一种桩基承载力反向自平衡模型试验装置及其试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种桩基承载力反向自平衡模型试验装置及其试验方法，装置包括模型箱、模型桩、反力锚固系统、加载系统、千斤顶保护盒和测量系统，所述模型箱内底部浇筑有模拟岩层，所述模拟岩层上方设有填土层，模型桩包括上段桩和下段桩，上段桩和下段桩之间通过锚索和桩顶反力端板连接在一起，所述上段桩和下段桩均为预制的空心管桩，其中下段桩顶部、上段桩的顶部和底部均设有封端板；本发明专利技术在浇注时，下段桩埋设在模拟岩层中，利用两个千斤顶分别施加上段桩和下段桩相向运动及相背运动的载荷，并通过测量系统测量模型桩及模型箱的应变和位移。本发明专利技术可以对反向自平衡试桩法的适用性及承载特性进行研究，可为今后相关模型试验的设计提供指导。

【技术实现步骤摘要】
一种桩基承载力反向自平衡模型试验装置及其试验方法
本专利技术属于桩基工程领域，涉及一种桩基承载力测试技术，特别涉及一种桩基承载力反向自平衡模型试验装置及其试验方法。
技术介绍
目前在工程上，单桩承载力的确定方法主要包括静力载荷试验法、动力测桩法以及自平衡试桩法。动力测桩法由于本质是依据应力波传播原理，动态成分高，实际现场测试结果的可靠性较差，使得该方法只能是建筑桩基静载试验检测的辅助检测，并且不适用于大直径灌注桩的承载力检测。静力载荷试验法根据现场条件可选择堆载法和锚桩法，前者是利用堆载材料一次性均匀稳固放置于压重平台上，桩顶和横梁之间的千斤顶加压顶推堆载材料从而将力传递到桩顶，后者主要利用主梁与次梁组成的反力架，将千斤顶的顶推力传递给锚桩从而对试桩达到竖向抗压试验的目的。尽管静力载荷试验法是桩承载能力最可靠的方法，但也存在施工周期长，测试成本高等问题，尤其还受到施工场地以及试桩吨位等因素的限制，使得静力载荷试验法难以满足特殊场地和大吨位基桩承载能力的测试。自平衡试验利用桩的自重和摩阻力作为桩端阻力的反力，可以得到很高的试验荷载，该法具有省时省力，试验方便，适应性强等优势，但自平衡试验与传统静载试验桩的受力状态有差别，其中有一个关键问题还有待研究，即自平衡试验桩负摩阻力向正摩阻力的转换系数的确定，使得改法在桩承载力的检测中仍受到限制。为了改进和完善自平衡测试的不足，专利号CN105839678A、CN105735378A分别公布了一种改进型桩基竖向承载力试验反向自平衡法及试验装置、一种桩基竖向承载力试验反向自平衡法及试验装置。前者在自平衡试验的基础上在桩顶增加一套竖向加载装置，试桩时分别加载桩身的荷载箱以及桩顶的千斤顶，使上段桩和下段桩分别发生相向位移和同向位移，得到两条荷载—位移曲线，从而可判断桩的竖向承载力，该方法克服了自平衡试验需要进行正负摩阻力转换的问题，并且该方法同时可以得到桩的竖向抗拔力；对于后者，与传统自平衡试验不同，该方法加载装置设置在桩顶，通过桩顶千斤顶张拉与下段桩锚固的锚索，使上下段桩发生同向移动，得到一条Q-s曲线，进而测得桩的竖向承载力，该方法不需要在桩身设置荷载箱，因此具有试验装置简单易操作，设备可回收重复使用，实用推广性很好，经济效益好等优点。目前反向自平衡试验作为一种全新的桩基承载力测试方法，在广泛运用于工程实践之前，需要与传统静载试验作对比校正，以此来判断反向自平衡在桩基工程中对桩承载力测试的准确性和试验装置的可行性。但在桩基工程中，进行桩的原位实验需要花费大量的人力、物力和时间，而室内模型试验是根据桩在实际工程中的受力状态，建立与实际桩具有相似规律的模型，可以对桩的理论研究提供试验数据和研究论证，其试验成本较低，并可多次重复试验。然而目前还尚未有关桩基承载力反向自平衡模型试验的装置和研究。因此有必要设计一种桩基承载力反向自平衡模型试验方法及试验装置，以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种桩基承载力反向自平衡模型试验装置，以解决有关桩基承载力反向自平衡模型试验的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种桩基承载力反向自平衡模型试验装置，其特征在于：包括模型箱、模型桩、反力锚固系统、加载系统、千斤顶保护盒和测量系统，所述模型箱内底部浇筑有模拟岩层，所述模拟岩层上方填有填土层，所述模型桩包括上段桩和下段桩，所述上段桩和下段桩均为预制的空心管桩，其中下段桩顶部、上段桩的顶部和底部均设有封端板；所述加载系统包括桩身千斤顶和桩顶千斤顶，所述桩身千斤顶安装于上段桩底部封端板和下段桩顶部封端板之间，所述桩顶千斤顶安装于上段桩顶部的封端板上；所述反力锚固系统包括桩顶反力端板和锚索，所述桩顶反力端板设于桩顶千斤顶的上方，所述锚索顶部与桩顶反力端板锚固相连，锚索下端依次向下穿过上段桩和三个封端板后锚固在下段桩内；所述测量系统包括载荷测量装置和位移测量装置，所述载荷测量装置包括上压力传感器和下压力传感器，所述上压力传感器设于桩顶千斤顶与桩顶反力端板之间，用于测量桩顶千斤顶施加的载荷，所述下压力传感器设于桩身千斤顶与其顶部的封端板之间，用于测量桩身千斤顶施加的载荷；所述位移测量装置有两个，分别用于测量上段桩和下段桩的竖向位移；所述千斤顶保护盒设于上段桩和下段桩之间，用于将桩身千斤顶和下压力传感器包裹保护。