深层开挖条件下抗拔桩力学性能测试装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及深层开挖条件下抗拔桩力学性能测试装置，该装置包括显示器、数据处理器、控制器、抽水机、大功率离心风机、红外线自动控制冲水系统、施工升降机，所述的数据处理器与显示器连接，所述的控制器与数据处理器连接，所述的抽水机、大功率离心风机、红外线自动控制冲水系统、施工升降机分别与控制器连接。与现有技术相比，本实用新型专利技术具有优化设计与施工方案，节省了工程投资，完善了抗拔桩分析理论等优点。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种测试装置，尤其是涉及深层开挖条件下抗拔桩力学性能测试直O
技术介绍
随着城市建设的发展，抗拔桩应用越来越广泛，应用的领域主要包括房屋建筑、道路桥梁、海上海岸工程、输变电工程等建设工程。然而到目前为止，大部分关于抗拔桩的研究都是基于桩顶部埋置于地表或是地下很浅的位置，而对于正在建设的亚洲最大的地下变电站工程——上海世博500kV大型地下变电站工程(以下简称世博地下变工程)这样的一类大型工程而言，面临的是一种全新的抗拔桩课题。该变电站为全地下结构，地下结构直径为130米，埋置深度约34米，因此该工程的抗拔桩全部是深埋入地下的，在抗拔桩基础上则面临着深基坑开挖，上覆土层的大面积卸载使得抗拔桩的承载力确定变得很复杂。由于原位试桩只能在基坑开挖前进行，即使采用双套管施工的钻孔灌注桩进行试桩，也只是忽略了地面至坑底段桩侧摩阻力，但并没有考虑开挖卸载对桩土接触面法向应力的改变。目前有关抗拔桩的研究大多基于桩顶部埋置于地表或地下很浅的位置，且多数地质条件为砂土和软岩，而对于上海软土地区世博地下变这类大型工程而言，所有桩都深埋于地下，特别是需要考虑深基坑开挖对抗拔桩承载特性的影响，面临的是一种全新的抗拔桩课题。以往研究表明，上海地区中长抗拔扩底桩破坏模式往往表现为小角度扩展形式， 然而有关抗拔桩在开挖卸载作用下的破坏特性及承载力机理目前仍不明确，尚缺乏相关的理论分析和试验研究。目前还没有基于对现场试验成果分析、离心模型试验、理论分析和数值模拟等多种技术手段结合的系统研究。
技术实现思路
本技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种优化设计与施工方案，节省了工程投资，完善了抗拔桩分析理论的深层开挖条件下抗拔桩力学性能测试装置。本技术的目的可以通过以下技术方案来实现深层开挖条件下抗拔桩力学性能测试装置，其特征在于，该装置包括显示器、数据处理器、控制器、抽水机、大功率离心风机、红外线自动控制冲水系统、施工升降机，所述的数据处理器与显示器连接，所述的控制器与数据处理器连接，所述的抽水机、大功率离心风机、红外线自动控制冲水系统、施工升降机分别与控制器连接。所述的控制器通过控制抽水机、大功率离心风机、红外线自动控制冲水系统、施工升降机得到深层开发条件下抗拔桩力学性能数据。与现有技术相比，本技术直接应用于上海世博500kV地下变电站抗拔桩基础工程，优化了设计与施工方案，克服了关键技术难点，节省了工程投资。数值模拟和试验研究揭示了抗拔桩的承载机理，很好的模拟了深开挖条件下抗拔桩承载特性，在此基础上提出的简化计算方法和极限分析法，完善了抗拔桩分析理论，并为今后抗拔桩设计提供了理论支撑和指导。附图说明图1为本技术的结构示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本技术进行详细说明。实施例如图1所示，深层开挖条件下抗拔桩力学性能测试装置，该装置包括显示器1、数据处理器2、控制器3、抽水机4、大功率离心风机5、红外线自动控制冲水系统6、施工升降机7，数据处理器2与显示器1连接，控制器3与数据处理器2连接，抽水机4、大功率离心风机5、红外线自动控制冲水系统6、施工升降机7分别与控制器3连接。控制器3通过控制抽水机4、大功率离心风机5、红外线自动控制冲水系统6、施工升降机7得到深层开发条件下抗拔桩力学性能数据。深层开发条件下抗拔桩力学性能的测试方法，该测试方法如下所示(1)利用数值分析方法、离心模型试验、极限平衡法和极限分析法建立了扩底抗拔桩的竖向受拉力学模型；(2)基于离心模型试验及数值模拟，得出了等截面抗拔桩和扩底抗拔桩的破坏机理和承载力特性及开挖卸载下抗拔承载力损失特性；(3)提出了预估深开挖条件下抗拔桩承载力损失的三种计算方法数值分析方法、基于Mindlin (人名明德林)解的简化分析方法和近似查表方法。