【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉土木工程实验装置，特别是涉及劲性水泥土组合桩模型试验装置及其应用方法。
技术介绍
1、在资源节约型、环境友好型社会的建设要求下，工程领域低碳而可持续的发展势在必行，采用节能、更具经济性的工程措施及方法是发展的必然选择。在各类工程的基础建设中，桩基往往能提供相当大的承载力，但随之是高昂的造价与庞大的能源及材料的消耗，在某些仅需较小承载力的工程建设，如海岸滩涂的光伏电站建设中，往往为满足规范的最小要求而造成大量的资源浪费，此时，若选择采用劲性水泥土复合桩将极大地降低造价及能耗。
2、劲性水泥土复合桩是一种待水泥土搅拌桩施工完成后，将劲性芯桩竖直植入水泥土搅拌桩中让其外围为水泥土所包裹的新型组合桩，其兼具水泥土搅拌桩较大的桩侧摩阻力及芯桩较高的强度和刚度。
3、目前对于劲性水泥土组合桩的研究方法，多为现场实地制作，再进行试验，但现场实地试验需投入大量的人力、物力、财力，且现场地质条件复杂多样，土层多变，无法控制单一变量进行参数敏感性分析及得出特定土层下的对应参数数值，不利于工程计算及数值模拟分析；而数值模拟分析时又由于输入参数的不准确、数值模拟模型理论的不完善，与现实世界存在着较大的差异，不能够真实地反映实际情况。因此，本专利技术提出一种用于室内模拟试验的劲性水泥土组合桩模型试验装置及其应用方法，以期更好地反映劲性水泥土组合桩实际情况，降低研究成本，节约资源，减少能耗。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供劲性水泥土组合桩模型试验装置及其应用方法，
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供劲性水泥土组合桩模型试验装置，包括：
3、土体容器钢筒，所述土体容器钢筒内设置有桩体；
4、支撑组件，所述支撑组件包括竖向支架和横向支架，所述竖向支架和所述横向支架分别可拆卸连接在所述土体容器钢筒的顶端；
5、加载机构，所述加载机构与所述竖向支架、所述横向支架之间可拆卸连接，所述加载机构的输出端与所述桩体可拆卸连接；
6、数据传输系统，所述数据传输系统安装在所述竖向支架或所述横向支架上，所述数据传输系统与所述加载机构之间固定连接；
7、其中，所述土体容器钢筒的底部安装有若干移动组件和水平校准组件，所述土体容器钢筒内设置有侧向刚度调节模块，所述侧向刚度调节模块内填充有实验土体，所述桩体设置所述实验土体内。
8、根据本专利技术提供的劲性水泥土组合桩模型试验装置，所述加载机构包括连接板，所述连接板上固定连接有两平行设置的液压千斤顶，两所述液压千斤顶之间设置有垫板，所述垫板与所述连接板之间固定连接，所述垫板上固定连接有载荷传感器，所述载荷传感器上通过连接件可拆卸连接有带环钢杆，所述带环钢杆与所述桩体之间可拆卸连接，所述液压千斤顶与所述竖向支架或所述横向支架之间可拆卸连接。
9、根据本专利技术提供的劲性水泥土组合桩模型试验装置，两所述液压千斤顶的底端固定连接有延伸板，所述延伸板的中心位置开设有让位孔，所述带环钢杆穿过所述让位孔，所述延伸板与所述竖向支架或所述横向支架之间可拆卸连接。
10、根据本专利技术提供的劲性水泥土组合桩模型试验装置，所述竖向支架包括两组平行设置的横梁，两组所述横梁均与所述土体容器钢筒的顶端之间可拆卸连接，两组所述横梁之间设置有间隔，所述延伸板与两所述横梁之间通过螺栓可拆卸连接。
11、根据本专利技术提供的劲性水泥土组合桩模型试验装置，所述横向支架包括l形钢板，所述l形钢板可拆卸连接在所述土体容器钢筒的顶端，所述延伸板与所述l形钢板的一侧可拆卸连接，所述l形钢板上开设有通孔，所述通孔与所述让位孔对应设置。
