一种用于CT扫描的水平静力荷载试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于CT扫描的水平静力荷载试验装置及方法，属于岩土工程、地质工程测试技术领域，本水平静力荷载试验装置，包括底座、透明试验箱、伺服电机、传动装置和竖直设置的模型桩，所述透明试验箱内填充有土样，所述透明试验箱的一侧设有竖直设置的透明支柱，所述透明支柱的顶端与所述伺服电机固定连接，所述伺服电机的输出端通过传动装置与所述模型桩的顶端固定连接，所述模型桩的外壁上设有多个应变片，所述透明支柱的侧边上还固定设有数据采集器。本试验装置的有益效果是可以监测模型桩侧土样的水平抗力和模型桩体水平荷载，得到p‑y曲线。可以放置在工业CT转台上进行扫描，观测土样的变形和剪切带的演化。

【技术实现步骤摘要】
一种用于CT扫描的水平静力荷载试验装置及方法
本专利技术属于岩土工程、地质工程测试
，具体涉及一种用于CT扫描的水平静力荷载试验装置及方法。
技术介绍
桥梁、港口和高层建筑等结构，常常会受到地震、强风、涌浪和碰撞等水平荷载的作用。在水平荷载作用下，土体受到桩基传递的荷载而产生应力和应变；当水平荷载较大时，土体将产生过大的内力而导致损伤或破坏。目前的试验研究只是简单的施加水平荷载，几乎没有引入有效的可视化手段来观测土体内部真实的破坏模式，只能根据假设的破坏模型来计算分析。因此，需要借助CT扫描和图像处理这个无损检测技术，对水平受荷桩侧真实的土体剪切带的空间构型进行可视化处理，并得到p-y曲线，才能对已有研究结论做进一步探究和修正。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述技术问题提供一种用于CT扫描的水平静力荷载试验装置及方法，通过该装置和试验方法可以测量水平荷载条件下模型桩身的p-y曲线；完成模型桩侧土样剪切带的可视化处理，从而进一步揭示桩-土相互作用的机理。本专利技术解决上述技术问题的试验装置为：一种用于CT扫描的水平静力荷载试验装置，包括底座、透明试验箱、伺服电机、传动装置和竖直设置的模型桩，所述透明试验箱固定连接在所述底座上，所述透明试验箱内填充有土样，所述透明试验箱的一侧设有竖直设置的透明支柱，所述透明支柱的底端与所述底座固定连接，所述透明支柱的顶端与所述伺服电机固定连接，所述伺服电机的输出端通过传动装置与所述模型桩的顶端固定连接，所述模型桩的底端插入到所述土样中，所述模型桩的外壁上设有多个应变片，所述透明支柱的侧边上还固定设有数据采集器，多个所述应变片与所述数据采集器电连接。本专利技术的试验装置的有益效果是：本试验装置可以在预先设定加载速度和目标位移后推动模型桩体自行移动，并同时监测模型桩侧土样的水平抗力和模型桩体水平荷载，得到p-y曲线。另外本试验装置结构简单，可以放置在工业CT转台上进行扫描，观测土样的变形和剪切带的演化，从而对水平荷载条件下的桩-土相互作用进行可视化研究。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，所述传动装置包括丝杆、丝杆螺母、移动板和连杆，所述伺服电机的输出端与所述丝杆的一端固定连接，所述丝杆螺母转动连接在所述丝杆上，所述移动板的一端与所述丝杆螺母的外壁固定连接，所述连杆的一端与所述移动板的侧边可拆卸连接，所述试验箱的顶端侧壁上设有用于所述连杆穿过的缺口，所述连杆的另一端穿过所述缺口后与所述模型桩的顶端固定连接。采用上述进一步方案的有益效果是：利于将转动力转换为直线力来施加水平静力荷载，同时传动效果好，不影响装置进行CT扫描。