[發明專利]一種PCC樁內摩擦力的測試裝置及其使用方法

有效

• 申請號: 201610264722.7
• 申請日: 2016-04-26
• 公開（公告）號: CN105699289B
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 李春紅;孔綱強;劉漢龍;孟珍珠;劉璐
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N19/02
• 分類號: G01N19/02
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明提供了一種PCC樁內摩擦力的測試裝置及其使用方法，測試裝置包括承臺、模型樁、模型槽、激光源以及數碼攝像裝置；模型槽設置在承臺上，PCC模型樁設置模型槽內，透明土充當樁側土和樁芯土，模型樁與透明土的接觸面設有土壓力盒，傳力桿上部內嵌于模型樁的底部、下部固定在傳力板上，傳力板底部通過壓力傳感器與加載系統連接，模型槽上方和側面均設有激光源和數碼相機。本發明的測試裝置實現可視化觀測全比例尺PCC樁在豎直位移作用下內摩擦系數的大小，對比分析內、外摩擦特性的差異性，對于研究全比例尺模型樁接觸面摩擦具有重要的意義，同時，本發明的試驗裝置結構簡單，操作方便，易于實現。

技術領域

本發明涉及一種PCC樁內摩擦力的測試裝置及其使用方法，主要適用于PCC樁與土體之間內接觸面的可視化觀測，屬于巖土工程中樁-土接觸面摩擦力測試技術領域。

背景技術

構建物與土體之間的相互作用問題，一直是巖土工程研究的重要課題。運用數值模擬方法分析建筑物構件與土體相互作用時，接觸問題的設置對計算結果的準確性和可靠性影響尤為重要。目前，國內外構建物與土體接觸面摩擦的研究大多數針對的是平面的情況，然而，實際的巖土工程領域中例如樁基與土體之間，摩擦問題是三維的環狀接觸問題，平面接觸不能如實反映接觸形式。而環狀接觸面，尤其是PCC樁樁-土接觸面，樁芯土與樁側壁的摩擦特性，與樁周土與樁側壁的摩擦特性并不相同，針對PCC樁樁芯土與樁側壁的摩擦特性的研究相對較少。

中國發明專利“一種土工合成材料接觸面摩擦強度測試方法”（專利號：ZL201510361824.6）公開了一種土工合成材料接觸面摩擦強度測試裝置；該技術裝置通過獲取土工合成材料與地質體之間的正應力和剪切應力，獲得接觸面強度參數；但是該技術方案，無法可視化觀測摩擦過程，也不能解決三維接觸面的摩擦強度問題。中國發明專利“一種測定土-筋界面摩擦系數的直剪儀及測定方法”（專利號：ZL201410811116.3）公開了一種測定土-筋界面摩擦系數的直剪裝置；該技術裝置可以對土-筋二維界面摩擦系數進行測量；但是無法測量樁-土之間三維界面的摩擦系數，并且也不能可視化觀測摩擦過程。

傳統的變形測量方法測量結果往往不夠準確，同時不能給出土體內部連續變形的整個位移場。現代數字圖像技術也只局限于測量土體的宏觀或邊界變形，不能實現實際土體內部變形的可視化觀測。利用X-射線、計算機層析掃描（CAT掃描）等方法雖然可以用來測量土體內部的連續變形，但是費用昂貴，限制了這些技術的廣泛應用。基于透明土材料的試驗技術，以其適中的試驗成本以及可以較為精確地連續觀測土體內部變形的優點正得到逐步推廣應用。然而，目前基于透明土材料開展的可視化模型試驗研究，往往是針對整體模型的位移場、滲流場或者溫度場，而尚未有針對構建物與土體接觸面的相關應用研究。因此，基于透明土試驗技術，可視化研究實際PCC樁與土體之間內接觸面與外接觸面摩擦特性，對三維接觸面摩擦特性的研究顯得尤為重要。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種PCC樁內摩擦力的測試裝置及其使用方法，實現PCC樁內摩擦系數的測量，解決樁芯土與樁內側壁的摩擦特性、樁周土與樁外側壁的摩擦特性的測試問題，以及三維可視化觀測問題。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種PCC樁內摩擦力的測試裝置，其特征在于，包括承臺、模型樁、模型槽、激光源以及數碼攝像裝置；

所述模型槽為透明裝置，且設置在承臺上，所述模型樁為全比例尺的PCC樁，設置在所述模型槽內且兩者之間留有間隙，模型樁的樁芯部分填充透明土，所述模型樁與透明土的接觸面上設有若干枚用于測試土體的側壓力的土壓力盒，所述模型槽的底部和承臺對應模型樁的位置開設有若干個通孔，每個通孔內均設有傳力桿，所述傳力桿帶動模型樁豎直方向移動，所述傳力桿底部設有用于控制其豎直位移的加載系統，且兩者之間設有壓力傳感器和傳力板；所述傳力桿上部內嵌于模型樁的底部、下部固定在傳力板上，所述傳力板為圓形板，底部通過所述壓力傳感器與加載系統連接，所述壓力傳感器通過數據線與采集系統相連，用于記錄傳力板上的壓力；