上端露出土体，套管内中空套设有一根可竖向滑动的固定杆，固定杆下端穿出套管一段固定距离并固定有一个水平设置的下测板，固定杆上端穿出套管上端位置，在固定杆上方还具有向下正对固定杆上端设置的激光位移计，各套土体位移检测装置的套管下端及对应固定杆下端分别位于不同的土体深度位置；
...【技术特征摘要】
1.一种模拟退化冻土环境下桩基热-力特征的试验方法，先根据冻土区既有桩基或者待施工桩基制得模型桩，其特征在于，将模型桩竖向埋设在试验土体内并压实，先对试验土体整体向下施压并对试验土体上部降温形成冻土，使得模型桩下端位于冻土下限上方且让下端面位置处土体压力达到预设值，再对模型桩上端施加向下载荷模拟桩基实际受压情况；然后保持模型桩所受载荷压力和试验土体所受压力不变的情况下，通过对试验土体升温，使得冻土深度范围逐渐缩小，直至模型桩下端露出冻土下限位置后，维持试验一段时间，检测模型桩的沉降量并求导获得下沉速率，将检测的模型桩的下沉速率和预设阈值对比，如果大于预设阈值则判断所模拟的既有桩基或者待施工桩基存在安全隐患。
2.如权利要求1所述的模拟退化冻土环境下桩基热-力特征的试验方法，其特征在于，试验时，在对试验土体上部升温，到模型桩下端露出冻土下限位置后，再进行反复升降温控制，使得冻土下限位置在模型桩下端面上下位置维持反复变化的情况下进行后续试验。
3.如权利要求1所述的模拟退化冻土环境下桩基热-力特征的试验方法，其特征在于，本方法通过一种模拟冻土环境的桩基安全性检测试验系统实现，所述模拟冻土环境的桩基安全性检测试验系统包括一个试验箱，试验箱内填塞有试验用土，箱体上端端口处和试验用土上表面相隔设置有一个水平的承压板，承压板上方向上相隔并固定连接设置有一个整体呈龙门架结构的反力架，箱体中部的试验用土内挑空埋设有竖向设置的模型桩，承压板上正对模型桩开设有让位孔供其上端穿出，反力架下方正对模型桩设置有向下的千斤顶，千斤顶的伸缩端向下正对抵接在模型桩上端；在试验用土上表面和承压板之间还填充设置有一个上部气囊，上部气囊中部正对模型桩位置上下贯通设置有试件让位通孔，上部气囊上表面分别设置有固定在承压板上的进气气嘴，出气气嘴和回气气嘴，进气气嘴通过进气管道和一个空压机相连，出气气嘴通过低温循环管道和一个可控式低温冷浴装置相连后连接到回气气嘴，低温循环管道中还安装有低温循环泵；所述试验用土内部沿高度方向均布埋设有多个温度传感器，试验用土内部还至少...
【专利技术属性】
技术研发人员：史向阳，王运兴，张炳祺，黄旭斌，徐德超，
申请(专利权)人：甘肃省科学院地质自然灾害防治研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。