一种桩土接触面剪切力学特性试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种桩土接触面剪切力学特性试验装置，包括支撑装置、压力装置、膜箱和推力装置；支撑装置包括底板、顶板、支撑梁和多根支撑柱，底板和顶板上均设有用于桩试样插入的通孔；压力装置包括竖向加载装置和传力杆，竖向加载装置通过传力杆将竖向压力施加在桩试样上；膜箱包括膜筒、透水板和封盖，膜筒套设在桩试样的径向外侧，膜筒与桩试样之间具有容置土试样的容置腔；推力装置套设在膜筒上，并提供沿垂直于桩试样轴向的方向的推力对膜箱内的土试样进行挤压。本发明专利技术的桩土接触面剪切力学特性试验装置构造简单、操作简便，可准确模拟不同类型桩基础的桩土在实际工程中的力学特性，有利于桩土试验的研究。

【技术实现步骤摘要】
一种桩土接触面剪切力学特性试验装置
本专利技术涉及土木工程
，特别地，涉及一种桩土接触面剪切力学特性试验装置。
技术介绍
随着我国城市建设的快速发展，当前出现了很多高层和超高层建筑，这些高层和超高层建筑对地基承载力要求较高，桩基础作为一种主要的基础形式被广泛应用于基础工程中。随着桩基础工程实际经验的累积和理论研究的深入，在钻孔桩和预制桩的基础上出现了许多新型桩基础，如挤扩支盘灌注桩、螺旋桩、竹节桩和钻孔桩等；而在深厚软土地区的超高层建筑桩基础的长桩一般为摩擦桩或端承桩，桩基础的承载力主要由桩侧摩擦阻力提供。现有建筑桩基技术规范中给出的桩侧摩阻力计算值偏差较大，因而需要结合模型试验对不同类型桩基础的桩土摩擦性能进行研究，为实际工程桩基设计提供理论依据。目前对桩土接触面剪切力学特性的研究主要基于现场试验和室内试验两种方式，室内试验主要采用直剪试验和环剪试验，室内剪切试验可以准确测得桩土相对位移，同时能够测得接触面法向位移，然而直剪试验和环剪试验与桩试样的接触面均为平面，这与实际桩(圆形桩)土接触面不同，且剪切试验中的边界条件与实际桩荷载传递过程中的边界条件也不同。实际工程中桩土接触面的水平地压会随着桩的深度增加而增大，增大关系呈线性关系，具体见郭佳奇等人2010年在北京交通大学学报上发表的《高应力下干砂与饱和砂单剪特性比较》。中国专利申请CN106769478A公开了一种桩土接触面试验装置，包括圆形模型箱、加载板、反力梁和伺服加载电机，该装置通过对传统剪切试验装置进行改进，柱形桩置于土体中，并对土体下部和周侧封闭，对土体上部施压，进而土体对桩侧施加压力，然而该试验装置并未考虑桩土接触面的水平地压会随着桩的深度增加而增大这一因素，而水平地压的变化会对试验结果产生的影响，因此采用上述试验装置模拟所得桩土接触面摩擦性与实际桩土接触面摩擦特性有所不同。因此，本领域的技术人员需要研发一种新的桩土接触面剪切力学特性试验装置，以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术的不足，提供一种桩土接触面剪切力学特性试验装置，该装置操作方法简单，无需借助过多感应设备，就能较为真实的模拟桩土实际受力情况，减少繁杂的理论推导。为实现上述目的，本专利技术提供了一种桩土接触面剪切力学特性试验装置，包括支撑装置、压力装置、膜箱和推力装置；所述支撑装置包括底板、顶板和支撑梁，底板和顶板通过多根支撑柱相连，所述支撑梁设置在顶板的上方；所述压力装置设置在所述支撑梁上，用于向桩试样施加竖向压力；所述膜箱的膜筒竖向设置在所述底板上且套设在桩试样的径向外侧，所述膜筒与桩试样之间具有容置腔；所述推力装置套设在所述膜筒上，用于向所述膜筒施加多个水平推力以对所述膜筒内的土试样沿垂直于桩试样轴向的方向进行挤压，多个水平推力从上到下线性递增。