本发明专利技术公开一种针对1：1或者等比例缩放的混凝土桩模型进行试验的装置，该混凝土桩侧摩阻力卧式模拟试验装置以卧式的状态进行，解决现有立式结构高度、安装、调试存在的困难和危险，并以此展开的针对该桩的侧摩阻力试验方法，混凝土桩侧摩阻力卧式模拟试验装置，包括钢壳结构、桩土填充体、压力室加荷机构及液压加载机构、数据采集系统，其中，数据采集系统用于采集应力温度、湿度、应力、位移数据，实验过程中，可以进行动态的调整和动态的模拟桩环境(包括不限于温度、湿度、土层压力、土质模拟)，实现模拟不同加载条件下桩周土受力状态的桩侧摩阻力的情形并获得相关的数据。侧摩阻力的情形并获得相关的数据。侧摩阻力的情形并获得相关的数据。
【技术实现步骤摘要】
混凝土桩侧摩阻力卧式模拟试验装置及方法
[0001]本专利技术涉及用于实验室场景的混泥土桩侧摩阻力试验装置及方法，具体来说是一种卧式结构的、能够满足等比例试验模型验证的试验装置。
技术介绍
[0002]目前桩基侧摩阻力设计手册中，是根据土层密实及坚硬程度给出单桩极限侧摩阻力经验值，给出的侧摩阻力值一般为固定值，该固定值是参考性的。对于单根混凝土桩单根进行等比例的试验模型及其模拟装置，目前还没有先例。究其原因，混凝土桩的长度一般较大，短桩一般不低于5米，长桩在数十米设置几十米的超长桩都是存在的，因此，模拟装置在科研单位是不存在的。
[0003]综上所述，不论是基于工程实际的需要，还是基于试验获取数据并改进的需要，亟需一种在试验室内即可展开的、能对等比例缩放的混凝土桩进行模拟试验的试验装置。
[0004]针对这一问题，申请人展开了积极的技术背景调查，调查结论如下：
[0005]1、采用立式结构试验，这种结构对于短桩进行建造可行，但是对于长桩不适用，理由是高度过大，存在安全隐患。例如，CN207959298U中公开了一种抗滑桩模型试验装置，其模型桩置于模型箱中，模型箱为刚性无盖、有底的矩形箱，且由上箱体和下箱体两部分横向滑动连接构成，为立式结构模型；下箱体的内腔填满滑床材料，上箱体填满滑坡体材料。
[0006]2、土样无法进行夯实加固，实验室难以模拟实际土层中的压力。例如，CN113865990A公开一种模拟混凝土桩在冻土层中拉拔试验的装置，包括试验箱体、制冷系统、拉拔系统、量测系统与信息采集系统；量测系统包括位移传感器、传感器限位板与钢制刻度尺；试验箱体通过其中的外框架安装在地面上，上述的土层无法模拟实际的土层压力，其密实度不能保证，与工程实际相差较远。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的是提供一种针对1：1或者等比例缩放的混凝土桩模型进行试验的装置，该混凝土桩侧摩阻力卧式模拟试验装置以卧式的状态进行，解决现有立式结构高度、安装、调试存在的困难和危险，并以此展开的针对该桩的侧摩阻力试验方法，实验过程中，可以进行动态的调整和动态的模拟桩环境(包括不限于温度、湿度、土层压力、土质模拟)，实现模拟不同加载条件下桩周土受力状态的桩侧摩阻力的情形并获得相关的数据。
[0008]本专利技术为实现上述目的采用的技术方案是：
[0009]混凝土桩侧摩阻力卧式模拟试验装置，包括钢壳结构、桩土填充体、压力室加荷机构及液压加载机构、数据采集系统，其中，数据采集系统用于采集应力温度、湿度、应力、位移数据，其特征在于：
[0010]所述钢壳结构是由主壳和副壳围合而成的可开合的钢筒，并在主壳和副壳内、外表面设置肋板，主壳的一端端部通过钢销铰接活动安装在安装基础上，另一端为自由开合状态；以及在该主壳的安装基础之间还存在多个扣合安装的卡扣安装点；该钢壳结构沿着
