[發明專利]一種管樁擠土效應測試裝置及方法

有效

• 申請號: 201611162693.X
• 申請日: 2016-12-15
• 公開（公告）號: CN106638725B
• 公開（公告）日: 2018-11-09
• 發明（設計）人: 章敏;李亞楠;郭誠;王棟梁;安毅;趙博;尚微;周忠超
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: E02D33/00
• 分類號: E02D33/00
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

本發明公開了一種管樁擠土效應測試裝置及方法，包括模型桶、氣壓室、模型管樁、鋼化玻璃板、Y型基座、彎曲元測試裝置和數碼攝像裝置；氣壓室為底部開口的半圓環形筒體結構，底面采用乳膠膜密封，將其敷設于模型桶內的土體上表面，通過氣壓作用模擬上部土層自重應力；模型管樁為頂部密封的半圓柱體，頂部開有注氣孔，通過對樁內活塞施加氣壓模擬樁芯土塞上部應力；在模型桶底基座和Y型基座上等間距布置上下相對的激發彎曲元和接收彎曲元，并外接數據采集系統。本發明可模擬管樁沉樁過程中土層不同深度處的真實應力環境，實現了管樁貫入阻力和樁周土擾動后位移場和剪切波速的同步測試，具有土塞應力可控、可視化觀測、操作簡便等優點。

技術領域

本發明涉及一種管樁擠土效應測試裝置及方法，屬于樁基工程技術領域。

背景技術

管樁因其具有制作工藝簡單、植樁方便、質量容易保證、造價低、施工速度快等優點，近年來在房屋建筑、海港碼頭、跨海大橋、海上石油平臺和海上風機等工程中得到了廣泛應用。管樁在靜壓或振動沉樁過程中勢必會對周圍土體產生擾動、重塑以及擠壓作用，樁周附近土體的剪切模量、密度等參數不可避免地會發生變化，使土體在徑向上呈現出不均勻性。擠土效應產生的土體垂直隆起和水平移動，可能使鄰近既有樁體上浮、偏移甚至導致樁體斷裂，同時沉樁過程改變了樁周擾動區域土體的應力狀態和性質，產生很高的超孔隙水壓力以及硬化或軟化效應，將對后續相鄰樁的貫入施工及樁的承載性能造成顯著影響。

目前，室內模型試驗大多通過布置樁身應變片、土壓力盒和孔壓計等傳感器對貫入阻力、樁側土壓力和超孔隙水壓力的發展規律進行量測，或輔于可視化窗口對沉樁過程中土體位移場進行觀測。然而，上述常規1g縮尺模型試驗提供的土中應力水平很低，無法模擬土層不同深度處的真實應力狀態。由于貫入引起的土體擾動受側向應力和土塞效應的影響，低圍壓下土體往往表現出強烈的剪脹和應變軟化現象，導致土體擾動范圍、擾動程度和土塞高度等因素與實際存在較大差異。中國發明專利“模擬圍壓條件下靜壓鋼管樁沉樁過程的試驗裝置及其方法(CN201610013846.8)”和“一種開口管樁錘擊貫入和靜荷載模擬實驗裝置及實驗方法(CN201410172279.1)”分別公開了一種通過三軸試驗施加圍壓和滲水力作用模擬樁在不同深度處原位土體的應力水平，具有一定的工程應用價值，但存在土樣尺寸過小和滲透系數難以控制等缺陷，且都無法對沉樁過程中樁周土性質的動態演化進行測試。

發明內容

本發明旨在提供一種管樁擠土效應測試裝置及方法，為不同土層深度處的管樁沉樁模擬提供真實的應力環境，實現管樁貫入阻力和樁周土擾動位移場和剪切波速的同步測試，克服以往室內模型試驗無法獲取擠土效應引起的土層性質演化的缺陷。

本發明提供了一種管樁擠土效應測試裝置，包括模型桶、反力架、氣壓室、模型管樁、鋼化玻璃板、Y型基座、電液伺服千斤頂、彎曲元測試裝置和高分辨率相機；

所述模型桶為鋼制半圓形筒體結構，在桶底圓心處沿徑向設置一條形基座，模型桶上部設有一Y型基座，模型桶上方設有氣壓室；

氣壓室為底部開口的同心半圓環筒體結構，氣壓室的外緣與模型桶的外緣重合，氣壓室底面采用乳膠膜密封，頂部設有注氣孔，環狀氣壓室的中心設有模型管樁；

所述模型管樁為頂部密封的中空半圓柱體，頂部設有管樁注氣孔，樁芯設有活塞，通過對樁內活塞施加氣壓模擬樁芯土塞上部應力；

模型管樁上方設有電液伺服千斤頂，電液伺服千斤頂固定在反力架頂面，用以將模型管樁貫入土體，在千斤頂與模型管樁之間設置荷載傳感器和位移傳感器，實時記錄管樁貫入阻力和貫入深度；

所述鋼化玻璃板為長方體板，設置在模型桶的平面一側并與模型桶兩端連接；鋼化玻璃板上部與氣壓室的兩端連接；