进一步的，所述推力装置包括推力筒组、沿所述推力筒组中心周向均布的多个推力组件以及套设在所述推力筒组外周壁上的防护筒；所述推力筒组包括可径向收缩的多个推力筒，多个所述推力筒沿其轴向叠加设置在所述底板上，且相邻两所述推力筒之间不固连；每个所述推力组件均包括一竖向布置的推板、水平状布置且可伸缩的多根推力杆和多个推力弹簧，多根推力杆在同一竖直面内沿上下方向布置，多根推力杆的外端均与推板相连，多根推力杆的内端与推力筒分别相连且推力杆和推力筒一一对应设置；每根推力杆上套设有一所述推力弹簧；所述防护筒的侧壁上开设有多个侧孔，用于所述推力杆及所述推力弹簧穿设；推力弹簧与与其对应的弧形钢板相接触。进一步的，所述推力筒为双层筒体结构，内层筒体与外层筒体同轴套装，所述内层筒体由沿其周向均匀间隔设置的多片弧形钢片围成，所述外层筒体由沿其周向均匀间隔设置的多块弧形钢板围成，两相邻弧形钢板的间隔缝与两相邻弧形钢片的间隔缝内外错开设置，且每一块弧形钢板均与位于其内侧的两片弧形钢片能在所述推力筒的周向上水平滑动配合；多根推力杆的内端与弧形钢板分别相连且推力杆和弧形钢板一一对应设置；与同一所述推力筒相连的同一层推力杆位于同一水平面内，且同一层推力杆的内端均指向所述推力筒的中轴线。进一步的，所述推力杆包括实心杆和空心杆，所述实心杆的内端与所述弧形钢板的外侧壁相连，所述实心杆的外端滑动插设在所述空心杆内。进一步的，套设在同一层推力杆上的推力弹簧的自由长度相等，且从上至下每层推力杆上的推力弹簧的弹性系数线性递增。通过向内(圆形底板的中心部)调整推板的位置使得推力杆的长度缩短，同时套设在该推力杆上的所有推力弹簧被压缩相同的压缩量，由于从上至下每层推力杆上的推力弹簧的弹性系数线性递增，因而该推力装置产生从上至下线性增大的多个水平推力通过相应的推力筒(每个推力筒对应一层推力杆)对膜筒内的土试样进行挤压，这与桩土在实际工程中所受水平地压随深度的增加而不断增加的情况一致。进一步的，所述空心杆上设置有螺母，所述推力弹簧设置在所述螺母与所述弧形钢板之间，且所有推力弹簧的自由长度和弹性系数均相等。与上述结构原理一致，该推力装置对从上至下多个推力筒的推力也从上至下线性递增，可有效模拟桩土在实际工程中所受的水平地压。进一步的，所述底板和顶板均为圆形板，所述底板和顶板上均设有沿其中心周向均布的多个定位装置，每个所述定位装置均包括沿所述底板径向方向设置的长槽孔、设置在所述长槽孔长度方向两侧的多个卡柱和用于定位所述推板在所述支撑装置上的内外位置的插销。本领域的技术人员可以理解的，推板的上端和下端的两侧各设有一个用于限定推板上下位置的限位块，可有效防止调整过程中推板上下走位；插销与卡柱配合用于定位推板在支撑装置的内外位置。进一步的，所述底板和所述顶板上分别设有用于所述桩试样插入的通孔A和通孔B，所述通孔A与所述通孔B同轴设置；多根所述支撑柱均上下贯穿所述底板和所述顶板设置；所述支撑梁与多根所述支撑柱连接，所述支撑梁上设有通孔C；所述压力装置包括竖向加载装置、传力杆、压力传感器和位移传感器；所述竖向加载装置可拆卸设置在所述支撑梁上；所述传力杆贯穿所述通孔C设置，其一端与所述竖向加载装置相连、另一端用于与所述桩试样的顶端相接触；所述压力传感器和所述位移传感器夹设在所述传力杆与所述桩试样之间；所述膜箱包括膜筒、透水板和封盖；所述膜筒由柔性材料制成；所述透水板设置在所述膜筒内并将膜筒的下端口堵住，所述封盖设置在所述膜筒的顶部并将膜筒的上端口密封；所述透水板和封盖上分别设有通孔D和通孔E，所述桩试样的上、下两端分别贯穿所述通孔E和通孔D设置。进一步的，所述透水板包括透水板本体和设置在透水板本体周边的柔性膜，所述通孔D设置在透水板本体上；所述膜箱还包括将封盖与所述膜筒压紧的至少三根压紧杆；所述顶板上设有数量与压紧杆的数量相适配多个通孔F，每个所述通孔F内穿设一所述压紧杆，所述压紧杆的下端用于压在所述封盖上。本领域的技术人员可以理解的，当膜筒内的土试样被压实后，用封盖盖住膜筒的上端口；压紧杆从上至下贯穿通孔F，压紧杆的下端压在封盖上，压紧杆与顶板固定连接。