一种多功能桩基模型试验箱装置及其使用方法制造方法及图纸

发明专利技术提供一种多功能桩基模型试验箱装置及其使用方法。该试验箱装置包括有机玻璃箱体、箱体支撑钢架、活动支座和活动反力梁。所述有机玻璃箱体放在箱体支撑钢架内部，支撑钢架下部设置插销固定孔固定出料门，支撑钢架上部钢板加强箍上为活动支座，两活动支座间为活动反力梁。该试验箱装置的使用方法包括调试准备、传感器布置、埋桩、箱内部位置圆柱桩竖向加载和箱壁半桩沉桩挤土试验等步骤。该试验箱装置重量轻、部件拆卸性好、易于搬运且空间利用度高，可以模拟多种工况，提高了试验效率。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能桩基模型试验箱装置及其使用方法
本专利技术涉及地基基础工程
，特别涉及一种多功能桩基模型试验箱装置。
技术介绍
土木工程地基处理中，常面临着地基的承载力及稳定性不足、压缩及不均匀沉降和液化等问题。采用桩基处理上述不良地基，是一种行之有效的方法。因此，工程建设中，常涉及桩基对地基的加固效果及加固机理研究的问题。桩基的现场原位试验是检验桩基对地基的加固效果的一种方法，但原位试验需要消耗大量人力、物力、财力，试验成本极高；并且野外试验场地条件等复杂多变，不可控制因素太多，往往导致试验结果随机性较大，相关规律变化不明显。为此，桩基的室内模型试验作为检验地基的加固效果及研究桩基的加固机理的方法应运而生。室内桩基模型试验是将原位的地基与桩进行一定比例的缩尺，较精确的人为设置试验场地的各种因素，可控的研究各种变化因素对加固效果的影响，并从机理上对加固效果进行解译。桩基的室内模型试验常在模型试验箱中完成，试验箱设计的好坏，关系着桩基模型试验可获得信息的种类、试验效率及试验可靠性等一系列问题。然而，现有技术中的试验箱受反力梁结构的制约，预制模型单桩只能填埋反力梁正下方区域进行加荷试验。若遇到需要养护1个月的现浇模型桩，每次只能在反力梁正下方浇筑极少的几根桩体，一批试样的试验周期极长，效率将极低；箱体内部空间通常不可调，在进行单桩试验时，为了获得桩位于土体内的较大埋深，也需要将整个箱体空间填充地基土，填土工作量大，离桩周较远处的填土发生严重浪费；在地基土底部需排水时，地基土也易进入排水管及排水阀，阻塞管道；在进行模型半圆柱桩沿透明箱壁的可视化试验时，模型半圆柱桩在地基土中贯入过程中易发生土颗粒进入模型半圆柱桩与箱壁间，降低可视化试验效果甚至导致可视化试验失败。普通模型箱的工字钢反力梁和两端支撑U型钢架的连接处面积小，配置固定用的螺栓数少，在给群桩施加较大反力过程中，反力梁和两端支撑钢架接触处的力仅由几根螺栓承受，螺栓易变形，加上螺栓一端位于工字钢内部、一端位于U型钢内部，拆卸螺栓空间狭小，在需要调整反力梁高度时，螺栓拆卸困难。并且，一批试验结束后，需要将箱体内部的地基土挖出，以便桩体可以重新埋设或浇筑模型桩到模型箱靠近底部的位置。为获得较大埋深，模型箱深度较大，试验人员将箱体下部的地基土掏出费力，甚至需要试验人员跳进较狭小的模型内部取土，多人协作下仍然费时费力。因此，亟需发开一种试验周期短且模型箱空间利用度高的桩基模型试验箱装置。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种多功能桩基模型试验箱装置及其使用方法，以解决现有技术中存在的问题。为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的，一种多功能桩基模型试验箱装置，包括有机玻璃箱体、箱体支撑钢架、两个活动支座和活动反力梁。所述有机玻璃箱体整体为一个矩形箱体。这个矩形箱体的四侧壁面依次为第一侧板、第二侧板、第三侧板和第四侧板。所述四侧壁面的板面上均设置有若干个模型桩限位孔。所述模型桩限位孔布置在壁面的上端。所述第一侧板和第三侧板的内壁上竖向设置有中隔板限位条。所述中隔板限位条上设置有与中隔板相楔插的限位条槽。所述第一侧板和第三侧板的板面上设置有出料口和若干出水孔。所述出料口布置在板面下端。工作时，所述出料口中嵌合有出料门。所述出水孔布置在板面底部。所述出水孔的孔壁上设置有内螺纹。所述第一侧板和第三侧板相应的两个出水孔之间布置有双层过滤管。所述箱体支撑钢架包括若干纵横钢材。这些钢材通过焊接或栓接方式接合为矩形箱体。所述箱体支撑钢架的上端面设置有顶部钢板加强箍。所述顶部钢板加强箍上设置有若干支座固定孔。工作时，所述有机玻璃箱体嵌座在箱体支撑钢架内腔中。所述箱体支撑钢架侧壁上开设有与出水孔相对应的出水预留孔。出水阀门穿过出水预留孔后旋入出水孔中。所述两个活动支座对称布置在顶部钢板加强箍上方，并通过支座固定孔与顶部钢板加强箍固定连接。所述活动反力梁布置在两个活动支座之间，并与活动支座固定连接。进一步，所述第二侧板或第四侧板的板面上设置有刻度线。进一步，所述出料门包括内板和外板。所述内板与出料口相匹配。