一种考虑基础和地基相互作用的沉降试验系统技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑基础和地基相互作用的沉降试验系统，包括加载砝码、基础板、持力层土、模型箱、地基模拟弹簧、弹簧持力板、联系板、支架柱、位移计、底板、导线和数据采集器。考虑了影响持力层土某一点变形和受力情况的多个因素：荷载大小与形式、基础刚度、持力层土和下卧层土性质，即基础和地基的相互作用；能够直接测出持力层土某一深度处的沉降和应力；弹簧帽之间的摩擦力解决了文科勒地基模型中弹簧地基土之间缺少剪应力的缺点；安装和操作简单、精度高，改变影响沉降的参数简单，能够模拟多种工况，具有极高的应用价值。具有极高的应用价值。具有极高的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑基础和地基相互作用的沉降试验系统


[0001]本专利技术涉及沉降试验技术，确切地说是一种考虑基础和地基相互作用的沉降试验系统。

技术介绍

[0002]建筑物或构筑物在建成后，对原地基土产生附加荷载，附加荷载会使原土层产生压缩，导致地面沉降。研究土体压缩和沉降的方法有室内试验、室外试验和沉降监测等，室内试验主要是固结试验，利用砝码压缩原状土或扰动土，得到土体的压缩模量、压缩系数、压缩指数等参数；室外试验主要是静载荷试验，利用荷载板压缩地基土，得到土体的P
‑
S曲线、变形模量等数据；沉降监测是在建筑物关键部位设置观测点，通过长期监测得到荷载与沉降之间的关系。
[0003]固结试验的缺点是原状土试样难以制取，土体只能竖向变形；静载荷试验的缺点是安装复杂，造价高；沉降监测的缺点是周期长，完整数据不易获取。而且三类试验手段只能得到土层的整体变形，无法测出某一深度处的变形和受力情况。
[0004]另外，影响地基中土体某一点变形和受力情况的因素有上部结构形式、荷载大小与形式、基础刚度、持力层土和下卧层土性质等，如果将这些因素全部考虑，则使地基沉降问题的分析会变得十分复杂，但尽可能多的考虑这些因素则会使分析结果更加接近现实。以往的沉降问题分析中，往往将上部结构、基础和地基分割开来，以简化问题，使得到的结果与实际情况相差较大。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是提供一种考虑基础和地基相互作用的沉降试验系统，该系统考虑了基础和地基的相互作用，能够直接测出持力层土某一深度处的沉降和应力，便于详细记录持力层土底长期的沉降位移过程中的沉降数据，且系统安装及操作使用简单、精度高。
[0006]一种考虑基础和地基相互作用的沉降试验系统，包括加载砝码、基础板、持力层土、模型箱；所述的模型箱内的底部设置地基模拟器，模型箱内装填持力层土，地基模拟器封堵模型箱的底部作为箱底支撑持力层土；所述的地基模拟器设有结构相同的地基弹簧，每个地基弹簧均包括弹簧帽、弹簧和沉降位移传杆；弹簧帽为内部中空、底面开口的长方形腔体，弹簧顶端抵接在弹簧帽顶面，沉降位移传杆的长度大于弹簧的长度，沉降位移传杆顶部套装在弹簧内且沉降位移传杆顶端与弹簧帽顶面抵接，相邻的弹簧帽之间相互紧密贴合，边缘处的弹簧帽与模型箱的内侧壁润滑贴合，弹簧帽充满模型箱内的水平面作为地基面支撑持力层土；沉降位移传杆直径与弹簧内径相应，沉降位移传杆表面光滑，保证与弹簧之间无摩擦力，无摩擦力是摩擦力非常小，其大小在试验中忽略不计；
所述的地基模拟器下方设有弹簧持力板，弹簧持力板设有传递孔，传递孔与沉降位移传杆对应设置，沉降位移传杆插接传递孔中使弹簧底端抵接在弹簧持力板表面；所述的弹簧持力板的下方设有联系板，测量前，沉降位移传杆的底端抵在联系板上由联系板支撑；所述的联系板下方设有底板，底板上连接设置位移计，位移计与沉降位移传杆数量及位置均对应设置，位移计通过导线与数据采集器连接；测量时，抽掉联系板使沉降位移传杆向下触及到位移计使位移计的测量端测量沉降位移传杆下降的位移量；所述的弹簧持力板、联系板及底板均由支架柱连接支撑。
[0007]弹簧与沉降位移传杆之间有微小的间隙，以使弹簧与沉降位移传杆没有摩擦或摩擦力很小可以忽略不计，且有利于弹簧受力时不会发生弯曲，不会偏心。
[0008]本专利技术通过设置地基模拟器，利用结构相同的地基弹簧模拟地基对其上的持力层土进行支撑，每个地基弹簧均包括弹簧帽、弹簧和沉降位移传杆；沉降位移传杆顶端与弹簧帽顶面抵顶，底端穿过传递孔抵触在位移计的顶端，通过位移计测量数据；弹簧的顶端弹簧帽顶面抵顶，弹簧的底端抵接在弹簧持力板表面，抽掉联系板抽出后，位移计的测量杆会随着沉降的发生通过沉降位移传杆下降而回缩，在测量过程中持力层土沉降的作用力作用于弹簧。