(4)采用改进的Monte-Carlo (人名蒙特卡罗)搜索技术确定临界破坏面，建立扩底抗拔桩极限承载力多块体极限上限分析法。本专利技术基于极限平衡法和多块体上限法提出的抗拔桩承载力简化分析方法在理论上有一定创新，并实现了抗拔桩离心模型试验研究。超深基坑开挖条件下扩底抗拔桩承载力多块体极限上限理论分析在国内外均属空白。本专利技术对以下内容进行研究(1)抗拔桩承载能力的有限元数值模拟及试验验证；(2)有限元模拟单桩承载能力的试验验证；(3)抗拔桩承载能力的机理探讨；(4)群桩基础抗拔承载力的有限元模拟。本专利技术通过研究得出的结论为(1)开挖条件下抗拔桩基础承载力损失特性深开挖条件下，随着开挖半径增加，抗拔桩的承载力损失比逐渐增大，开始呈线性增加趋势，在开挖半径接近2倍抗拔桩有效桩长后，损失比增加变缓；随开挖深度与有效桩长比值增加，抗拔桩承载力损失比逐渐增大；当基坑开挖尺寸恒定时，适当增加抗拔桩有效桩长可提高抗拔桩极限承载力并显著降低开挖后抗拔桩承载力损失比。(2)开挖条件下抗拔桩极限承载力离心模型试验结果离心模型试验结果表明，当开挖半径R = 15m,开挖深度H = 13m，有效桩长L = 20m, R/L = 0. 75和H/L = 0. 65，等截面抗拔桩承载力损失了 9. 84%，扩底抗拔桩承载力损失了 8.42%。开挖条件下扩底抗拔桩承载力损失略小于等截面抗拔桩。(3)抗拔桩极限承载力的简化分析方法的适用性基于局部滑移面假设，采用椭圆面描述扩大头周围土体的局部滑移面，利用静力平衡推导滑移面上抗拔阻力，从而得到扩底抗拔桩承载力极限平衡算法。通过对多个工程实例结果进行回归分析，得出一个扩底抗拔桩扩大头影响高度随扩大头埋置深度的经验关系式。采用改进Monte-Carlo搜索技术确定临界破坏面，基于多块体上限法对扩底抗拔桩进行分析，计算扩底桩承载力得到的上限解相比原位试桩偏大10%左右，表明上限解预测精度完全满足工程应用要求。(4)上海世博500kV地下变抗拔桩基础承载力特性分析上海世博500kV地下变，开挖半径R = 65m,开挖深度H = 34m,有效桩长L = 48. 5m,即R/L = 1. 34和H/L = 0. 70,开挖后基坑中心位置处抗拔桩承载力损失最大，等截面抗拔桩承载力损失了 22.3%，扩底抗拔桩承载力损失了 21.4%。利用数值分析方法、离心模型试验、极限平衡法和极限分析法建立了扩底抗拔桩的竖向受拉力学模型，研究开挖前后扩底抗拔桩的承载特性，尤其是对深层开挖条件下扩底抗拔桩的承载力损失和等截面抗拔桩的区别进行了理论研究，分析结果表明(1)随着深基坑开挖半径的增大，扩底抗拔桩极限承载力随开挖半径增大而减小； 适当增加桩长可以大幅度地提高扩底抗拔桩的侧摩阻力和极限承载力；埋置深度越大，则扩底抗拔桩的极限承载力越高；同等深基坑开挖条件下，扩底抗拔桩扩大头部位随开挖半径增大而承载力的降低很小；相同的摩擦系数条件下，扩底抗拔桩极限承载力的损失比随着土层变形模量的提高而提高；(2)深层开挖会造成扩底抗拔群桩承载力的降低，相对于等截面群桩开挖后群桩效率没有变化，扩底抗拔群桩的群桩效率在开挖后会大幅降低，且扩底群桩各基桩的承载力损失明显大于扩底单桩的承载力损失。(3)在世博地下变工程的群桩布置方式以及开挖条件下，等截面群桩基础开挖后的承载力损失约为23. 8%，而扩底群桩基础的承本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．深层开挖条件下抗拔桩力学性能测试装置，其特征在于，该装置包括显示器、数据处理器、控制器、抽水机、大功率离心风机、红外线自动控制冲水系统、施工升降机，所述的数据处理器与显示器连接，所述的控制器与数据处理器连接，所述的抽水机、大功率离心风机、红外线自动控制冲水系统、施工升降机分别与控制器连接。

【技术特征摘要】
1.深层开挖条件下抗拔桩力学性能测试装置，其特征在于，该装置包括显示器、数据处理器、控制器、抽水机、大功率离心风机、红外线自动控制冲水系统、施工升降机，所述的数据处理器与显示器连接，所述的控制器与数据处理器连接，所述的抽水机、大功率离心风机、...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈祖元，陈峥，朱伟林，王卫东，王杰，高倚山，徐勍，乐俊律，王沪生，刘晓东，
申请(专利权)人：上海市电力公司，上海久隆电力科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：31