工作时，所述内板嵌入出料口中。所述外板位于箱壁外，将出料口完全覆盖。进一步，所述双层过滤管表面设置有过滤孔。所述双层过滤管包括内层钢过滤管和外层有机玻璃过滤管。所述内层钢过滤管嵌套外层有机玻璃过滤管内。所述外层有机玻璃过滤管的两端与箱壁紧密粘贴。所述内层钢过滤管外壁上具有镀锌层。进一步，所述箱体支撑钢架的外壁上设置有若干竖向支撑条。所述箱体支撑钢架的外壁中部设置有环状的中部加强箍。进一步，所述活动支座包括支座底端固定板和竖向U型槽钢。所述支座底端固定板整体为平直钢板。所述支座底端固定板的板面上开设有与支座固定孔相匹配的孔。所述竖向U型槽钢的腹板上设置有若干反力梁固定孔。工作时，两个活动支座的竖向U型槽钢槽口相背。所述活动反力梁通过反力梁固定孔固定连接在两个竖向U型槽钢的腹板之间。进一步，所述活动反力梁包括工字梁，以及焊接在工字梁两端的反力梁端面板。所述反力梁端面板的板面上开设有与反力梁固定孔相匹配的孔。本专利技术还公开一种关于上述多功能桩基模型试验箱装置的使用方法，包括以下步骤：1)根据试验要求设计模型桩Ⅰ和模型桩Ⅱ。并在模型桩Ⅰ和模型桩Ⅱ的桩体表面粘贴应变片。其中，所述模型桩Ⅰ为圆柱体，模型桩Ⅱ为半圆柱体。所述模型桩Ⅰ和模型桩Ⅱ的桩体直径相等。2)清理有机玻璃模型箱。将出料门嵌入出料口中。将出水阀与出水孔连接。3)连接数据采集设备与传感器，并调试。其中，所述传感器包括应变片和土压力盒。所述数据采集设备与计算机连接。4)将中隔板楔插入两个限位条槽中。在有机玻璃模型箱底部填土至设计深度，在土料顶面布置土压力盒。按设计要求布置模型桩Ⅰ。5)在有机玻璃模型箱内壁均匀涂抹凡士林。6)按照设计的填土湿度和干密度，将土料填至箱中预定高度，并依据填土湿度及排水设计情况选择性打开排水阀。7)调整活动支座位置，并固定在顶部钢板加强箍上表面。8)调整活动反力梁位置，并固定于两活动支座之间。9)在模型桩Ⅰ顶部布置载荷板。在载荷板与反力梁之间布置液压千斤顶，并调试液压千斤顶。其中，所述载荷板整体为一块平直板，载荷板边角对称位置布置有千分表。10)使用液压千斤顶分级加荷，使模型桩Ⅰ受荷下沉。采集桩贯入下沉过程中各项数据，直至桩下沉到规范规定试验可结束的位移值。其中，应变片采集桩应变，土压力盒采集土压力变化值，千分表测量模型桩Ⅰ的下沉位移值。11)改变活动支座和活动反力梁的位置，重复步骤7)～10)，直至所有位置的模型桩Ⅰ加载完毕。12)按设计要求布置若干模型桩Ⅱ。其中，所述模型桩Ⅱ的矩形外壁紧贴有机玻璃模型箱内壁。所述模型桩Ⅱ通过限位块与有机玻璃模型箱固定连接。所述限位块整体为长方体。所述限位块的一侧侧壁上开设有圆弧形凹槽。所述限位块的侧壁上还开设有限位孔。螺栓依次穿过限位孔和对应模型桩限位孔后旋入螺母。所述限位块和有机玻璃模型箱内壁将模型桩Ⅱ抱合。13)在模型桩Ⅱ顶部布置载荷板。调整活动反力梁位置，在载荷板与反力梁之间布置液压千斤顶，并调试液压千斤顶。其中，载荷板边角对称位置布置有千分表。在有机玻璃模型箱外侧布置高清相机。14)液压千斤顶分级施加荷载，千分表测量桩顶位移，高清相机连续拍摄记录随荷载施加，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多功能桩基模型试验箱装置，其特征在于：包括有机玻璃箱体(1)、箱体支撑钢架(2)、两个活动支座(3)和活动反力梁(4)；所述有机玻璃箱体(1)整体为一个矩形箱体；这个矩形箱体的四侧壁面依次为第一侧板、第二侧板、第三侧板和第四侧板；所述四侧壁面的板面上均设置有若干个模型桩限位孔(103)；所述模型桩限位孔(103)布置在壁面的上端；所述第一侧板和第三侧板的内壁上竖向设置有中隔板限位条104。所述中隔板限位条(104)上设置有与中隔板(11)相楔插的限位条槽(1041)；所述第一侧板和第三侧板的板面上设置有出料口(101)和若干出水孔(102)；所述出料口(101)布置在板面下端；工作时，所述出料口(101)中嵌合有出料门(5)；所述出水孔(102)布置在板面底部；所述出水孔(102)的孔壁上设置有内螺纹；所述第一侧板和第三侧板相应的两个出水孔(102)之间布置有双层过滤管(7)；所述箱体支撑钢架(2)包括若干纵横钢材；这些钢材通过焊接或栓接方式接合为矩形箱体；所述箱体支撑钢架(2)的上端面设置有顶部钢板加强箍(201)；所述顶部钢板加强箍(201)上设置有若干支座固定孔(2011)；工作时，所述有机玻璃箱体(1)嵌座在箱体支撑钢架(2)内腔中；所述箱体支撑钢架(2)侧壁上开设有与出水孔(102)相对应的出水预留孔(202)；出水阀门穿过出水预留孔(202)后旋入出水孔(102)中；所述两个活动支座(3)对称布置在顶部钢板加强箍(201)上方，并通过支座固定孔(2011)与顶部钢板加强箍(201)固定连接；所述活动反力梁(4)布置在两个活动支座(3)之间，并与活动支座(3)固定连接。...