进一步，所述移动板与所述连杆之间还设有用于检测荷载力的压力传感器，所述压力传感器一侧与所述连杆固定连接，另一侧与所述移动板的侧边固定连接，所述压力传感器与所述数据采集器电连接。采用上述进一步方案的有益效果是：用于采集施加的水平静力的大小。进一步，所述压力传感器为轮辐式压力传感器。采用上述进一步方案的有益效果是：采集效果更好，安装方便。进一步，所述丝杆远离所述伺服电机的一端上转动连接有限定挡块。采用上述进一步方案的有益效果是：防止当模型桩承受不住水平静力荷载后出现脱桩的情况，导致丝杆螺母转动飞出丝杆，造成损坏。进一步，所述伺服电机的一侧上固定设有用于调整伺服电机转速的调速器，所述调速器内集成有控制器，所述控制器与外部计算机电连接。采用上述进一步方案的有益效果是：方便通过调节伺服电机的转速来调整施加水平静力荷载的大小。进一步，所述试验箱的底端侧壁上固定连接有与所述试验箱内部连通的卸料管，所述卸料管上固定设有阀门。采用上述进一步方案的有益效果是：方便试验结束后将土样排出。进一步，所述应变片为电阻式应变片。采用上述进一步方案的有益效果是：检测模型桩的应变效果更好。进一步，所述试验箱为有机玻璃材质。采用上述进一步方案的有益效果是：透明度高，材质强度高，利于CT扫描同时保证装置的稳固性。本专利技术还提供一种采用上述的用于CT扫描的水平静力荷载试验装置的试验方法，包括以下步骤：S1、根据研究目的确定土样，并将土样装填到试验箱内，并压实土样；S2、将模型桩压入到步骤S1装填好的土样中；S3、将模型桩与传动装置传动连接，传动装置与伺服电机传动连接；S4、将装置整体放置到CT扫描转台上，启动CT扫描仪，并启动伺服电机，向模型桩施加水平静力荷载；S5、应变片采集模型桩的应变变化传输到数据采集器，将数据采集器采集的数据传输到计算机绘制出p-y曲线，并得到模型桩在土样中应变时土样剪切带的图样。本专利技术的试验方法的有益效果是：在对模型桩受到水平静力荷载产生的应变得到监测的同时，能够对模型桩侧的土样受到应变后，土样的变形和剪切带的变化通过CT扫描得到实际的图样进行分析，有效的揭示桩-土相互作用的机理，更利于提高桩的稳固性研究。附图说明图1为本专利技术正视图；图2为本专利技术俯视图；图3为本专利技术剖视图。附图中，各标号所代表的部件列表如下：1、底座，2、试验箱，3、土样，4、透明支柱，5、伺服电机，6、调速器，7、丝杆，8、丝杆螺母，9、限定挡块，10、移动板，11、压力传感器，12、连杆，13、模型桩，14、数据采集器，15、卸料管，16、阀门，17、缺口，18、应变片。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。实施例如图1、图2和图3所示，本实施例提供一种用于CT扫描的水平静力荷载试验装置，具体包括底座1、透明试验箱2、伺服电机5、传动装置和竖直设置的模型桩13，透明试验箱2为上端敞口式设计，竖直设置，透明试验箱2的底端固定连接在底座1上，底座1用于提高试验装置的强度，具体的底座1的尺寸大于透明试验箱2的尺寸，提高试验装置与CT转台的接触面，使得试验装置放置时平衡性更好，不会出现倾倒，透明试验箱2内填充有土样3，土样3从透明试验箱2的顶端填入，并将土样3压紧，以达到模拟正常地面的情况，另外土样3具体可由多种土质混合而成，其中的水分同样可调整，具体根据实际实验需要进行配制，土样3配制的方法为现有技术，具体的，试验箱2为有机玻璃材质制成，同时底座1同样为有机玻璃材质制成，透明效果好，不影响CT扫描；透明试验箱2的一侧设有竖直设置的透明支柱4，透明支柱4为有机玻璃制成，透明支柱4不影响对模型桩13进行CT扫描，透明支柱4的底端与底座1固定连接，透明支柱4的顶端与伺服电机5固定连接，透明支柱4主要用于支撑固定住伺服电机5