进一步的，所述支撑装置包括3根支撑柱，所述支撑柱的底端比所述底板低50～200cm，所述支撑柱的顶端比所述顶板高30～200cm；所述支撑梁为三叉型梁，每个梁叉与一根所述支撑柱固定连接；通孔C设置在三叉型梁的中心部位。相比于现有技术，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种桩土接触面剪切力学特性试验装置，其特征在于，包括支撑装置(1)、压力装置(2)、膜箱(3)和推力装置(4)；所述支撑装置包括底板(1.1)、顶板(1.2)和支撑梁(1.3)，底板和顶板通过多根支撑柱(1.4)相连，所述支撑梁设置在顶板的上方；所述压力装置设置在所述支撑梁上，用于向桩试样(5)施加竖向压力；所述膜箱的膜筒(3.1)竖向设置在所述底板上且套设在桩试样的径向外侧，所述膜筒与桩试样之间具有容置腔；所述推力装置套设在所述膜筒上，用于向所述膜筒施加多个水平推力以对所述膜筒内的土试样(6)沿垂直于桩试样轴向的方向进行挤压，多个水平推力从上到下线性递增。

【技术特征摘要】
1.一种桩土接触面剪切力学特性试验装置，其特征在于，包括支撑装置(1)、压力装置(2)、膜箱(3)和推力装置(4)；所述支撑装置包括底板(1.1)、顶板(1.2)和支撑梁(1.3)，底板和顶板通过多根支撑柱(1.4)相连，所述支撑梁设置在顶板的上方；所述压力装置设置在所述支撑梁上，用于向桩试样(5)施加竖向压力；所述膜箱的膜筒(3.1)竖向设置在所述底板上且套设在桩试样的径向外侧，所述膜筒与桩试样之间具有容置腔；所述推力装置套设在所述膜筒上，用于向所述膜筒施加多个水平推力以对所述膜筒内的土试样(6)沿垂直于桩试样轴向的方向进行挤压，多个水平推力从上到下线性递增。2.根据权利要求1所述的桩土接触面剪切力学特性试验装置，其特征在于，所述推力装置包括推力筒组、沿所述推力筒组中心周向均布的多个推力组件以及套设在所述推力筒组外周壁上的防护筒(4.5)；所述推力筒组包括可径向收缩的多个推力筒(4.1)，多个所述推力筒沿其轴向叠加设置在所述底板上，且相邻两所述推力筒之间不固连；每个所述推力组件均包括一竖向布置的推板(4.2)、水平状布置且可伸缩的多根推力杆(4.3)和多个推力弹簧(4.4)，多根推力杆(4.3)在同一竖直面内沿上下方向布置，多根推力杆的外端均与推板相连，多根推力杆的内端与推力筒分别相连且推力杆和推力筒一一对应设置；每根推力杆上套设有一所述推力弹簧；所述防护筒的侧壁上开设有多个侧孔(4.5a)，用于所述推力杆及所述推力弹簧穿设。3.根据权利要求2所述的桩土接触面剪切力学特性试验装置，其特征在于，所述推力筒为双层筒体结构，内层筒体与外层筒体同轴套装，所述内层筒体由沿其周向均匀间隔设置的多片弧形钢片(4.1a)围成，所述外层筒体由沿其周向均匀间隔设置的多块弧形钢板(4.1b)围成，两相邻弧形钢板的间隔缝与两相邻弧形钢片的间隔缝内外错开设置，且每一块弧形钢板均与位于其内侧的两片弧形钢片能在所述推力筒的周向上水平滑动配合；多根推力杆的内端与弧形钢板分别相连且推力杆和弧形钢板一一对应设置；与同一所述推力筒相连的同一层推力杆位于同一水平面内，且同一层推力杆的内端均指向所述推力筒的中轴线。4.根据权利要求3所述的桩土接触面剪切力学特性试验装置，其特征在于，所述推力杆包括实心杆(4.3a)和空心杆(4.3b)，所述实心杆的内端与所述弧形钢板的外侧壁相连，所述实心杆的外端滑动插设在所述空心杆内。5.根据权利要求4所述的桩土接触面...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔世范，檀俊坤，郭佳奇，刘日彤，俱鹏柯，阳军生，刘红中，李东瑞，
申请(专利权)人：中南大学，河南理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43