一种用于透明土试验的3D打印排水刚性桩模型及使用方法技术

本发明专利技术公开了一种用于透明土试验的3D打印排水刚性桩模型及使用方法，包括排水盲沟、桩身外壳和桩芯，所述桩芯侧面贴有若干应变片，将贴有应变片的桩芯插入桩身外壳内，所述桩身外壳一侧装配有排水盲沟，所述排水盲沟与桩身外壳及桩芯装配在一起，形成排水桩模型，具体的安装顺序为：3D打印排水盲沟从3D打印桩身外壳的凹槽插入3D打印桩身外壳，直到铆钉插入桩芯孔洞，形成3D打印排水刚性桩模型，并用该模型进行透明土试验。本发明专利技术将应变片放置到桩身内侧，可以避免静压桩试验过程中应变片被揭掉导致采集不到数据；排水盲沟一体成形，并可以与桩体锚固；弥补了透明土可视化技术无法采用数据定量分析的缺陷。采用数据定量分析的缺陷。采用数据定量分析的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种用于透明土试验的3D打印排水刚性桩模型及使用方法


[0001]本专利技术涉及一种排水刚性桩模型及使用方法，尤其涉及一种用于透明土试验的3D打印排水刚性桩模型及使用方法。

技术介绍

[0002]排水刚性桩是减弱地震作用下土体超静孔隙水压力积累的一种桩型，采用可视化方式测试排水刚性桩挤土效应及桩
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土作用是有着非常重要意义。
[0003]在室内试验过程中，排水刚性桩在沉桩过程中很难观察到土体内部的变形。针对这类问题需要解决两方面的难题，一个是可视化手段的选择，另一个排水桩模型的构件，其中可视化手段可以选择近几年发展起来的透明土可视化技术，通过图像采集的方法开展桩周土的位置变化，并且计算出桩
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土的内部变形场，排水刚性桩排水通道的建立；对于排水刚性桩的构件需要考虑排水通道的搭建，然而透明土可视化试验为较小的模型试验，排水刚性桩缩尺比较大，因此排水刚性桩模型的构件是一个难题。
[0004]在本专利技术之前，专利号：201920343597.8等申请文件中已对排水刚性桩进行了公开，现有的排水刚性桩设计主要是针对现场或大型模型试验进行运用或评价其宏观效果，但不能实现对细微观桩
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土变化效果的评价，而且在大型模型试验应变片是贴在桩侧处，在静压桩过程中会导致应变片被揭掉，导致数据准确性降低。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术目的是提供一种结构简单、操作容易、便于观察的用于透明土试验的3D打印排水刚性桩模型及使用方法，可以观测桩周土的变形、孔压的变化以及桩身轴力等。
[0006]技术方案：本专利技术包括排水盲沟、桩身外壳和桩芯，所述桩芯侧面贴有若干应变片，将贴有应变片的桩芯插入桩身外壳内，所述桩身外壳一侧装配有排水盲沟，所述排水盲沟与桩身外壳及桩芯装配在一起，形成排水桩模型。
[0007]所述桩芯的每个侧面均设有多个应变片预留槽，应变片预留槽内贴有应变片，用于采集桩身受力情况。
[0008]所述桩身外壳一侧设有凹槽，所述凹槽内装配有排水盲沟，排水盲沟充当排水通道，减弱模型周围孔隙水压力的上升。
[0009]所述排水盲沟一侧设有多个连接件，所述凹槽及桩芯与排水盲沟装配的表面均开设有孔洞，所述孔洞与排水盲沟上的连接件对应设置。
[0010]所述排水盲沟、桩身外壳和桩芯均采用3D打印成型。
[0011]所述排水盲沟为多孔形状，其主体外包裹土工布作为滤膜。
[0012]所述排水盲沟上连接有导管，导管伸出排水桩外侧，并在伸出端的导管上安装流量计，可以对排水体内流量进行检测。
[0013]所述桩芯顶部设有衔接杆，便于试验过程中进行预压。
[0014]所述连接件为铆钉，便于与其他部件结合在一起，同时便于拆卸排水盲沟，更换方便。
[0015]一种用于透明土试验的3D打印排水刚性桩模型的使用方法，包括以下步骤：
[0016]步骤一、预制3D打印排水盲沟、3D打印桩身外壳及3D打印桩芯，并将打印好的3D打印排水盲沟外面包裹土工布；
[0017]步骤二、将应变片贴在应变片预留槽内，并将应变片导线引到桩芯顶部外侧；
[0018]步骤三、应变片粘好后对其进行筛选，直到保证3D打印桩芯上的所有应变片都正常使用后进行下一步；
[0019]步骤四、将粘有应变片的3D打印桩芯插入到3D打印桩身外壳内，之后将排水盲沟插入到3D打印桩身外壳的凹槽处，并使用3D打印材料将桩身外壳和桩芯的孔隙封堵；
[0020]步骤五、采用上述3D打印排水桩模型进行透明土试验。