铰接点调整倾斜角度，该调整角度的动力部件为液压千斤顶Ⅰ；
[0011]在钢筒的底端固定法兰盖，顶端设置环形法兰，该法兰盖内侧固定安装液压千斤顶Ⅱ，以及，该液压千斤顶Ⅱ另一端固定安装滑柱，该滑柱为圆柱体，其与钢筒内壁贴合并滑动配合，在液压千斤顶Ⅱ的作用下，所述滑柱具有滑动动作，其最大行程为不低于20厘米；所述环形法兰是由两个半环形组成的，所述环形法兰外沿所述钢筒之间采用高强度螺钉进行紧固，环形法兰内侧设置橡胶环并通过橡胶环与桩体颈部配合；
[0012]所述桩体顶部与液压加载机构配合，液压加载机构对桩体进行压、拉的加载；
[0013]在桩体和钢筒之间的空间中填充桩土填充体；
[0014]所述压力室加荷机构包括细沙、加荷塞和预埋压力传感器，该细沙为干燥状态，且所述细沙自主壳或者副壳上的填充口填充并在加荷塞的作用下填充到钢壳和桩体填充体之间的空隙中。
[0015]所述的数据采集机构包括千斤顶压力表、压力传感器、数据传输线、数据接收处理器、位移计和温度传感器、湿度传感器、应变传感器和单片机，其中，千斤顶压力表安装在每个液压千斤顶上，用于监测液压压力数值；所述位移计监测并获得桩体在外部加载力的作用下的顶端位移数据；应变片从距桩体的底部每间隔等间距往上分层分组粘贴，每一层粘贴三个结构相同的应变片，将应变片的数据输出触点用铜线焊接并引伸至与单片机连接的电阻应变仪，采集并获得应变数据；所述温度传感器、湿度传感器、压力传感器设置在桩土填充体内部，多点设置并通过数据传输线与单片机相连接。
[0016]所述位移计采用位移传感器，采用配套的螺丝和固定支架将位移传感器的底端固定在液压加载机构的横梁上，位移传感器的拉杆端插入并固定在基础标杆上。
[0017]所述压力传感器预埋在细沙层或者桩土层中。
[0018]所述液压加载机构包括横梁、安装牛腿和液压千斤顶Ⅲ，其中，液压千斤顶Ⅲ为两个，左右各一分别自两侧对横梁进行支撑，液压千斤顶Ⅲ的另一端固定在安装牛腿上，横梁的中间部位固定连接桩体的桩头。
[0019]所述加荷塞采用螺纹柱塞。
[0020]所述加荷塞采用液压加荷。
[0021]所述压力室加荷机构为设置在钢壳上的多个螺旋加沙器。
[0022]所述钢筒外壁固定振捣器。
[0023]所述钢筒内表面的肋板为高度在50毫米以内的环形或螺旋肋板，焊接固定。
[0024]所述主壳的铰接安装端为圆筒状，剩余部分为二分之一弧形板，其中副壳为二分之一弧形板，并在主壳和副壳之间通过多个高强度螺栓进行封装连接。
[0025]混凝土桩侧摩阻力卧式模拟试验方法，包括如下步骤：
[0026]步骤一、在筒体主壳内填充砂石土样，该砂石土样自施工现场开采获得，填充的过程中根据需要进行喷水，逐层填充逐层喷水，用造型刮板刮除多余砂石，并用滚压装置沿着轴向滚动形成安放桩体的凹槽，此过程中，在砂石中预埋温度传感器、湿度传感器和压力传感器，并经过数据线引出钢筒外，通过数据接口于数据采集模块连接，预先在桩体的颈部套装橡胶环，并固定半片环形法兰，安装时，将桩体安放在凹槽内并以环形法兰卡装在主壳的顶端，定位后，桩体的外漏长度不低于40厘米；
[0027]应变片从距桩体的底部每间隔等间距往上分层分组粘贴，每一层粘贴三个结构相
同的应变片，并将桩体周围覆盖砂石土样，并进行初步的夯实或碾压，提高桩体周围的土样的密实度；
[0028]步骤二、桩体安装与就位，要求桩体轴线与钢壳的轴线同轴度不低于
±
1毫米/百米，调整好位置后，进行副壳合模，并将两片环形法兰合拢，使用高强度螺栓组件将主壳和副壳合拢，以及将环形法兰与副壳固定，然后在副壳上的填充窗注入干燥的砂石土样；
