本发明专利技术公开一种季节性冻土室内试验专用装置及方法，包括试验台，试验台顶端固接有模型箱，模型箱内设置有模型桩，模拟土层，设置在模型箱内，模型桩一端插入模拟土层内；端盖，设置在模型箱顶端，端盖与模型箱可拆卸连接，模型桩穿过端盖，且端盖通过限位件对模型桩进行限位；环境模拟部，包括供水件和升温件，其中，供水件设置在模型箱外，且供水件与模拟土层连通。本发明专利技术能够进行大比尺物理模型试验，测定冻融循环过程中不同深度处温度、土压力、孔隙水压力和竖向位移的变化规律，重点研究未冻、正冻、已冻、正融等冻融各阶段大偏心动荷载作用下桩基荷载位移关系与桩土相互作用规律。用下桩基荷载位移关系与桩土相互作用规律。用下桩基荷载位移关系与桩土相互作用规律。
【技术实现步骤摘要】
一种季节性冻土室内试验专用装置及方法
[0001]本专利技术涉及冻土试验领域，特别是涉及一种季节性冻土室内试验专用装置及方法。
技术介绍
[0002]碳达峰、碳中和的重大战略决策背景下，风电资源发展放在更加突出的位置，当前陆上风机基础选型与设计规范尚不完善，基础的稳定机制需进一步研究。随着风机机组大型化以及风电场高品质建设与运维需求，结构简单、安装便利、质量稳定、承载性能优越的大直径钢管桩成为寒区大型风电机组优选基础型式之一。因此，基于国家重大战略和工程实践以及工程建设和运维需求，对大偏心动载荷下寒区大直径钢管桩进行相关研究具有重要现实意义。
[0003]而随着风机容量增大，大直径单桩基础直径逐渐增加(范围为5
‑
10m)。寒区地基土冻结时，厚度不等的冰分凝集合体的生长，使土颗粒之间相互隔离，产生位移，引起地基土的不均匀膨胀。由于大直径桩基础的存在，使地基土的冻胀变形受到约束，使得地基土的冻结条件发生变化，且将外部荷载传递到地基土中，改变地基土冻结时的束缚力，从而改变了地基与基础之间的相互作用。而当冻土融化时，由于冰胶结物之间的联结消失，导致土体强度急剧降低，变形增大。为此，需要进行大比尺物理模型试验，测定冻融循环过程中不同深度处温度、土压力、孔隙水压力和竖向位移的变化规律，重点研究未冻、正冻、已冻、正融等冻融各阶段大偏心动荷载作用下桩基荷载位移关系与桩土相互作用规律。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是提供一种季节性冻土室内试验专用装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够进行大比尺物理模型试验，测定冻融循环过程中不同深度处温度、土压力、孔隙水压力和竖向位移的变化规律，重点研究未冻、正冻、已冻、正融等冻融各阶段大偏心动荷载作用下桩基荷载位移关系与桩土相互作用规律。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种季节性冻土室内试验专用装置，包括试验台，所述试验台顶端固接有模型箱，所述模型箱内设置有模型桩，
[0006]模拟土层，设置在所述模型箱内，所述模型桩一端插入所述模拟土层内；
[0007]端盖，设置在所述模型箱顶端，所述端盖与所述模型箱可拆卸连接，所述模型桩穿过所述端盖，且所述端盖通过限位件对所述模型桩进行限位；
[0008]环境模拟部，包括供水件和升温件，其中，
[0009]所述供水件设置在所述模型箱外，且所述供水件与所述模拟土层连通；所述升温件设置在所述端盖与所述模拟土层之间，所述升温件用于对所述模拟土层进行升温；
[0010]施力件，通过支杆设置在所述模型箱外，所述施力件与所述模型桩传动连接；
[0011]监测部，设置在所述模型桩上，所述监测部用于对所述模型桩进行监测。
[0012]优选的，所述模拟土层包括由下至上依次设置的厚碎石层、厚粗砂层、厚土工布
层、地基，所述供水件与所述厚碎石层连通，所述模型桩一端插入所述地基内，所述升温件位于所述地基与所述端盖之间，且所述地基与所述升温件之间存在间隙。
[0013]优选的，所述模型箱顶端内壁开设有放置槽，所述端盖底端通过所述放置槽放置在所述模型箱顶端，所述端盖中心位置开设有阶梯型的摇晃口，所述限位件与所述摇晃口相适配，所述模型桩与所述摇晃口之间存在间隙。
[0014]优选的，所述限位件包括设置在所述摇晃口内的限位柱，所述限位柱外壁与所述摇晃口相适配，且所述限位柱通过所述摇晃口与所述端盖可拆卸连接，所述模型桩贯穿所述限位柱中心位置，且所述模型桩与所述限位柱滑动连接。
[0015]优选的，所述供水件包括设置在所述模型箱外的供水箱，所述供水箱通过进水管与所述厚碎石层连通。
[0016]优选的，所述升温件包括设置在所述地基与所述端盖之间的换热管，所述模型箱顶端开设有用于对所述换热管进行支撑的豁口，所述换热管通过所述豁口与所述模型箱可拆卸连接，所述模型箱外设置有供热水箱，所述换热管的进水端和出水端分别通过所述豁口与所述供热水箱连通。
[0017]优选的，所述支杆与所述试验台固接，所述施力件包括与所述支杆可拆卸连接的支撑板，所述支撑板上固接有传动器，所述传动器输出端铰接有一刚性杆，所述刚性杆末端与所述模型桩外壁铰接。
[0018]优选的，所述监测部包括固定在所述模型桩外壁的土压力传感器和孔隙水压力传感器，所述地基内设置有温度传感器，所述端盖靠近所述地基的一侧固接有直线位移传感器，所述支杆上可拆卸连接有激光位移计，所述激光位移计与位于所述端盖上方的所述模型桩对应设置。