12、根据本专利技术提供的劲性水泥土组合桩模型试验装置，所述土体容器钢筒的顶端周向等间距开设有若干定位孔，所述横梁与所述土体容器钢筒之间、所述l形钢板与所述土体容器钢筒之间分别通过所述螺栓可拆卸连接。
13、根据本专利技术提供的劲性水泥土组合桩模型试验装置，所述土体容器钢筒的底端开设有排水孔。
14、根据本专利技术提供的劲性水泥土组合桩模型试验装置，所述数据传输系统包括安装在所述延伸板上的位移传感器，所述位移传感器拉线端头与所述垫板固定连接。
15、根据本专利技术提供的劲性水泥土组合桩模型试验装置，所述移动组件包括安装在所述土体容器钢筒底部的万向轮；所述水平校准组件包括安装在所述土体容器钢筒底部的竖向支撑杆。
16、劲性水泥土组合桩模型试验装置的应用方法，包括如下步骤：
17、步骤一，在土体容器钢筒填充实验土体，在盛满试验土体的土体容器钢筒中心采用螺旋叶片挖孔器进行挖孔，在孔洞中埋入试验所要求管长、外径小于所挖孔径的塑料管至试验指定深度，使用水准气泡仪保证塑料管的水平及竖直，使用标尺在塑料管内测量是否已达指定深度，若为否采用洛阳铲铲取出管底余土；
18、步骤二，将按试验要求拌制好的水泥土拌合物分次定量注入塑料管中，每次注入后采用振动棒振实水泥土拌合物；注入完成后缓慢拔出塑料管，让水泥土拌合物自然坍落至与周围土体密接，添加水泥土拌合物与实验土体顶面水平，完成桩体浇筑；随后于桩体中心植入劲性芯桩至试验指定位置，轻微上下插拔使桩体密实，通过水准气泡仪保证劲性芯桩的水平及竖直，对桩体进行模拟养护，直至桩体凝实；
19、步骤三，将竖向支架固定在土体容器钢筒顶端，将加载机构安装在竖向支架上，加载机构输出加载力，对桩体进行竖直方向上的加载，数据传输系统将加载机构的加载力及位移数据传输至终端系统，结束之后查看桩体的形变及破坏情况，之后实施步骤三或步骤四；
20、步骤四，将横向支架固定在土体容器钢筒顶端，将加载机构安装在横向支架上，加载机构输出横向加载力，对桩体进行横向的加载，数据传输系统将加载机构的加载力及位移数据传输至终端系统，结束之后查看桩体的形变及破坏情况。
21、本专利技术公开了以下技术效果：
22、1)本专利技术将劲性水泥土组合桩的现场制作再加载试验研究转变为室内试验，装置一体化程度高，操作简单，组装/拆卸方便快捷，极大地降低研究所需人力、物力、财力，降低研究成本，节约资源，减少能耗。
23、2)本专利技术规避现场地质条件复杂、土层多变的弊端，可控制单一土层变量进行参数敏感性分析及得出指定土层下的对应参数数值，为工程计算及数值模拟分析提供准确的参数。
24、3)本专利技术规避数值模拟分析时输入参数不准确、模型理论不完善，与现实世界存在较大差异的问题，真实地反映物理世界中桩体的制作及受荷的实际状况。
25、4)本专利技术可解决现有试验装置无法真实反映桩周土体对桩体的非均匀约束作用的难题，并降低土体容器钢筒侧壁刚性约束造成的实验误差，同时克服传统方法即使采用多层土体也无法实现对桩体随深度逐渐连续性增强的非均匀约束作用难题，其尤其适用于水平作用力情形。
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1.劲性水泥土组合桩模型试验装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的劲性水泥土组合桩模型试验装置，其特征在于：所述加载机构包括连接板，所述连接板上固定连接有两平行设置的液压千斤顶(3)，两所述液压千斤顶(3)之间设置有垫板(6)，所述垫板(6)与所述连接板之间固定连接，所述垫板(6)上固定连接有载荷传感器，所述载荷传感器上通过连接件(7)可拆卸连接有带环钢杆(16)所述带环钢杆(16)与所述桩体(13)之间可拆卸连接，所述液压千斤顶(3)与所述竖向支架或所述横向支架之间可拆卸连接。
