[發明專利]穿越溶洞型基樁極限承載力模型試驗系統及試驗方法

有效

• 申請號: 201710507707.5
• 申請日: 2017-06-28
• 公開（公告）號: CN107178102B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 袁維;聶慶科;王偉;李宗鴻;李家欣
• 申請（專利權）人: 石家莊鐵道大學
• 主分類號: E02D33/00
• 分類號: E02D33/00
• 代理公司: 石家莊國為知識產權事務所 13120
• 代理人: 祁靜

本發明公開了一種穿越溶洞型基樁極限承載力模型試驗系統及試驗方法，涉及樁基礎制作技術領域；包括試驗箱、荷載控制模塊、數據采集模塊、基樁模型、溶洞模型和分析顯示模塊；基樁模型和溶洞模型都設置在試驗箱中，并通過地層模型固定；試驗箱內側覆蓋光滑膜；基樁模型頂部設有速度加載裝置和位移檢測裝置，速度加載裝置與荷載控制模塊相連；位移檢測裝置與數據采集模塊相連；基樁模型表面設有若干個應變片，應變片與數據采集模塊相連；溶洞模型內設有加熱裝置；數據采集模塊和荷載控制模塊都與分析顯示模塊相連；可實現位移數據、應力?應變數據的同步采集，應用范圍廣泛，可為研究穿越溶洞型基樁極限承載力提供必備的試驗條件。

技術領域

本發明涉及樁基礎制作技術領域。

背景技術

我國碳酸鹽地層分布范圍達346萬km2，約占國土面積1/3，大部分區域地質構造復雜，巖溶現象十分頻繁，為地下溶洞形成提供了充分的條件。樁基礎具有荷載傳遞能力強的特點，能夠有效降低基礎的不均勻沉降，在一定程度上可以減小溶洞對基礎的不利影響，因此，樁基礎已被廣泛應用于巖溶地區的工程建設中。當溶洞頂板的厚度不符合上部荷載的設計要求，基樁底部的作用力可使溶洞頂板發生坍塌，基樁需要穿過溶洞并嵌入到溶洞底板一定深度范圍以提高基樁極限承載力，此即為穿越溶洞型基樁。在樁頂豎向荷載作用下，基樁壓縮位移產生的向下拖拽力可使溶洞頂板的巖體處于受拉狀態，當張拉應力超過其抗拉強度時，則巖體將發生張拉破壞，使樁身側摩阻力的受力面積降低，另外，張拉破壞區使溶洞頂板以上巖土體所受的支承作用進一步降低，不利于樁身側摩阻力的發揮。目前尚無計算此類基樁極限承載力的成熟方法，在具體的工程實踐中，通常借鑒嵌巖樁的相關計算方法進行極限承載力設計，即只考慮穿越溶洞型基樁嵌巖段的樁端承載力，忽略溶洞頂板以上巖土體對樁身的側摩阻力。顯然，此種計算方法得到的結果是偏保守的。

當前對穿越溶洞型基樁的承載特性研究成果尚少，對此類基樁的受力變形規律和失穩破壞機理的研究尚處于起步階段，已有的研究成果尚未揭示溶洞頂板張拉破壞區域的機理及其與跨徑、樁徑等因素之間的關系，且尚未闡明溶洞以上地層側摩阻力損失的規律和機制，因此，發明一種穿越溶洞型基樁極限承載力模型試驗系統及試驗方法對于研究其失穩破壞模式與機制，并提出穿越溶洞型基樁的極限承載力計算方法，豐富巖溶地區基樁極限承載力的設計理論，具有重大的理論意義和工程實用價值。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種穿越溶洞型基樁極限承載力模型試驗系統及試驗方法，實驗裝置及試驗方法簡單，能將溶洞頂板以上巖土體對樁身的側摩阻力加入到極限承載力分析中，可實現位移數據、應力-應變數據和變形破壞過程的同步采集，應用范圍廣泛，可為研究穿越溶洞型基樁極限承載力提供必備的試驗條件。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：包括試驗箱、荷載控制模塊、數據采集模塊、基樁模型、溶洞模型和分析顯示模塊；

所述基樁模型和溶洞模型都設置在試驗箱中，并通過試驗箱中填充的地層模型固定于所述試驗箱內；

所述試驗箱內側的四個側面和底面覆蓋光滑膜；

所述基樁模型頂部設有速度加載裝置，速度加載裝置與所述荷載控制模塊相連；

所述基樁模型頂部設有位移檢測裝置，位移檢測裝置與數據采集模塊相連；

所述基樁模型表面設有若干個應變片，應變片與數據采集模塊相連；

所述溶洞模型內設有加熱裝置；

所述數據采集模塊和荷載控制模塊都與分析顯示模塊相連。