[0019]优选的，所述模型桩为中空结构，所述模型桩内壁固接有导出管，所述土压力传感器和所述孔隙水压力传感器的传输线通过所述导出管伸出所述模型箱外。
[0020]一种季节性冻土室内试验专用装置的使用方法，操作步骤包括：
[0021]S1：制备模拟土层：向模型箱内依次铺设厚碎石层、厚粗砂层、厚土工部层、地基，铺设完毕后对地基进行饱和；
[0022]S2：安装升温件：将升温件放置在模型箱顶端；
[0023]S3：安装模型桩：安装各类传感器，随后在模型箱顶端放置端盖，通过限位件将模型桩一端置入模型箱内，随后对模型桩施压；
[0024]S4：开始试验：启动各类传感器，启动施力件和升温件，对各类传感器的监测数值进行记录。
[0025]本专利技术公开了以下技术效果：
[0026]1.通过设置模拟土层，并设置供水件和升温件，从而较为准确的模拟冻融环境下模型桩的各受力情况，并且在模型桩上设置监测部，通过监测部监测模型桩的各项数据，从而得出较为精确的试验数据。
[0027]2.通过设置施力件，模拟模型桩受到的水平循环荷载，从而提高试验的精确性。
[0028]3.通过设置限位件，当模型桩插入模拟土层时，限位件和端盖配合对模型桩进行限位，使其不易产生晃动，以保证模型桩安装准确，当模型桩安装外壁后，去除限位件，使得限位件不影响模型桩的正常运动。
[0029]4.本装置安装拆卸方便，且测得数据较为精确。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1为试验专用装置试验状态的立体图；
[0032]图2为安装模型桩状态的立体图；
[0033]图3为去除端盖的立体图；
[0034]图4为端盖与限位件连接关系的立体图；
[0035]图5为试验专用装置试验状态的结构示意图；
[0036]图6为图5中A处的局部放大图。
[0037]其中，1
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试验台，2
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模型箱，3
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模型桩，4
‑
端盖，5
‑
厚碎石层，6
‑<本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种季节性冻土室内试验专用装置，包括试验台(1)，所述试验台(1)顶端固接有模型箱(2)，所述模型箱(2)内设置有模型桩(3)，其特征在于：模拟土层，设置在所述模型箱(2)内，所述模型桩(3)一端插入所述模拟土层内；端盖(4)，设置在所述模型箱(2)顶端，所述端盖(4)与所述模型箱(2)可拆卸连接，所述模型桩(3)穿过所述端盖(4)，且所述端盖(4)通过限位件对所述模型桩(3)进行限位；环境模拟部，包括供水件和升温件，其中，所述供水件设置在所述模型箱(2)外，且所述供水件与所述模拟土层连通；所述升温件设置在所述端盖(4)与所述模拟土层之间，所述升温件用于对所述模拟土层进行升温；施力件，通过支杆(17)设置在所述模型箱(2)外，所述施力件与所述模型桩(3)传动连接；监测部，设置在所述模型桩(3)上，所述监测部用于对所述模型桩(3)进行监测。2.根据权利要求1所述的季节性冻土室内试验专用装置，其特征在于：所述模拟土层包括由下至上依次设置的厚碎石层(5)、厚粗砂层(6)、厚土工布层(7)、地基(8)，所述供水件与所述厚碎石层(5)连通，所述模型桩(3)一端插入所述地基(8)内，所述升温件位于所述地基(8)与所述端盖(4)之间，且所述地基(8)与所述升温件之间存在间隙。3.根据权利要求1所述的季节性冻土室内试验专用装置，其特征在于：所述模型箱(2)顶端内壁开设有放置槽(9)，所述端盖(4)底端通过所述放置槽(9)放置在所述模型箱(2)顶端，所述端盖(4)中心位置开设有阶梯型的摇晃口(10)，所述限位件与所述摇晃口(10)相适配，所述模型桩(3)与所述摇晃口(10)之间存在间隙。4.根据权利要求3所述的季节性冻土室内试验专用装置，其特征在于：所述限位件包括设置在所述摇晃口(10)内的限位柱(11)，所述限位柱(11)外壁与所述摇晃口(10)相适配，且所述限位柱(11)通过所述摇晃口(10)与所述端盖(4)可拆卸连接，所述模型桩(3)贯穿所述限位柱(11)中心位置，且所述模型桩(3)与所述限位柱(11)滑动连接。5.根据权利要求2所述的季节性冻土室内试验专用装置，其特征在于：所述供水件包括设置在所述模型箱(2)外的供水箱(12)，所述供水箱(12)通过进水管(13)与所述厚碎石层(5)连通。6.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：宿金成，杨晓庄，
申请(专利权)人：哈尔滨商业大学，
类型：发明
国别省市：
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