一种模拟竖向循环受荷时桩土相互作用的试验装置制造方法及图纸

一种模拟竖向循环受荷时桩土相互作用的试验装置，包括主机框架、压力室、岩土体模型、加载系统、监测系统、控制柜以及软件系统；所述主机框架由四根支撑钢柱、主机底座及承台组成；所述压力室置于主机底座上，通过挡板将其位置固定；所述加载系统架设在整体主机框架之上；所述监测系统由安装在加载板下的压力传感器以及围压控制器组成；所述控制柜外置于主机框架，通过控制柜连接电脑对试验仪进行操控。本发明专利技术通过室内试验模拟不同工况下桩受竖向循环荷载作用时桩土相互作用特性，能够较精确的获取桩顶轴力与位移及其变化过程。

An experimental device for simulating pile-soil interaction under vertical cyclic loading

A test device for simulating pile-soil interaction under vertical cyclic loading includes a main frame, a pressure chamber, a geotechnical model, a loading system, a monitoring system, a control cabinet and a software system; the main frame consists of four supporting steel columns, a main frame base and a cap; the pressure chamber is placed on the base of the main frame and fixed by a baffle; The monitoring system consists of a pressure sensor installed under the loading board and a confining pressure controller. The control cabinet is external to the main frame, and the computer is connected to the control cabinet to control the tester. The invention simulates the interaction characteristics of pile and soil under different working conditions under vertical cyclic load by indoor test, and can obtain the axial force and displacement of pile top and its change process more accurately.