[0029]步骤三，利用液压千斤顶Ⅰ将钢壳筒体顶升一定倾斜夹角，向壳体内输送干燥的细沙，填充的过程中，利用振捣器对筒体外壁进行震动，待满后进行对填沙口封堵，细沙为干燥的细沙，通过振捣器的振捣使得细沙充分的填充；
[0030]步骤四、使用底部的液压千斤顶Ⅱ进行轴向加压，使得砂石土样在轴向上密实，待液压千本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.混凝土桩侧摩阻力卧式模拟试验装置，包括钢壳结构、桩土填充体、压力室加荷机构及液压加载机构、数据采集系统，其中，数据采集系统采集应力温度、湿度、应力和位移数据，其特征在于：所述钢壳结构是由主壳和副壳围合而成的可开合的钢筒，并在主壳和副壳内、外表面设置肋板，主壳的一端端部通过钢销铰接活动安装在安装基础上，另一端为自由开合状态；以及在该主壳的安装基础之间还存在多个扣合安装的卡扣安装点；该钢壳结构沿着铰接点调整倾斜角度，该调整角度的动力部件为液压千斤顶Ⅰ；在钢筒的底端固定法兰盖，顶端设置环形法兰，该法兰盖内侧固定安装液压千斤顶Ⅱ，以及，该液压千斤顶Ⅱ另一端固定安装滑柱，该滑柱为圆柱体，其与钢筒内壁贴合并滑动配合，在液压千斤顶Ⅱ的作用下，所述滑柱具有滑动动作，其最大行程为不低于20厘米；所述环形法兰是由两个半环形组成的，所述环形法兰外沿所述钢筒之间采用高强度螺钉进行紧固，环形法兰内侧设置橡胶环并通过橡胶环与桩体颈部配合；所述桩体顶部与液压加载机构配合，液压加载机构对桩体进行压、拉的加载；在桩体和钢筒之间的空间中填充桩土填充体；所述压力室加荷机构包括细沙、加荷塞和预埋压力传感器，该细沙为干燥状态，且所述细沙自主壳或者副壳上的填充口填充并在加荷塞的作用下填充到钢壳和桩体填充体之间的空隙中；所述的数据采集机构包括千斤顶压力表、压力传感器、数据传输线、数据接收处理器、位移计、温度传感器、湿度传感器、应变传感器和单片机，其中，千斤顶压力表安装在每个液压千斤顶上，用于监测液压压力数值；所述位移计监测并获得桩体在外部加载力的作用下的顶端位移数据；应变片从距桩体的底部每间隔等间距往上分层分组粘贴，每一层粘贴三个结构相同的应变片，将应变片的数据输出触点用铜线焊接并引伸至与单片机连接的电阻应变仪，采集并获得应变数据；所述温度传感器、湿度传感器、压力传感器设置在桩土填充体内部，多点设置并通过数据传输线与单片机相连接。2.根据权利要求1所述的混凝土桩侧摩阻力卧式模拟试验装置，其特征在于，所述位移计采用位移传感器，采用配套的螺丝和固定支架将位移传感器的底端固定在液压加载机构的横梁上，位移传感器的拉杆端插入并固定在基础标杆上。3.根据权利要求2所述的混凝土桩侧摩阻力卧式模拟试验装置，其特征在于，所述压力传感器预埋在细沙层或者桩土层中。4.根据权利要求1所述的混凝土桩侧摩阻力卧式模拟试验装置，其特征在于，所述液压加载机构包括横梁、安装牛腿和液压千斤顶Ⅲ，其中，液压千斤顶Ⅲ为两个，左右各一分别自两侧对横梁进行支撑，液压千斤顶Ⅲ的另一端固定在安装牛腿上，横梁的中间部位固定连接桩体的桩头。5.根据权利要求4所述的混凝土桩侧摩阻力卧式模拟试验装置，其特征在于，所述加荷塞采用螺纹柱塞。6.根据权利要求4所述的混凝土桩侧摩阻力卧式模拟试验装置...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘桂海，于宪涛，汪鹤，杨君磊，姜玉荣，张伟，崔文升，
申请(专利权)人：山东交通学院，
类型：发明
国别省市：
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