一种湿陷性黄土地区长短桩基础模型的试验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种湿陷性黄土地区长短桩基础模型的试验装置，该试验装置包括箱体（1）、模型桩底座（2）、长模型桩（3）和短模型桩（4）、桩顶传力承台（5）、伪静力试验加载系统以及多个试验数据感应采集设备和各自的数据接收设备。本实用新型专利技术的应用能够克服现场试验困难与数值模拟研究不足，实现不同竖向加载工况，有效模拟长短桩基础在黄土土层中的受力情况，准确地反映出不同工况对应的承载特性和变形特性。并且，本实用新型专利技术进一步包括水平加载架等实现对模型桩进行水平加载试验的部件，弥补了已有该类型试验的不足，能够研究桩体水平受荷时的承载特性和变形特性。

【技术实现步骤摘要】
一种湿陷性黄土地区长短桩基础模型的试验装置
本技术涉及黄土地区桩基础模型试验
，尤其涉及一种湿陷性黄土地区长短桩基础模型的试验装置。
技术介绍
随着西部大开发的深入实施，我国西部黄土地区超高层建筑工程日益增多。然而西部黄土大多为湿陷性黄土，在这种地质条件下多数建设工程会采用桩基作为超高层建筑的基础；在大厚度黄土地区桩基础设计时，对于地基土中存在两层或多层土层可作为桩端持力层的情况，特别是对于黄土层湿陷不连续、根据室内湿陷性试验确定的湿陷下限深度偏保守等情况，采用桩长穿透湿陷性黄土层的群桩基础存在明显浪费。基于减沉桩分析原理，采用变形控制设计原则，根据长桩主要控制变形、短桩主要提供承载力的思路，提出了用长短桩复合地基作为黄土地区超高层建筑的基础，其中，长短桩是以不等长的桩体通过不同的持力层将上部荷载传递至地基土中，而且关于长短桩基础的研究多集中于竖向荷载作用情况下的受力变形特性，对于水平受荷群桩的研究较少。现有的长短桩基础试验研究包括现场试验和数值模拟。由于现场桩长、桩径都比较大，成型较困难以及耗资巨大，所以研究多采用数值模拟的方法来研究长短桩基础的力学性能和变形特性。但是，由于数值模拟的结果是否符合长短桩基础的实际受力及变形情况，最终要通过试验及现场实际效果来进行验证，所以在以上多种因素的制约下通常通过室内试验来代替现场试验。目前，尚未有合适的试验装置能够较为切合实际地模拟反映长短桩基础在现场的实际受力情况，比如熊巨华等人提出的“长短桩组合桩基础的模型实验”中，试验装置包括容纳模拟地基土层用砂子的方型箱体，空心铝管制成的长短模型桩，由反力架、杠杆加砝码构成的加载装置，桩身应变元件以及数据量测系统。不过，其具有以下缺点：（1）试验采用空心铝管作为模型桩，其桩土刚度比（桩体与地基土的相对刚度）偏大，使试验结果与桩体实际工程中的受力情况和变形特性有一定偏差；（2）桩体埋置时直接将其埋置于砂子中并使用带孔的硬纸板辅助定位，模拟地基土层的砂子没法为桩体提供切合实际的、针对不同持力层的受力情况，而且在人工装砂过程中很难保证不对桩体的竖直位置产生影响，从而很难保证在试验过程中桩顶荷载不发生偏心，这严重影响到试验数据的准确性；（3）加载装置采用铸铁杠杆对桩基础进行加载，杠杆与桩基础的接触处是一平底的铰支，而杠杆没有横向约束装置，容易因为荷载作用下基础的沉降而造成荷载的偏心。试验过程中导致荷载偏心的因素还有如实验桩桩体倾斜、承台板倾斜以及加载设备引起。因此，如何有效且切合实际地模拟长短桩基础在黄土土层中的受力情况、准确地反映出对应的承载特性和变形特性，是长期以来困扰研究人员对于长短桩研究的一大难题，而且如何有效解决这一难题对于长短桩基础在黄土地区的科学研究、工程应用以及对于西北黄土地区城市超高层建筑的建设和发展具有重要的实际意义。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种湿陷性黄土地区长短桩基础模型的试验装置，以实现有效且切合实际地模拟长短桩基础在黄土土层中的受力情况，准确地反映出对应的承载特性和变形特性的目的。为解决上述问题，本技术所述的一种湿陷性黄土地区长短桩基础模型的试验装置包括：顶端开口、待填入湿陷性黄土的箱体；设置在所述箱体底部的模型桩底座；试验时竖直设在所述模型桩底座上的长模型桩和短模型桩，两者均为铁丝混凝土桩；设在模型桩桩顶的桩顶传力承台，向所述桩顶传力承台提供竖向加载力的伪静力试验加载系统；以及均匀设在模型桩桩身上的电阻应变片、设在模型桩桩顶与所述桩顶传力承台之间的竖向载荷传感器、设在模型桩外露于所述湿陷性黄土料位置处的位移传感器，三者与各自的数据接收设备相连；其中，所述模型桩底座包括长模型桩底座和短模型桩底座，两种底座按预设排布方式分布；每个底座包括下端设在所述箱体底部、顶端开口的套筒，设在所述套筒内部的弹簧以及设在所述弹簧顶部的桩底承台；所述弹簧的强度系数与预设地基土持力层的水平抗力系数相适应。在上述试验装置中，优选的，所述试验装置还包括具有桩身紧顶部件的水平加载架，使用时通过所述伪静力试验加载系统中水平加载机构向所述水平加载架施加水平加载力；所述水平加载架与所述水平加载机构之间设有水平载荷传感器。在上述试验装置中，优选的，所述水平加载架上的桩身紧顶部件呈半圆弯钩状。