[0009]通过弹簧矩阵的位移数据采集，可以得到持力层土底部每一个位置的弹簧变形量，每一个弹簧的沉降位移量，由点到面，每个点的沉降位移量综合起来就是研究的土层面的沉降情况；根据胡克定律用弹簧的劲度系数乘以沉降位移量，得到持力层土底的受力大小；将弹簧受力除以弹簧帽面积，即可得到该处的土应力值。
[0010]沉降位移量，采用差值方式计算，即测量点的持力层土底面的沉降量=加载基础和荷载砝码后的位移计读数
‑
装土后抽掉联系板稳定后的位移计读数。其中“加载基础和荷载砝码后的位移计读数”可以是刚加载基础和荷载砝码后稳定过程中的每一时刻的读数，此时这差值就是沉降量过程；也可以是加载基础和荷载砝码后稳定后的读数，此时这差值就是最终沉降量。由于测量结果计算时用的是差值方法，沉降前与沉降后弹簧帽和沉降位移传杆的重力的影响，在两次测量中均存在，差值计算过程中，通过减法减去了上述重力的影响。并且，相对于上部持力层土的压力而言，弹簧帽和沉降位移传杆的重力是很小的，可以忽略不计，但是，为进一步减小误差影响，弹簧帽和沉降位移传杆用轻质材料制成。
[0011]本专利技术的使用过程分为两个阶段，第一阶段为装土预备阶段，第二阶段为工作测量阶段。
[0012]第一阶段时，沉降位移传杆支撑在联系板上，便于装土压实；联系板通过沉降位移传杆承托持力层土和地基模拟弹簧，位移计此时收缩一定距离，此距离为联系板的厚度。第二阶段时，取下联系板，地基模拟弹簧的弹簧帽由弹簧支撑，位移计此时回弹后顶触到沉降位移传杆，通过数据采集器记录变形稳定时的初始位移量；在持力层土上放置基础板和荷载砝码，通过位移计采集器开始记录在附加荷载下的位移过程，直到变形稳定时得到最终位移量，最终位移量减去初始位移量即得到持力层土底面的沉降位移量。
[0013]作为进一步优选的技术方案：所述的支架柱设有四个，支架柱中部相应位置设有凹槽，凹槽嵌插连接联系板。
[0014]通过上述设置，便于在实验进行中抽出联系板，进行数据测量。
[0015]所述的支架柱顶端设有连接座用于连接支撑弹簧持力板，弹簧持力板与支架柱相连接处设有支柱孔，支架柱底部设有承托底板。
[0016]通过上述设置，便于组装好支架柱后，将弹簧持力板套装在支架柱上。
[0017]所述的地基模拟器针对同一模型箱设有不同型号；地基模拟器不同型号设有的地基弹簧的数量不同。
[0018]通过上述设置，采用地基弹簧的弹簧帽顶面越小，实验测量的数据越详细。
[0019]所述的地基模拟器针对同一模型箱设有相同型号；地基模拟器相同型号设有的地基弹簧的数量相同但弹簧帽的外侧面的摩擦系数不同。
[0020]改变弹簧帽之间的摩擦系数可以模拟不同的地基土性质，通过变化弹簧帽之间的摩擦力大小模拟地基土之间的剪应力大小。
[0021]本技术方案的优点在于：第一：考虑了影响持力层土某一点变形和受力情况的多个因素：荷载大小与形式、基础刚度、持力层土和下卧层土性质，即基础和地基的相互作用；下卧层土，即通过设置地基模拟器模拟下卧层土，以研究沉降。影响持力层土某一点变形和受力情况的因素有多个，本专利技术考虑荷载大小与形式、基础刚度、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑基础和地基相互作用的沉降试验系统，包括加载砝码（1）、基础板（2）、持力层土（3）、模型箱（4），其特征在于：所述的模型箱（4）内的底部设置地基模拟器（5），模型箱（4）内装填持力层土（3），地基模拟器（5）封堵模型箱（4）的底部作为箱底支撑持力层土（3）；所述的地基模拟器（5）设有结构相同的地基弹簧，每个地基弹簧均包括弹簧帽（5.1）、弹簧（5.2）和沉降位移传杆（5.3）；弹簧帽（5.1）为内部中空、底面开口的长方形腔体，弹簧（5.2）顶端抵接在弹簧帽（5.1）顶面，沉降位移传杆（5.3）的长度大于弹簧（5.2）的长度，沉降位移传杆（5.3）顶部套装在弹簧（5.2）内且沉降位移传杆（5.3）顶端与弹簧帽（5.1）顶面抵接，相邻的弹簧帽（5.1）之间相互紧密贴合，边缘处的弹簧帽（5.1）与模型箱（4）的内侧壁润滑贴合，弹簧帽（5.1）充满模型箱（4）内的水平面作为地基面支撑持力层土（3）；所述的地基模拟器（5）下方设有弹簧持力板（6），弹簧持力板（6）设有传递孔（6.2），传递孔（6.2）与沉降位移传杆（5.3）对应设置，沉降位移传杆（5.3）插接传递孔（6.2）中使弹簧（5.2）底端抵接在弹簧持力板（6）表面；所述的弹簧持力板（6）的下方设有联系板（7），测量前，沉降位移传杆（5.3）的底端抵在联系板（7）上由联系板（7）支撑；所述的联系板（7）下方...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪振强，郭禄宏，李聪，段兆岢，刘瑞，张保良，田忠喜，刘万荣，
申请(专利权)人：聊城大学，
类型：发明
国别省市：