【技术实现步骤摘要】
一种模拟竖向循环受荷时桩土相互作用的试验装置
本专利技术属于岩土工程模型实验的
，具体是一种模拟竖向循环受荷时桩土相互作用的试验装置，尤其涉及岩土工程领域不同深度土层固结情况以及循环荷载作用模拟竖向循环受荷时桩土相互作用的装置。
技术介绍
进入21世纪以来，我国将海洋的战略位置置于空前的高度，通过有效、合理的开发和利用海洋资源，大力发展海洋经济，将我国逐步建设成为海洋强国。桩基础凭借其承载能力高、变形小、施工机械化程度高等优点是近海钻井平台、港口码头、风电机组、跨海大桥等结构物最常见的基础型式之一。尽管桩基础的设计较为简单，与陆地环境相比，复杂的海洋环境增加了更多的安全隐患。海洋结构物在使用过程中不可避免地遭受强烈地震、波浪或暴风等引起的大幅度循环荷载作用，对桩基础承载特性有着较大的影响。但是长期较小幅度的竖向循环荷载的影响也不容忽视，如海上风机运行时传递给桩基础的循环荷载、跨海大桥上车辆经过时传递给桩基础的交通荷载，这些荷载都包含有竖向循环荷载的组成，这类荷载的循环幅值以及它的持续时间都比较显著，在长期作用下的效应更加不容忽视。为适应工程的需要，试验研究是揭示循环荷载下桩基承载特性最直接和最有效的方法之一。有关桩基的试验主要包括现场原型试验、1g的模型试验及离心场模型试验。现场原型试验能够真实有效的反映桩基础承载和变形情况，但是考虑到原型试验的施工周期过长、施工难度大和试验成本高，目前桩基竖向承载特性的试验研究主要以模型试验为主。室内小比例的模型试验可操作性、系统性和重复性强，加载次数较大，可达上万次，可获得大量可供分析的数据。
技术实现思路
为了探究循环荷载下桩土相互作用的复杂问题，本专利技术提供一种模拟竖向循环受荷时桩土相互作用的试验装置，能够模拟不同循环荷载及围压下桩土相互作用情况，并且能够精确获得过程中桩土受力变形情况。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种模拟竖向循环受荷时桩土相互作用的试验装置，包括主机框架、压力室、岩土体模型、加载系统、监测系统、控制柜以及软件系统，具体结构和连接关系为：所述主机框架包括主机底座、钢柱和承台，所述主机底座的中间区域设有两条互相平行的直线滑轨，直线滑轨上设置有压力室托盘，所述压力室托盘可通过直线滑轨进行移动，便于压力室罩的吊入及安装。主机底座后侧设有挡板，主机底座上设有4根钢柱并垂直固定在主机底座上，主机底座和钢柱通过螺栓连接固定，承台与钢柱采用焊接连接；所述压力室包括压力室底座和压力室罩，压力室底座固定于压力室托盘上，通过螺栓将压力室罩固定于压力室托盘上形成压力室，压力室底座设置有岩土试样上方出水口、岩土试样下方出水口和压力室加压口，压力室上方设置有压力室进水口以及压力室排气口，压力室周身设置有两个液位管口，压力室托盘与挡板通过螺栓连接固定；所述岩土体模型包括岩土试样、透水石、滤纸和乳胶膜，所述岩土试样装入乳胶膜内，岩土试样下方垫滤纸和透水石、岩土试样上方垫滤纸和透水石；所述加载系统包括支撑杆、滚柱丝杠、加载板、联轴器、伺服电机以及模型桩，所述支撑杆垂直固定在主机框架上，滚柱丝杠与支撑杆互相平行，所述加载板为等腰三角形板，加载板三个角点内设置有连接圆孔，加载板两端圆孔置于支撑杆，加载板一端圆孔置于滚柱丝杠，联轴器设在滚柱丝杠正上方，伺服电机置于联轴器正上方，模型桩通过压力传感器及螺母与加载板相连；所述监测系统包括编码器、压力传感器以及围压传感器，所述编码器位于滚柱丝杠正下方，压力传感器固定在加载板下方，围压传感器安装在围压控制器内；所述控制柜包括所述围压控制器以及伺服电机、所述联轴器馺压力传感器的若干控制线路，控制柜两侧分别设置有线路孔及围压控制器进水口和围压控制器出水口，控制柜顶部设置有启动按钮、停止按钮、运行指示灯及急停按钮。所述软件系统为自行编程的应用程序。所述压力室与压力室托盘通过螺栓固定形成上端开口只有直径10mm的压力室，上端开口用于模型桩的插入，开口处设置有内径10mm的防水垫圈，压力室内能够通过围压控制器施加最大围压1Mpa的水压力，可调节水压范围大且误差小于1kPa，能够有效的模拟不同埋深下岩土体的固结情况。所述岩土试样尺寸为直径x高＝300mmx400mm，乳胶膜尺寸为内径x高x厚度＝300mmx500mmx3mm，岩土试样装在乳胶膜内，通过乳胶膜使岩土体和水压力分隔开，能够有效的对岩土体进行围压加载。所述加载系统能够施加10cm的最大静位移及最大幅值5cm的动位移，动态加载能够输出正弦波、三角形波以及方波，加载频率可控制为0.01Hz～1Hz，竖向荷载提供了多种加载形式，能够更真实地模拟实际工程中桩基础可能的受力情况。所述模型桩采用实心不锈钢桩，入土桩长范围0～40cm，桩径1cm，桩端分别采用平底桩尖和锥角为60度的圆锥形桩尖两种形式，桩顶设置有高1cm，直径2cm的桩帽用于与压力传感器连接固定，不同形式的模型桩端能够模拟不同实际工况中可能的桩端形式，与实际工程更相符。所述控制柜通过数据线与电脑相连，通过自行编程的软件对试验仪进行实际操控，软件能够实时读取数据，操作简单。7、一种模拟竖向循环受荷时桩土相互作用的试验方法，其特征在于，具体操作步骤如下：1)将预备土样制样成直径300mm高400mm的岩土试样，2)在压力室托盘即压力室底座上垫放透水石和滤纸，3)将乳胶膜套在压力室底座上并箍紧橡皮筋，4)套上承膜桶并将其箍紧，将乳胶膜上部反套在承膜桶上，用真空泵将乳胶膜与承膜桶间的气体抽出，使乳胶膜贴在承膜桶上，5)将岩土试样装入乳胶膜中，岩土试样上方放上滤纸和透水石并安放好试样帽。6)关闭真空泵，拆除承膜桶，7)将压力室罩由起吊装置吊入预定位置，与压力室托盘上的压力室底座通过螺栓紧固形成压力室，8)用模型桩从压力室顶部开口处插入，检测压力室开口处与土样试样帽是否对齐，检测完后拔出模型桩，9)由压力室托盘承载，通过直线滑轨滑到预定位置后将压力室托盘与挡板连接固定，10)将模型桩插入岩土试样，通过电脑控制，调节压力传感器的位置使其与模型桩桩顶接触，通过螺母将其拧紧固定，加载位移将模型桩预埋在预定深度，11)打开压力室上方的压力室进水口以及压力室排气口，将水从压力室上方入水口注入，观察液位管水位上升高度，待排气口有水涌出后停止注水并拧紧排气口帽及入水口帽，12)通过电脑控制围压控制器设置压力室水压达到预定值，13)待土样固结后，驱动伺服电机通过联轴器带动滚柱丝杠，滚柱丝杠的滑块带动加载板驱动模型桩对岩土试样输出压力试验。其中，输出压力由压力传感器测量并反馈记录，振动频率及振幅由编码器测量并反馈记录。本专利技术的有益效果在于：能够在室内模拟不同围压下固结的岩土体，并且在固结后岩土体上能够施加不同幅值不同频率的不同波形的循环荷载以模拟更接近实际工况的桩体受力情况，并且加载次数大，可达上万次，能够获得大量可供分析的数据，通过模型试验发现实际工程中可能遇到的问题。附图说明图1为本专利技术所述的模拟竖向循环受荷时桩土相互作用的试验装置的结构示意图。图2为本专利技术所述的模拟竖向循环受荷时桩土相互作用的试验装置的控制柜外部图。图3为本专利技术所述的模拟竖向循环受荷时桩土相互作用的试验装置的控制柜内部图。图4为本专利技术所述的模拟竖向循环受荷时桩土相互作用的试验本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟竖向循环受荷时桩土相互作用的试验装置，包括主机框架、压力室、岩土体模型、加载系统、监测系统、控制柜以及软件系统，其特征在于，具体结构和连接关系为：所述主机框架包括主机底座、钢柱和承台，所述主机底座的中间区域设有两条互相平行的直线滑轨，直线滑轨上设置有压力室托盘，所述压力室托盘可通过直线滑轨进行移动，主机底座后侧设有挡板，主机底座上设有钢柱并垂直固定在主机底座上，主机底座和钢柱通过螺栓连接固定，承台与钢柱采用焊接连接；所述压力室包括压力室底座和压力室罩，压力室底座固定于压力室托盘上，通过螺栓将压力室罩固定于压力室托盘上形成压力室，压力室底座设有岩土试样上方出水口、岩土试样下方出水口和压力室加压口，压力室上方设置有压力室进水口和压力室排气口，压力室周身设置有两个液位管口，压力室托盘与挡板通过螺栓连接固定；所述岩土体模型包括岩土试样、透水石、滤纸及乳胶膜，所述岩土试样装入乳胶膜内，岩土试样下方垫放滤纸和透水石，岩土试样上方垫放滤纸和透水石，所述加载系统包括支撑杆、滚柱丝杠、加载板、联轴器、伺服电机以及模型桩，所述支撑杆垂直固定在主机框架上，滚柱丝杠与支撑杆互相平行，所述加载板为等腰三角形板，加载板三个角点内设置有连接圆孔，加载板两端圆孔置于支撑杆，加载板一端圆孔置于滚柱丝杠，联轴器设在滚柱丝杠正上方，伺服电机置于联轴器正上方，模型桩通过压力传感器及螺母与加载板相连；所述监测系统包括编码器、压力传感器以及围压传感器，所述编码器位于滚柱丝杠正下方，压力传感器固定在加载板下方，围压传感器安装在围压控制器内；所述控制柜包括所述围压控制器以及伺服电机、所述联轴器和压力传感器的若干控制线路，控制柜两侧分别设置有线路孔及围压控制器进水口和围压控制器出水口，控制柜顶部设置有启动按钮、停止按钮、运行指示灯及急停按钮，所述软件系统为自行编程的应用程序。...

