[發明專利]模擬復合地基豎向荷載傳遞機理的離心試驗模型測試系統

在審

• 申請號: 201610285568.1
• 申請日: 2016-04-30
• 公開（公告）號: CN105756106A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 李連祥;黃佳佳;符慶宏;李先軍
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: E02D33/00
• 分類號: E02D33/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

技術領域

本發明涉及一種離心試驗的試驗測試系統及方法，尤其涉及一種用于模擬和追溯復合地基豎向荷載傳遞機理的離心試驗模型測試系統及方法。

背景技術

傳統巖土工程室內試驗是在常重力條件下進行的，由于無法或很難再現現場實際尺寸條件，因此常為縮尺模型，依據土體自重應力，縮尺模型帶來的是土體深度h的倍縮，進而改變土體自重應力場，對以自重為主要荷載的結構，不能反映原型應力狀態，導致模型試驗無法模擬原型所發生的現象。土工離心模型試驗能夠真實模擬重力場的存在，再現工程實際應力狀態，被廣大學者公認是目前進行巖土工程技術研究中最先進、最有效的試驗方法，土工離心模型試驗相對于原型觀測、室內常重力場試驗機數值分析模擬方法具有不可替代和獨特的優勢。

隨復合地基理論日漸成熟，大量多高層建筑采用了CFG樁復合地基。目前，國內外缺乏針對側向開挖條件下既有復合地基力學性狀及其基坑支護結構理論的研究使工程界缺乏正確進行此類基坑工程設計的理論和方法，設計人員一般忽略既有復合地基增強體，無視既有群樁能夠減少支護結構位移的有利作用，而把復合地基看成原狀土，保守的進行基坑工程設計，造成了大量的資源浪費。

測量系統是試驗取得成功的前提保證，其工作狀態和性能直接關系試驗結果的準確性和可靠性，甚至決定一次試驗的成敗，量測儀器的發展除了表現為功能的增強外，還表現為體積和質量的減少，這些發展大大地降低了其自身對試驗結果的影響。隨著當代電子技術的飛速發展，該技術也已逐漸應用到了離心模型試驗中，利用數字照相技術把試驗過程記錄成為高清晰度的數字圖像，然后利用計算機圖像處理技術進行分析可得出相應的位移曲線，擴散曲線等，該方法的精度已經達到毫米級，它作為一種新型非接觸式量測技術目前正在被廣泛使用。本發明提出了一種便于在離心機模型試驗用于的量測系統，能夠很好的和用于模擬和追溯復合地基豎向荷載傳遞機理的離心模型試驗相匹配，其構造簡單，造價低廉，量測結果精確。

發明內容

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種模擬復合地基豎向荷載傳遞機理的離心試驗模型測試系統，通過設置帶有測試裝置的試驗系統，可配合其他荷載施加系統，用于對復合地基基坑豎向荷載傳遞機理的研究，對建立以保證復合地基安全為目標的基坑支護設計理論和方法，具有緊迫的工程價值和長遠的理論意義。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

模擬復合地基豎向荷載傳遞機理的離心試驗模型測試系統，包括模型箱，所述模型箱內下部布設地基土，所述地基土上布設墊層，所述模型箱頂部由蓋板封閉；所述地基土內由墊層向下豎直埋設多個樁體，樁體、墊層和地基土形成復合地基，在所述樁體上設置與上位機連接的測試裝置。整個試驗系統可根據需求設置用于測試復合地基中地基土變形位移數據等的測試系統，可以模擬復合地基豎向荷載傳遞機理，研究復合地基的力或者位移產生的變化，從而更好的指導實踐。

所述測試裝置包括用于輔助獲得荷載施加過程中基樁模型樁軸力分布和地基土荷載分擔的軸力應變片和/或用于輔助獲得基樁模型樁彎矩分布及變化規律的彎矩應變片；通過布置在樁體上的軸力應變片，獲得荷載施加過程中樁軸力分布和樁土荷載分擔，及在這過程中引起的復合地基樁體軸力變化，模擬豎向荷載對復合地基承載力影響；通過布置在樁體上的彎矩應變片，獲得豎向荷載引起的基樁模型樁彎矩分布及變化規律，進而分析樁體的變形規律。

所述軸力應變片均勻設置在多個樁體中的設定的若干樁體上，所述彎矩應變片均勻設置在其他樁體上；此外，軸力應變片在基樁模型樁兩側對稱設置，彎矩應變片布置在基樁模型樁樁身兩側。根據離心模型試驗的特點，選取復合地基中間位置處的幾個樁體布置軸力應變片，用于測量樁體的軸力應變值。根據離心模型試驗的特點，選取幾根其它典型位置處樁體布置彎矩應變片，注意結合試驗目的和需要確定彎矩應變片朝向以測得需要方向的彎矩應變值，所有應變片均以全橋方式布置。

所述測試裝置還包括在地基土中布設多個用于測量地基土壓力值的土壓力傳感器；所述土壓力傳感器為T型土壓力傳感器，在地基土分層澆置過程中根據試驗目的和需要以一定間距豎直布置于復合地基中，根據試驗目的和需要確定T型土壓力傳感器的朝向，以便測得試驗需要方向的土壓力值。

為了便于觀察，所述模型箱由透明材料制成；模型箱厚度為3～5mm。

所述模型箱的外側設置多個PIV標記點，PIV標記點的位置與至少一個用于記錄地基土位移的攝像裝置相對應；用于記錄模擬過程中的土體位移場，攝像裝置安裝在離心機大梁上。