【技术特征摘要】
1.一种多功能桩基模型试验箱装置，其特征在于：包括有机玻璃箱体(1)、箱体支撑钢架(2)、两个活动支座(3)和活动反力梁(4)；所述有机玻璃箱体(1)整体为一个矩形箱体；这个矩形箱体的四侧壁面依次为第一侧板、第二侧板、第三侧板和第四侧板；所述四侧壁面的板面上均设置有若干个模型桩限位孔(103)；所述模型桩限位孔(103)布置在壁面的上端；所述第一侧板和第三侧板的内壁上竖向设置有中隔板限位条104。所述中隔板限位条(104)上设置有与中隔板(11)相楔插的限位条槽(1041)；所述第一侧板和第三侧板的板面上设置有出料口(101)和若干出水孔(102)；所述出料口(101)布置在板面下端；工作时，所述出料口(101)中嵌合有出料门(5)；所述出水孔(102)布置在板面底部；所述出水孔(102)的孔壁上设置有内螺纹；所述第一侧板和第三侧板相应的两个出水孔(102)之间布置有双层过滤管(7)；所述箱体支撑钢架(2)包括若干纵横钢材；这些钢材通过焊接或栓接方式接合为矩形箱体；所述箱体支撑钢架(2)的上端面设置有顶部钢板加强箍(201)；所述顶部钢板加强箍(201)上设置有若干支座固定孔(2011)；工作时，所述有机玻璃箱体(1)嵌座在箱体支撑钢架(2)内腔中；所述箱体支撑钢架(2)侧壁上开设有与出水孔(102)相对应的出水预留孔(202)；出水阀门穿过出水预留孔(202)后旋入出水孔(102)中；所述两个活动支座(3)对称布置在顶部钢板加强箍(201)上方，并通过支座固定孔(2011)与顶部钢板加强箍(201)固定连接；所述活动反力梁(4)布置在两个活动支座(3)之间，并与活动支座(3)固定连接。2.根据权利要求1所述的一种多功能桩基模型试验箱装置，其特征在于：所述第二侧板或第四侧板的板面上设置有刻度线(105)。3.根据权利要求3所述的一种多功能桩基模型试验箱装置，其特征在于：所述出料门(5)包括内板(501)和外板(502)；所述内板(501)与出料口(101)相匹配；工作时，所述内板(501)嵌入出料口(101)中；所述外板(502)位于箱壁外，将出料口(101)完全覆盖。4.根据权利要求1所述的一种多功能桩基模型试验箱装置，其特征在于：所述双层过滤管(7)表面设置有过滤孔(703)；所述双层过滤管(7)包括内层钢过滤管(701)和外层有机玻璃过滤管(702)；所述内层钢过滤管(701)嵌套外层有机玻璃过滤管(702)内；所述外层有机玻璃过滤管(702)的两端与箱壁紧密粘贴；所述内层钢过滤管(701)外壁上具有镀锌层(7011)。5.根据权利要求1所述的一种多功能桩基模型试验箱装置，其特征在于：所述箱体支撑钢架(2)的外壁上设置有若干竖向支撑条(203)；所述箱体支撑钢架(2)的外壁中部设置有环状的中部加强箍(204)。6.根据权利要求1所述的一种多功能桩基模型试验箱装置，其特征在于：所述活动支座(3)包括支座底端固定板(301)和竖向U型槽钢(302)；所述支座底端固定板(301)整体为平直钢板；所述支座底端固定板(301)的板面上开设有与支座固定孔(2011)相匹配的孔；所述竖向U型槽钢(302)的腹板上设置有若干反力梁固定孔(3021)；工作时，两个活动支座(3)的竖向U型槽钢(302)槽口相背；所述活动反力梁(4)通过反力梁固定孔(3021)固定连接在两个竖向U型槽钢(302)的腹板之间。7.根据权利要求1所述的一种多功能桩基模型试验箱装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭宇，丁选明，张延玲，吴琪，龙永红，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50