进一步地，所述锚索下端通过钢轴栓固定在下段桩的桩身上。进一步地，所述位移测量装置包括位移测量仪和位移杆，所述位移杆顶部与位移测量仪相连，所述位移测量仪固定在结构件或者支撑件上，位移杆下端与模型桩相连，其中一个位移测量装置的位移杆自由穿过桩顶反力端板、上段桩顶部的封端板之后固定在上段桩底部的封端板上，另一个位移测量装置的位移杆自由穿过桩顶反力端板、上段桩顶部的封端板及上段桩底部的封端板，之后固定在下段桩顶部的封端板上。进一步地，所述测量系统还包括应变片和应变采集仪，所述应变片有多个，分为模型桩应变片和模型箱应变片，模型桩应变片对称贴在上段桩和下段桩两侧，模型箱应变片对称的贴在模型箱两侧内壁。进一步地，所述测量系统还包括分布式光纤和光纤采集仪，所述分布式光纤依次连续布置在模型箱、上段桩及下段桩上。进一步地，所述分布式光纤在模型箱内相互平行来回布置，在模型箱两侧形成U形连接。进一步地，所述上段桩和下段桩上设有供分布式光纤布置的螺旋形凹槽。进一步地，所述千斤顶保护盒为方形或者圆形盒体，盒体顶部和底部分别设有与上段桩和下段桩匹配的圆孔，盒体侧壁设有供桩顶千斤顶油管和测量系统信号线引出的预留孔。进一步地，所述下段桩两侧设有供钢轴栓穿过的第三圆孔，所述模型箱侧壁上设有供桩身千斤顶油管和测量系统信号线引出的第二圆孔，所述模型箱下部侧壁上还设有与第三圆孔对应同轴贯穿的第一圆孔，所述上段桩上部设有用于将其临时固定的第四圆孔。一种上述桩基承载力反向自平衡模型试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、试验前将模型箱放置在一块平整铁板上面，然后在模型箱和模型桩上布置测量系统；步骤2、将上段桩和下段桩之间定义为模型桩预留段，将第一封端板、第二封端板依次放入模型桩预留段，并随上段桩和下段桩一起放入模型箱中部；步骤3、通过一根钢筋横穿模型箱下部的第一圆孔和下段桩的第三圆孔来临时固定下段桩，通过另一根钢筋穿过上段桩上部的第四圆孔，并通过临时支架支撑；步骤4、根据待模拟的对象按照一定的相似比，选取模拟材料在模型箱内浇注至模拟岩层设计标高，然后进行养护，养护完成后，抽出第三圆孔和第一圆孔内的钢筋，将钢轴栓贯穿下段桩的第三圆孔，再布置锚索，将锚索下端与钢轴栓固定相连；步骤5、调整好第一封端板和第二封端板的位置，并将桩身千斤顶和下压力传感器依次放置在第一封端板和第二封端板之间，拆掉临时支架，调整上段桩的位置和高度，使得上段桩支撑在下压力传感器上，将千斤顶保护盒放置在模型桩预留段，并使得千斤顶保护盒支撑在模拟岩层上，将桩身千斤顶的油管和测量系统的信号线通过模型箱上的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种桩基承载力反向自平衡模型试验装置，其特征在于：包括模型箱、模型桩、反力锚固系统、加载系统、千斤顶保护盒和测量系统，所述模型箱内底部浇筑有模拟岩层，所述模拟岩层上方填有填土层，所述模型桩包括上段桩和下段桩，所述上段桩和下段桩均为预制的空心管桩，其中下段桩顶部、上段桩的顶部和底部均设有封端板；/n所述加载系统包括桩身千斤顶和桩顶千斤顶，所述桩身千斤顶安装于上段桩底部封端板和下段桩顶部封端板之间，所述桩顶千斤顶安装于上段桩顶部的封端板上；/n所述反力锚固系统包括桩顶反力端板和锚索，所述桩顶反力端板设于桩顶千斤顶的上方，所述锚索顶部与桩顶反力端板锚固相连，锚索下端依次向下穿过上段桩和三个封端板后锚固在下段桩内；/n所述测量系统包括载荷测量装置和位移测量装置，所述载荷测量装置包括上压力传感器和下压力传感器，所述上压力传感器设于桩顶千斤顶与桩顶反力端板之间，用于测量桩顶千斤顶施加的载荷，所述下压力传感器设于桩身千斤顶与其顶部的封端板之间，用于测量桩身千斤顶施加的载荷；所述位移测量装置有两个，分别用于测量上段桩和下段桩的竖向位移；/n所述千斤顶保护盒设于上段桩和下段桩之间，用于将桩身千斤顶和下压力传感器包裹保护。/n...

