一种液化场地桩基复合受力机制模拟装置及其试验方法制造方法及图纸

一种液化场地桩基复合受力机制模拟装置及其试验方法，属于岩土地震工程技术领域。竖向加载装置上端与反力架上横梁滑动连接，竖向加载装置下端与钢制外套上端面连接，桩帽固定在钢制外套内，桩身埋入至叠层剪切模型箱内，叠层剪切模型箱底部固定在饱和土体液化激励装置上，水平循环加载装置与反力架对应的竖梁滑动连接，水平循环加载装置通过钢制外套与桩帽连接，模型箱加载装置与反力架相对应的竖梁滑动连接；模型箱加载装置工作时，模型箱加载装置与叠层剪切模型箱相对应的框体可拆卸连接，竖向加载装置、水平循环加载装置、模型箱加载装置以及饱和土体液化激励装置分别通过数据线与计算机相连。本发明专利技术用于液化场地桩基复合受力机制模拟。合受力机制模拟。合受力机制模拟。

【技术实现步骤摘要】
一种液化场地桩基复合受力机制模拟装置及其试验方法


[0001]本专利技术属于岩土地震工程
，具体涉及一种液化场地桩基复合受力机制模拟装置及其试验方法。

技术介绍

[0002]一些重大的工程中在进行基础工程方案选择中都会出现桩基础，桩基础在减小基础沉降量、抗震性能和综合造价等方面都具有显著的优势。但是，在一些工程实践中桩基础也会出现各种各样的问题，例如在边坡工程、港口海岸及近海工程和高速铁路工程等领域，根据过去的统计资料出现过倾斜场地发生液化以后，已经液化的土体会推动桩基础，在竖向荷载与液化土体对桩的复合受力作用下桩会发生弯曲破坏和屈曲失稳破坏。研究桩
‑
土相互作用的加载装置种类很多，但是都无法很好的模拟桩
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土相互作用的实际受力状态，其中层叠剪切模型箱应用最为广泛。因此，研究出一种可以模拟液化土体侧向流动对桩基础的受力性能的影响试验装置对研究桩的破坏机理至关重要。

