[發(fā)明專利]一種樁土接觸面剪切試驗(yàn)裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710050592.1
• 申請日: 2017-01-23
• 公開（公告）號: CN106769478A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周佳錦;龔曉南;朱旻;王奎華;解才;邵佳涵;傅了一
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司33200
• 代理人: 萬尾甜,韓介梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種樁土接觸面剪切試驗(yàn)裝置，特別是涉及上覆壓力變化的樁土接觸面剪切試驗(yàn)裝置，可用于研究砂土相對密實(shí)度不同，樁表面粗糙程度不同以及上覆壓力不同時(shí)的樁土接觸面摩擦特性。

背景技術(shù)

隨著我國城市建設(shè)的快速發(fā)展，出現(xiàn)了很多高層和超高層建筑，對地基承載力要求較高。樁基礎(chǔ)作為一種主要的基礎(chǔ)形式被廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)工程中，隨著樁基工程實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)的積累和理論研究的深入，在鉆孔灌注樁和預(yù)制管樁的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了許多新型樁基礎(chǔ)，如擠擴(kuò)支盤樁，螺旋樁，竹節(jié)樁，鉆孔擠土樁等。在深厚軟土地區(qū)的長樁一般為摩擦樁或端承摩擦樁，樁基承載力主要由側(cè)摩阻力所提供。現(xiàn)有樁基規(guī)范中給出的樁側(cè)摩阻力計(jì)算公式主要是基于現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)給出的經(jīng)驗(yàn)公式，在許多實(shí)際工程中與實(shí)測的樁側(cè)摩阻力值偏差較大。需要結(jié)合模型試驗(yàn)對不同類型樁基礎(chǔ)的樁土接觸面摩擦性能進(jìn)行研究，為實(shí)際工程中樁基設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

目前對樁土接觸面的研究主要基于現(xiàn)場試驗(yàn)和室內(nèi)剪切試驗(yàn)(直剪試驗(yàn)、環(huán)剪試驗(yàn))。現(xiàn)場試驗(yàn)中樁土接觸面摩擦性能的研究中樁側(cè)摩阻力值主要基于樁身鋼筋應(yīng)力計(jì)或光纖所測得樁身進(jìn)行轉(zhuǎn)換，且樁土相對位移為樁身位移，不考慮樁周土體位移，另外，實(shí)際工程中土體分布情況較為復(fù)雜，因此無法得到準(zhǔn)確的樁側(cè)摩阻力樁土相對位移關(guān)系。室內(nèi)剪切試驗(yàn)主要為樁土接觸面直剪試驗(yàn)和環(huán)剪試驗(yàn)，室內(nèi)剪切試驗(yàn)可以測得準(zhǔn)確的樁土相對位移，同時(shí)能夠測得接觸面法向位移，然而直剪試驗(yàn)和環(huán)剪試驗(yàn)中樁土接觸面為平面，與實(shí)際圓形樁土接觸面不同，且剪切試驗(yàn)中邊界條件與實(shí)際樁基荷載傳遞過程中的邊界條件也不同，因此所得到的樁土接觸面摩擦特性可能與實(shí)際樁土接觸面摩擦特性有所不同。

大量試驗(yàn)結(jié)果表明樁土接觸面形式，樁表面粗糙度，樁周土體性質(zhì)，樁周土體應(yīng)力水平以及基樁長細(xì)比會對樁側(cè)摩擦性能產(chǎn)生影響；因此對不同上覆壓力作用下不同類型樁土接觸面的摩擦特性進(jìn)行研究具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有現(xiàn)場試驗(yàn)和室內(nèi)剪切試驗(yàn)(直剪試驗(yàn)、環(huán)剪試驗(yàn))的不足，本發(fā)明提供一種可用于模擬不同樁周砂土層相對密實(shí)度，不同砂土層上覆壓力以及不同樁表面粗糙度的樁土接觸面剪切試驗(yàn)裝置，該裝置可同時(shí)保證樁土剪切面形式與實(shí)際樁土接觸面形式相同。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種樁土接觸面剪切試驗(yàn)裝置，包括圓形模型箱、加載板、反力梁和伺服加載電機(jī)，所述圓形模型箱由模型箱底座和焊于底座上的圓筒狀模型箱框架組成；所述模型箱底座由底板和支座組成，底板直接焊接在支座上；所述底板中心處設(shè)有一個(gè)圓孔；所述模型箱內(nèi)部填筑一定密實(shí)度的砂土層，砂土密實(shí)度根據(jù)試驗(yàn)要求確定；在底板上固定有豎直剛性管，所述砂土層內(nèi)部預(yù)埋土壓力傳感器以測量豎向及水平土壓力，測量水平土壓力的土壓力傳感器固定在豎直剛性管上，測量豎向土壓力的土壓力傳感器固定在底板上；所述模型箱中心處放置模型樁，且模型樁通過與砂土的摩擦力懸于底板圓孔上部；所述加載板為一圓形板，其設(shè)置于砂土層上，且嵌入圓筒狀的模型箱框架內(nèi)；所述反力梁通過4根剛性螺桿和螺帽固定在模型箱上；所述伺服加載電機(jī)位于模型樁上方并固定在反力梁上，向模型樁施加壓力，兩個(gè)千斤頂對稱分布于伺服加載電機(jī)兩側(cè)，千斤頂上端與反力梁相抵向砂土層施加上覆壓力。

上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步的，所述的圓筒狀模型箱框架直徑與底板中心處圓孔直徑之比不小于10。

進(jìn)一步的，底板上可以固定有若干個(gè)豎直剛性管，繞模型樁均勻分布，各豎直剛性管上均固定一土壓力傳感器用于測量水平土壓力。相應(yīng)的，在該裝置中設(shè)有若干個(gè)用于測量豎向土壓力的土壓力傳感器，繞模型樁均勻分布。

伺服加載電機(jī)可以采用位移控制和荷載控制兩種加載方式。

進(jìn)一步的，所述的伺服加載電機(jī)的極限加載值為20kN，行程為50mm。當(dāng)采用位移控制時(shí)，加載速率為0.1-5mm/min。

該裝置中砂土層也可以替換為粘土、粉土、黃土等其他土體，進(jìn)行相應(yīng)的剪切試驗(yàn)。

本裝置中，試驗(yàn)設(shè)計(jì)砂土層密實(shí)度較小時(shí)通過砂雨法制備，設(shè)計(jì)砂土層密實(shí)度較大時(shí)通過分層夯實(shí)得到；

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明中采用圓形模型樁，樁土剪切面形式與實(shí)際樁土剪切面形式相同，都為圓形；模型箱采用圓形框架，邊界條件與實(shí)際樁基荷載傳遞過程中的邊界條件相似。

2、本發(fā)明中所填筑砂土密實(shí)度可根據(jù)要求進(jìn)行改變，可以研究砂土層密實(shí)度不同對樁土接觸面摩擦特性的影響，砂土層中預(yù)埋的土壓力傳感器可測得豎向土壓力及水平土壓力，并可測得剪切試驗(yàn)過程中豎向土壓力及水平土壓力的變化。