[0021]有益效果：本专利技术将应变片放置到桩身内侧，可以避免静压桩试验过程中应变片被揭掉导致采集不到数据；排水盲沟一体成形，并可以与桩体锚固；弥补了透明土可视化技术无法采用数据定量分析的缺陷。
附图说明
[0022]图1为本专利技术的整体结构示意图；
[0023]图2为本专利技术的组装示意图；
[0024]图3是本专利技术的俯视图。
具体实施方式
[0025]下面结合附图对本专利技术作进一步说明。
[0026]如图1至图3所示，本专利技术包括排水盲沟1、桩身外壳4和桩芯7，桩身外壳4一侧开有凹槽6，排水盲沟1一侧间隔设有三个铆钉3，桩芯7插入桩身外壳4后，将排水盲沟1插入凹槽6内，凹槽6及桩芯7靠近排水盲沟1的一侧均开设有与铆钉3对应的孔洞5，排水盲沟1装配入凹槽6后，排水盲沟1一侧的铆钉3对应装入凹槽6及桩芯7的孔洞5，形成排水刚性桩模型。
[0027]排水盲沟1、桩身外壳4和桩芯7均采用3D打印成型，三者材料相同，3D打印桩芯从上往下插入到3D打印桩身外壳，3D打印排水盲沟可从3D打印桩身外壳的凹槽侧面插入3D打印桩芯。具体的安装顺序为3D打印排水盲沟从3D打印桩身外壳的凹槽插入3D打印桩身外壳，直到铆钉插入桩芯孔洞，形成3D打印排水刚性桩模型，并用该模型进行透明土试验，检测模型的桩
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土位移场、孔压变化及桩身轴力等，检测试验为本领域的常规手段，在此不作重复说明。
[0028]排水盲沟1为多孔形状，由3D打印一体成形，孔洞面积及尺寸可调节，主体外包裹土工布作为滤膜，在上中下位置镶嵌铆钉3，便于与其他部件结合在一起，同时便于拆卸排水盲沟1，更换方便。3D打印排水盲沟充当排水通道，减弱模型周围孔隙水压力的上升，并且在排水盲沟1上连接导管，导管伸出排水桩外侧，并在伸出端的导管上安装流量计12，可以对排水体内流量进行检测，如图2所示。
[0029]桩身外壳4为3D打印一体成形，高度与排水盲沟1相同，其内部为空心，距离底部为实心，实心高度为桩身总长度的1/20～1/15，壁厚仅为桩径的1/10～1/6，确保应变片尽量
靠近桩壁侧端，保证采集数据的准确性，外部镶嵌排水盲沟1一侧具有凹槽6，并在凹槽6上中下开有孔洞5，孔洞5的位置要避开应变片预留槽8。
[0030]桩芯7为3D打印一体成形的实体，每个侧面都间隔均匀地设有应变片预留槽8，应变片预留槽8内贴有应变片13，用于采集桩身受力情况。应变片13放置到应变片预留槽8后采用胶水进行固定，之后插入到3D打印桩身外壳里，并用相同材质的3D打印材料对孔隙进行填充，保证桩芯7与桩身外壳4紧密契合。在与排水盲沟装配的一侧上中下三部分预制孔洞5，同样，孔洞5的位置要避开应变片预留槽8。桩芯7顶部设有衔接杆10，便于试验过程中进行预压。
[0031]本专利技术排水刚性桩模型的使用方法，包括以下步骤：
[0032]步骤一、使用3D打印机进行预制3D打印排水盲沟、3D打印桩身外壳及3D打印桩芯，并将打印好的3D打印排水盲沟外面包裹超薄一层土工布，用于充当滤膜防止试验土进入排水通道内；
[0033]步骤二、将应变片放置到3D打印桩芯的应变片预留槽8的位置处，紧密贴合在一起，应变片导线14从预留通道处自贴合位置引到3D打印桩芯顶部外侧，应变片13位置使用防水胶水进行粘接；
[0034]步骤三、应变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于透明土试验的3D打印排水刚性桩模型，其特征在于，包括排水盲沟、桩身外壳和桩芯，所述桩芯侧面贴有若干应变片，将贴有应变片的桩芯插入桩身外壳内，所述桩身外壳一侧装配有排水盲沟，所述排水盲沟与桩身外壳及桩芯装配在一起，形成排水桩模型。2.根据权利要求1所述的一种用于透明土试验的3D打印排水刚性桩模型，其特征在于，所述桩芯的每个侧面均设有多个应变片预留槽，所述应变片预留槽内贴有应变片。3.根据权利要求2所述的一种用于透明土试验的3D打印排水刚性桩模型，其特征在于，所述桩身外壳一侧设有凹槽，所述凹槽内装配有排水盲沟。4.根据权利要求3所述的一种用于透明土试验的3D打印排水刚性桩模型，其特征在于，所述排水盲沟一侧设有多个连接件，所述凹槽及桩芯与排水盲沟装配的表面均开设有孔洞，所述孔洞与排水盲沟上的连接件对应设置。5.根据权利要求1所述的一种用于透明土试验的3D打印排水刚性桩模型，其特征在于，所述排水盲沟、桩身外壳和桩芯均采用3D打印成型。6.根据权利要求5所述的一种用于透明土试验的3D打印排水刚性桩模型，其特征在于，所述排水盲沟为多孔形状，其主体外包裹土...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩一，陈育民，傅钟灵，杨贵，苟永刚，陈润泽，姚肖飞，李振雄，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：