技术实现思路

[0003]本专利技术的第一个目的在于提供一种液化场地桩基复合受力机制模拟装置，以解决现有试验装置无法模拟饱和土体液化以后发生侧向大变形时桩基的复合受力状态的问题。
[0004]本专利技术的第二个目的在于提供一种液化场地桩基复合受力机制模拟试验方法，以解决探究桩基础复杂受力条件下的破坏模式和机制。
[0005]本专利技术通过位于层叠剪切模型箱底部的饱和土体液化激励装置中的偏心激振器在计算机控制下发生振动使土体发生液化，通过连接在桩帽处的水平激振器对桩基础施加循环荷载来模拟地震对桩的循环作用。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：
[0007]方案一：本专利技术的一种液化场地桩基复合受力机制模拟装置，包括反力架、叠层剪切模型箱、模型箱加载装置、水平循环加载装置、竖向加载装置、饱和土体液化激励装置及钢制外套；
[0008]所述反力架的下端固定在钢底板上，所述竖向加载装置设置在反力架内，竖向加载装置的上端与反力架的上横梁滑动连接，竖向加载装置的下端与钢制外套的上端面连接，所述桩帽固定在钢制外套内，桩身埋入至叠层剪切模型箱内，所述叠层剪切模型箱底部固定在饱和土体液化激励装置上，所述饱和土体液化激励装置固定在钢底板上，所述水平循环加载装置与反力架对应的竖梁滑动连接，水平循环加载装置通过钢制外套与桩帽连接，所述模型箱加载装置与反力架相对应的竖梁滑动连接；模型箱加载装置工作时，模型箱加载装置与叠层剪切模型箱相对应的框体可拆卸连接，带动叠层剪切模型箱相对应的框体水平移动；竖向加载装置、水平循环加载装置、模型箱加载装置以及饱和土体液化激励装置分别通过数据线与计算机相连。
[0009]方案二：本专利技术的一种液化场地桩基复合受力机制模拟装置，包括反力架、叠层剪
切模型箱、模型箱加载装置、水平循环加载装置、砝码、饱和土体液化激励装置及钢制外套；
[0010]所述反力架的下端固定在钢底板上，桩帽固定在钢制外套内，桩身埋入至叠层剪切模型箱内，所述砝码置于桩帽的上端面上，所述叠层剪切模型箱底部固定在饱和土体液化激励装置上，所述饱和土体液化激励装置固定在钢底板上，所述水平循环加载装置与反力架对应的竖梁滑动连接，水平循环加载装置通过钢制外套与桩帽连接，所述模型箱加载装置与反力架相对应的竖梁滑动连接；模型箱加载装置工作时，模型箱加载装置与叠层剪切模型箱相对应的框体可拆卸连接，带动叠层剪切模型箱相对应的框体水平移动；水平循环加载装置、模型箱加载装置以及饱和土体液化激励装置分别通过数据线与计算机连接。
[0011]本专利技术的一种液化场地桩基复合受力机制模拟试验方法，所述方法包括以下步骤：
[0012]步骤一：沿桩身的轴向粘贴电阻应变片，并将电阻应变片通过数据线与计算机相连接；
[0013]步骤二：将预先准备好的土体放置于叠层剪切模型箱中，将桩身和振弦式土压力盒埋置于土体中，将振弦式土压力盒通过数据线连接到计算机上；
[0014]步骤三：通过偏心激振器输入由小到大的振动直至叠层剪切模型箱中的土体发生液化，偏心激振器上的传感器通过数据线连接到计算机上；
[0015]步骤四：计算机控制竖向加载装置的竖向加载液压千斤顶对桩帽施加竖向荷载，控制水平循环加载装置对叠层剪切模型箱施加水平荷载，推动叠层剪切模型箱内土体发生剪切变形；
[0016]步骤五：计算机控制水平循环加载装置，通过连接在桩帽上的水平电磁激振器施加水平循环荷载。
[0017]本专利技术相对于现有技术的有益效果是：
[0018](1)本专利技术由于设有水平循环加载装置，可以在桩帽处通过水平电磁激振器施加水平循环荷载。
[0019](2)本专利技术由于设有饱和土体液化激励装置，通过偏心激振器在竖向循环振动可以使盛装在叠层剪切模型箱内的饱和土体发生液化。
[0020](3)本专利技术既可以模拟倾斜场地条件下饱和砂土液化引起的侧向大变形对桩的推动作用，又可以模拟水平场地条件下地震作用在桩上的惯性荷载。
[0021](4)本专利技术可以模拟水平场地条件下地震作用在桩上的惯性荷载。通过计算机15控制的电磁激振器(此处的电磁激振器即包括模型箱电磁激振器，又包括水平电磁激振器)可以实现对叠层剪切模型箱的循环加载。通过计算机15控制模型箱电磁激振器推动叠层剪切模型箱的各层框架发生位移。
[0022](4)本专利技术可以适用于不同状态的桩加载，不同状态的桩是指单桩或者群桩、桩径、桩长、桩距、桩的弹性模量、桩的截面形式、桩的材料、桩端约束类型。桩提前在工厂预制好，运输到实验室。
[0023](5)本模拟装置既可以采用液压千斤顶施加可变的竖向荷载，又可以采用砝码14施加不变的竖向荷载。
[0024]综上，本专利技术可以使叠层剪切模型箱内的土体发生液化以后对叠层剪切模型箱施加水平荷载和对桩体施加竖向荷载和水平循环荷载。可以用于研究桩
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土相互作用特性，同
时可以模拟地震条件下水平液化场地桩基复合受力机制和倾斜场地条件下饱和土体液化后侧向大变形时桩基的复合受力状态。
附图说明
[0025]图1是本专利技术的一种液化场地桩基复合受力机制模拟装置方案一的主视图；
[0026]图2是水平循环加载装置的主视图；
[0027]图3是偏心激振器的示意图；
[0028]图4是弹簧减震器的示意图；
[0029]图5是竖向加载装置的示意图；
[0030]图6是水平循环加载装置的俯视图；
[0031]图7是本专利技术的一种液化场地桩基复合受力机制模拟装置方案二的主视图。
[0032]上述附图中涉及的部件名称及标号如下：