3.根据权利要求2所述的劲性水泥土组合桩模型试验装置，其特征在于：两所述液压千斤顶(3)的底端固定连接有延伸板，所述延伸板的中心位置开设有让位孔，所述延伸板与所述竖向支架或所述横向支架之间可拆卸连接。
4.根据权利要求3所述的劲性水泥土组合桩模型试验装置，其特征在于：所述竖向支架包括两组平行设置的横梁(2)，两组所述横梁(2)均与所述土体容器钢筒(1)的顶端之间可拆卸连接，两组所述横梁(2)之间设置有间隔，所述延伸板与两所述横梁(2)之间通过螺栓(9)可拆
5.根据权利要求4所述的劲性水泥土组合桩模型试验装置，其特征在于：所述横向支架包括L形钢板(17)，所述L形钢板(17)可拆卸连接在所述土体容器钢筒(1)的顶端，所述延伸板与所述L形钢板(17)的一侧可拆卸连接，所述L形钢板(17)上开设有通孔，所述通孔与所述让位孔对应设置。
6.根据权利要求5所述的劲性水泥土组合桩模型试验装置，其特征在于：所述土体容器钢筒(1)的顶端周向等间距开设有若干定位孔(8)，所述横梁(2)与所述土体容器钢筒(1)之间、所述L形钢板(17)与所述土体容器钢筒(1)之间分别通过所述螺栓(9)可拆卸连接。
7.根据权利要求1所述的劲性水泥土组合桩模型试验装置，其特征在于：所述土体容器钢筒(1)的底端开设有排水孔(10)。
8.根据权利要求3所述的劲性水泥土组合桩模型试验装置，其特征在于：所述数据传输系统包括安装在所述延伸板上的位移传感器(5)，所述位移传感器(5)与所述液压千斤顶(3)底部延伸板固定连接，拉线端头与所述垫板(6)固定连接。
9.根据权利要求1所述的劲性水泥土组合桩模型试验装置，其特征在于：所述移动组件包括安装在所述土体容器钢筒(1)底部的万向轮(11)；所述水平校准组件包括安装在所述土体容器钢筒(1)底部的竖向支撑杆(12)。
10.劲性水泥土组合桩模型试验装置的应用方法，基于权利要求1-9任一项所述的劲性水泥土组合桩模型试验装置，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.劲性水泥土组合桩模型试验装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的劲性水泥土组合桩模型试验装置，其特征在于：所述加载机构包括连接板，所述连接板上固定连接有两平行设置的液压千斤顶(3)，两所述液压千斤顶(3)之间设置有垫板(6)，所述垫板(6)与所述连接板之间固定连接，所述垫板(6)上固定连接有载荷传感器，所述载荷传感器上通过连接件(7)可拆卸连接有带环钢杆(16)所述带环钢杆(16)与所述桩体(13)之间可拆卸连接，所述液压千斤顶(3)与所述竖向支架或所述横向支架之间可拆卸连接。
3.根据权利要求2所述的劲性水泥土组合桩模型试验装置，其特征在于：两所述液压千斤顶(3)的底端固定连接有延伸板，所述延伸板的中心位置开设有让位孔，所述延伸板与所述竖向支架或所述横向支架之间可拆卸连接。
4.根据权利要求3所述的劲性水泥土组合桩模型试验装置，其特征在于：所述竖向支架包括两组平行设置的横梁(2)，两组所述横梁(2)均与所述土体容器钢筒(1)的顶端之间可拆卸连接，两组所述横梁(2)之间设置有间隔，所述延伸板与两所述横梁(2)之间通过螺栓(9)可拆卸连接。
5.根据权利要求4所述的劲性水泥土组合桩模型试验装置，其特征在于：所述横向支架包括l形钢板(17)，所述l形钢板(17)可拆卸连接...
【专利技术属性】
技术研发人员：游先辉，单宁康，吴学震，罗亚红，刘金玲，王惠芳，江珍梅，郑震志，夏亚歆，
申请(专利权)人：福建杰屿智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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