，伺服电机5位于试验箱2的上方，不影响CT扫描，伺服电机5的输出端通过传动装置与模型桩13的顶端固定连接，随着伺服电机5的转动，经过传动装置将转动力转换为直线力，对模型桩13施加水平方向的静力荷载，模型桩13的底端插入到土样3中，模型桩13的外壁上均匀设有多个应变片18，具体的，应变片18为电阻式应变片18，电阻式应变片18为现有技术；透明支柱4的侧边上还固定设有数据采集器14，多个应变片18与数据采集器14电连接，数据采集器14为现有技术，当模型桩13受到水平静力荷载时，模型桩13在土样3中发生应变，通过应变片18能够检测到模型桩13的应变情况，并持续传输到数据采集器14被收集，同时在施加水平静力荷载时，对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于CT扫描的水平静力荷载试验装置，其特征在于，包括底座(1)、透明试验箱(2)、伺服电机(5)、传动装置和竖直设置的模型桩(13)，所述透明试验箱(2)固定连接在所述底座(1)上，所述透明试验箱(2)内填充有土样(3)，所述透明试验箱(2)的一侧设有竖直设置的透明支柱(4)，所述透明支柱(4)的底端与所述底座(1)固定连接，所述透明支柱(4)的顶端与所述伺服电机(5)固定连接，所述伺服电机(5)的输出端通过传动装置与所述模型桩(13)的顶端固定连接，所述模型桩(13)的底端插入到所述土样(3)中，所述模型桩(13)的外壁上设有多个应变片(18)，所述透明支柱(4)的侧边上还固定设有数据采集器(14)，多个所述应变片(18)与所述数据采集器(14)电连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于CT扫描的水平静力荷载试验装置，其特征在于，包括底座(1)、透明试验箱(2)、伺服电机(5)、传动装置和竖直设置的模型桩(13)，所述透明试验箱(2)固定连接在所述底座(1)上，所述透明试验箱(2)内填充有土样(3)，所述透明试验箱(2)的一侧设有竖直设置的透明支柱(4)，所述透明支柱(4)的底端与所述底座(1)固定连接，所述透明支柱(4)的顶端与所述伺服电机(5)固定连接，所述伺服电机(5)的输出端通过传动装置与所述模型桩(13)的顶端固定连接，所述模型桩(13)的底端插入到所述土样(3)中，所述模型桩(13)的外壁上设有多个应变片(18)，所述透明支柱(4)的侧边上还固定设有数据采集器(14)，多个所述应变片(18)与所述数据采集器(14)电连接。2.根据权利要求1所述的一种用于CT扫描的水平静力荷载试验装置，其特征在于，所述传动装置包括丝杆(7)、丝杆螺母(8)、移动板(10)和连杆(12)，所述伺服电机(5)的输出端与所述丝杆(7)的一端固定连接，所述丝杆螺母(8)转动连接在所述丝杆(7)上，所述移动板(10)的一端与所述丝杆螺母(8)的外壁固定连接，所述连杆(12)的一端与所述移动板(10)的侧边可拆卸连接，所述试验箱(2)的顶端侧壁上设有用于所述连杆(12)穿过的缺口(17)，所述连杆(12)的另一端穿过所述缺口(17)后与所述模型桩(13)的顶端固定连接。3.根据权利要求2所述的一种用于CT扫描的水平静力荷载试验装置，其特征在于，所述移动板(10)与所述连杆(12)之间还设有用于检测荷载力的压力传感器(11)，所述压力传感器(11)一侧与所述连杆(12)固定连接，另一侧与所述移动板(10)的侧边固定连接，所述压力传感器(11)与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张搏，
申请(专利权)人：贵州民族大学，
类型：发明
国别省市：贵州,52