[0033]反力架1、水平加载液压千斤顶2、竖向加载液压千斤顶3、水平电磁激振器4、叠层剪切模型箱5、偏心激振器6、横梁7、桩身8、桩帽9、钢底板10、弹簧减震器11、钢制外套12、转换接头13、砝码14、计算机15、连接座16。
具体实施方式
[0034]具体实施方式一：如图1所示，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液化场地桩基复合受力机制模拟装置，其特征在于：包括反力架(1)、叠层剪切模型箱(5)、模型箱加载装置、水平循环加载装置、竖向加载装置、饱和土体液化激励装置及钢制外套(12)；所述反力架(1)的下端固定在钢底板(10)上，所述竖向加载装置设置在反力架(1)内，竖向加载装置的上端与反力架(1)的上横梁滑动连接，竖向加载装置的下端与钢制外套(12)的上端面连接，所述桩帽(9)固定在钢制外套(12)内，桩身(8)埋入至叠层剪切模型箱(5)内，所述叠层剪切模型箱(5)底部固定在饱和土体液化激励装置上，所述饱和土体液化激励装置固定在钢底板(10)上，所述水平循环加载装置与反力架(1)对应的竖梁滑动连接，水平循环加载装置通过钢制外套(12)与桩帽(9)连接，所述模型箱加载装置与反力架(1)相对应的竖梁滑动连接；模型箱加载装置工作时，模型箱加载装置与叠层剪切模型箱(5)相对应的框体可拆卸连接，带动叠层剪切模型箱(5)相对应的框体水平移动；竖向加载装置、水平循环加载装置、模型箱加载装置以及饱和土体液化激励装置分别通过数据线与计算机(15)相连。2.根据权利要求1所述的一种液化场地桩基复合受力机制模拟装置，其特征在于：所述竖向加载装置包括至少两个竖向加载液压千斤顶(3)或至少两个伺服动态控制系统；所述反力架(1)的上横梁的下端面沿左右方向设有水平滑道，所有所述竖向加载液压千斤顶(3)或伺服动态控制系统的固定端均与水平滑道滑动连接，所有竖向加载液压千斤顶(3)或伺服动态控制系统的加载端均与钢制外套(12)的上端面固定连接。3.根据权利要求2所述的一种液化场地桩基复合受力机制模拟装置，其特征在于：所述水平循环加载装置包括水平电磁激振器(4)、连接座(16)及转换接头(13)；所述水平电磁激振器(4)两端分别与连接座(16)和转换接头(13)连接，所述转换接头(13)与钢制外套(12)连接，钢制外套(12)与桩帽(9)连接，所述连接座(16)与设置在反力架(1)相对应立柱上的竖向滑道一滑动连接。4.根据权利要求1所述的一种液化场地桩基复合受力机制模拟装置，其特征在于：所述模型箱加载装置包括多个水平加载液压千斤顶(2)或多个模型箱电磁激振器；所述多个水平加载液压千斤顶(2)或多个模型箱电磁激振器均水平设置，且多个水平加载液压千斤顶(2)或多个模型箱电磁激振器上下并列设置，反力架(1)与多个水平加载液压千斤顶(2)或多个模型箱电磁激振器相对应的竖梁上设有竖向滑道二，所述多个水平加载液压千斤顶(2)或多个模型箱电磁激振器的固定端与所述竖向滑道二滑动连接；模型箱加载装置工作时，水平加载液压千斤顶(2)或模型箱电磁激振器与叠层剪切模型箱(5)相对应的框体可拆卸连接，通过水平加载液压千斤顶(2)或模型箱电磁激振器带动对应的所述框体水平移动。5.根据权利要求1所述的一种液化场地桩基复合受力机制模拟装置，其特征在于：所述叠层剪切模型箱(5)包括多个框体和底箱；所述多个框体叠放设置在底箱上，每个框体及底箱四框均由槽钢制作，槽钢内部间距设有加劲肋，相邻两个框体之间以及位于最下层的框体与底箱之间均滚动连接，叠层剪切模型箱(5)的箱底的前后两个外侧面均固定有圆柱形钢立柱，以限制框体在前后方向的位移；各个框体的右端均设有位移传感器，每个框体内四周侧面、底箱的内四周侧面以及内底面均设置有一层橡胶膜。6.根据权利要求3所述的一种液化场地桩基复合受力机制模拟装置，其特征在于：所述饱和土体液化激励装置包括至少一个横梁(7)、至少两个偏心激振器(6)及至少两个弹簧减
震器(11)；两个相邻设置的所述偏心激振器(6)之间固定有一个横梁(7)，每个偏心激振器(6)的上端与叠层剪切模型箱(5)的底箱的下端面固定连接，每个偏心激振器(6)均固定在相对应的弹簧减震器(11)上，所有所述弹簧减震器(11)均固定在钢底板(10)上。7.根据权利要求6所述的一种液化场地桩基复合受力机制模拟装置，其特征在于：所述桩身(8)的外壁沿轴向均匀粘贴有电阻应变片，所述电阻应变片与计算机(15)通过数据线连接，通过计算机(15)的数据采集系统采集桩身(8)的应变，并且可以通过桩的本构关系计算出桩内应力状态；计算公式如下：σ＝ε
·
E式中：σ
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桩身应力ε
‑
桩身应变E
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桩身弹性模量。8.根据权利要求7所述的一种液化场地桩基复合受力机制模拟装置，其特征在于：所述叠层剪切模型箱(5)内位于桩身(8)周围土体内埋设有多个振弦式土压力盒，所述多个振弦式土压力盒通过数据线与计算机(15)连接。振弦式土压力盒用于量测桩周土压力，利用计算机(15)的数据采集系统进行桩周土体土压力采集。9.一种液化场地桩基复合受力机制模拟装置，其特征在于：包括反力架(1)、叠层剪切模型箱(5)、模型箱加载装置、水平循环加...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐亮，满孝峰，贾喜军，丛晟亦，凌贤长，李雪伟，程志和，邢文强，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：