【技术特征摘要】
1.一种桩基承载力反向自平衡模型试验装置，其特征在于：包括模型箱、模型桩、反力锚固系统、加载系统、千斤顶保护盒和测量系统，所述模型箱内底部浇筑有模拟岩层，所述模拟岩层上方填有填土层，所述模型桩包括上段桩和下段桩，所述上段桩和下段桩均为预制的空心管桩，其中下段桩顶部、上段桩的顶部和底部均设有封端板；
所述加载系统包括桩身千斤顶和桩顶千斤顶，所述桩身千斤顶安装于上段桩底部封端板和下段桩顶部封端板之间，所述桩顶千斤顶安装于上段桩顶部的封端板上；
所述反力锚固系统包括桩顶反力端板和锚索，所述桩顶反力端板设于桩顶千斤顶的上方，所述锚索顶部与桩顶反力端板锚固相连，锚索下端依次向下穿过上段桩和三个封端板后锚固在下段桩内；
所述测量系统包括载荷测量装置和位移测量装置，所述载荷测量装置包括上压力传感器和下压力传感器，所述上压力传感器设于桩顶千斤顶与桩顶反力端板之间，用于测量桩顶千斤顶施加的载荷，所述下压力传感器设于桩身千斤顶与其顶部的封端板之间，用于测量桩身千斤顶施加的载荷；所述位移测量装置有两个，分别用于测量上段桩和下段桩的竖向位移；
所述千斤顶保护盒设于上段桩和下段桩之间，用于将桩身千斤顶和下压力传感器包裹保护。


2.如权利要求1所述桩基承载力反向自平衡模型试验装置，其特征在于：所述锚索下端通过钢轴栓固定在下段桩的桩身上。


3.如权利要求2所述桩基承载力反向自平衡模型试验装置，其特征在于：所述位移测量装置包括位移测量仪和位移杆，所述位移杆顶部与位移测量仪相连，所述位移测量仪固定在结构件或者支撑件上，位移杆下端与模型桩相连，其中一个位移测量装置的位移杆自由穿过桩顶反力端板、上段桩顶部的封端板之后固定在上段桩底部的封端板上，另一个位移测量装置的位移杆自由穿过桩顶反力端板、上段桩顶部的封端板及上段桩底部的封端板，之后固定在下段桩顶部的封端板上。


4.如权利要求3所述桩基承载力反向自平衡模型试验装置，其特征在于：所述测量系统还包括应变片和应变采集仪，所述应变片有多个，分为模型桩应变片和模型箱应变片，模型桩应变片对称的贴在上段桩和下段桩两侧，模型箱应变片对称的贴在模型箱两侧内壁。


5.如权利要求4所述桩基承载力反向自平衡模型试验装置，其特征在于：所述测量系统还包括分布式光纤和光纤采集仪，所述分布式光纤依次连续布置在模型箱、上段桩及下段桩上。


6.如权利要求5所述桩基承载力反向自...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永莉，巴军涛，肖衡林，马强，裴尧尧，熊豪文，陶高梁，郭斌，柏华军，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42