【技术特征摘要】
1.一种模拟竖向循环受荷时桩土相互作用的试验装置，包括主机框架、压力室、岩土体模型、加载系统、监测系统、控制柜以及软件系统，其特征在于，具体结构和连接关系为：所述主机框架包括主机底座、钢柱和承台，所述主机底座的中间区域设有两条互相平行的直线滑轨，直线滑轨上设置有压力室托盘，所述压力室托盘可通过直线滑轨进行移动，主机底座后侧设有挡板，主机底座上设有钢柱并垂直固定在主机底座上，主机底座和钢柱通过螺栓连接固定，承台与钢柱采用焊接连接；所述压力室包括压力室底座和压力室罩，压力室底座固定于压力室托盘上，通过螺栓将压力室罩固定于压力室托盘上形成压力室，压力室底座设有岩土试样上方出水口、岩土试样下方出水口和压力室加压口，压力室上方设置有压力室进水口和压力室排气口，压力室周身设置有两个液位管口，压力室托盘与挡板通过螺栓连接固定；所述岩土体模型包括岩土试样、透水石、滤纸及乳胶膜，所述岩土试样装入乳胶膜内，岩土试样下方垫放滤纸和透水石，岩土试样上方垫放滤纸和透水石，所述加载系统包括支撑杆、滚柱丝杠、加载板、联轴器、伺服电机以及模型桩，所述支撑杆垂直固定在主机框架上，滚柱丝杠与支撑杆互相平行，所述加载板为等腰三角形板，加载板三个角点内设置有连接圆孔，加载板两端圆孔置于支撑杆，加载板一端圆孔置于滚柱丝杠，联轴器设在滚柱丝杠正上方，伺服电机置于联轴器正上方，模型桩通过压力传感器及螺母与加载板相连；所述监测系统包括编码器、压力传感器以及围压传感器，所述编码器位于滚柱丝杠正下方，压力传感器固定在加载板下方，围压传感器安装在围压控制器内；所述控制柜包括所述围压控制器以及伺服电机、所述联轴器和压力传感器的若干控制线路，控制柜两侧分别设置有线路孔及围压控制器进水口和围压控制器出水口，控制柜顶部设置有启动按钮、停止按钮、运行指示灯及急停按钮，所述软件系统为自行编程的应用程序。2.根据权利要求1所述一种模拟竖向循环受荷时桩土相互作用的试验装置，其特征在于，所述压力室与压力室托盘通过螺栓固定形成上端开口只有直径10mm的压力室，上端开口用于模型桩的插入，开口处设置有内径10mm的防水垫圈，压力室内能够通过围压控制器施加最大围压1Mpa的水压力，可调节水压范围大且误差小于1kPa，能够有效的模拟不同埋深下岩土体的固结情况。3.根据权利要求1所述一种模拟竖向循环受荷时桩土相互作用的试验装置，其特征在于，所述岩土试样尺寸为直径x高＝300mmx400mm，乳胶膜尺寸为内径x高x厚度＝300mm...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘莹，马少坤，甘庆，刘涛，廖丽萍，杨凯，
申请(专利权)人：广西大学，苏州汇才土水工程科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广西,45