在上述试验装置中，优选的，所述水平加载架包括单桩加载架、四桩加载架或九桩加载架。在上述试验装置中，优选的，所述长模型桩和短模型桩指由铁丝作为纵筋、细扎丝作为螺旋箍筋经混凝土灌注制得的铁丝混凝土桩。本技术与现有技术相比具有以下优点：1、本技术试验装置中主要有长短模型桩、模型桩底座、桩顶传力承台以及伪静力试验加载系统设备，其中，（1）长短模型桩为按照一定相似比（按比例缩小）的铁丝混凝土桩，接近实际的钢筋混凝土桩情况；（2）模型桩底座由套筒、弹簧和桩底承台组成，首先，其能够保证模型桩在埋置时、实验过程中的垂直度，进而保证桩顶荷载不发生偏心，其次，不同强度系数的弹簧模拟不同地层的持力层，可模拟卵石层、砂岩、粉土层等常见土层中桩端不同工况下桩身的受力与变形，能够较切实际地反映桩体在地下的各种受力情况；（3）伪静力试验加载系统保证施加竖向荷载时荷载的大小、方向及作用点，不会造成因竖向荷载的施加而影响试验结果的准确性。因此，本技术试验装置能够有效且切合实际地模拟长短桩基础在黄土土层中的受力情况，准确地反映出对应的承载特性和变形特性，这样保证了试验数据的准确性，进而提高了后续利用所得试验数据分析得到的试验结论的准确性，为长短桩基础在黄土地区的应用提供理论依据，同时也促进了长短桩基础的理论研究发展。2、本技术装置进一步包括水平加载架等实现对模型桩进行水平加载试验的部件，弥补了已有该类型试验的不足，能够研究桩体水平受荷时的承载特性和变形特性。附图说明下面结合附图对本技术的具体实施方式作进一步详细的说明。图1为本技术实施例提供的三维立体结构示意图。图2为本技术实施例提供的正立面结构示意图。图3为本技术实施例提供的模型桩底座结构示意图。图4为本技术实施例提供的三种水平加载架的结构示意图。图中：1—箱体，2—模型桩底座，3—长模型桩，4—短模型桩，5—桩顶传力承台，6—水平加载架，7—桩身紧顶部件；21—套筒，22—弹簧，23—桩底承台；6a—单桩加载架，6b—四桩加载架，6c—九桩加载架。具体实施方式参考图1~3，本技术实施例提供了一种湿陷性黄土地区长短桩基础模型的试验装置，其具体包括箱体1、模型桩底座2、长模型桩3和短模型桩4、桩顶传力承台5、伪静力试验加载系统、由电阻应变片、竖向载荷传感器和位移传感器构成的试验数据感应采集端以及各自的数据接收设备，各数据接收设备接收到试验数据进行保存、显示等操作。箱体1为方型箱，顶端开口，其框架由角钢焊接而成，侧壁采用有机玻璃组成，有机玻璃与角钢之间通过螺栓连接，其中缝隙处采用膨胀胶灌满密封。底板由钢板制成，其角钢之间焊接，并且底板四周均匀开设数个排水孔。模型桩底座2分为长模型桩底座和短模型桩底座，两种底座按预设排布方式设置在箱体1底部，比如按照“一长一短、呈梅花形”形式布置。每个底座包括下端设在箱体1底部、顶端开口的套筒21，设在套筒21内部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种湿陷性黄土地区长短桩基础模型的试验装置，其特征在于，该试验装置包括：顶端开口、待填入湿陷性黄土的箱体（1）；设置在所述箱体（1）底部的模型桩底座（2）；试验时竖直设在所述模型桩底座（2）上的长模型桩（3）和短模型桩（4），两者均为铁丝混凝土桩；设在模型桩桩顶的桩顶传力承台（5），向所述桩顶传力承台（5）提供竖向加载力的伪静力试验加载系统；以及均匀设在模型桩桩身上的电阻应变片、设在模型桩桩顶与所述桩顶传力承台（5）之间的竖向载荷传感器、设在模型桩外露于所述湿陷性黄土料位置处的位移传感器，三者与各自的数据接收设备相连；其中，所述模型桩底座（2）包括长模型桩底座和短模型桩底座，两种底座按预设排布方式分布；每个底座包括下端设在所述箱体（1）底部、顶端开口的套筒（21），设在所述套筒（21）内部的弹簧（22）以及设在所述弹簧（22）顶部的桩底承台（23）；所述弹簧（22）的强度系数与预设地基土持力层的水平抗力系数相适应。

【技术特征摘要】
1.一种湿陷性黄土地区长短桩基础模型的试验装置，其特征在于，该试验装置包括：顶端开口、待填入湿陷性黄土的箱体（1）；设置在所述箱体（1）底部的模型桩底座（2）；试验时竖直设在所述模型桩底座（2）上的长模型桩（3）和短模型桩（4），两者均为铁丝混凝土桩；设在模型桩桩顶的桩顶传力承台（5），向所述桩顶传力承台（5）提供竖向加载力的伪静力试验加载系统；以及均匀设在模型桩桩身上的电阻应变片、设在模型桩桩顶与所述桩顶传力承台（5）之间的竖向载荷传感器、设在模型桩外露于所述湿陷性黄土料位置处的位移传感器，三者与各自的数据接收设备相连；其中，所述模型桩底座（2）包括长模型桩底座和短模型桩底座，两种底座按预设排布方式分布；每个底座包括下端设在所述箱体（1）底部、顶端开口的套筒（21），设在所述套筒（21）内部的弹簧（22）以及设在所述弹簧...

【专利技术属性】
技术研发人员：马天忠，朱彦鹏，杨校辉，栗慧珺，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：新型
国别省市：甘肃,62