[發明專利]大直徑管樁離心試驗模型制作設備及其工作方法

有效

• 申請號: 201810364784.4
• 申請日: 2018-04-23
• 公開（公告）號: CN108442421B
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 姜彥彬;何寧;蔡正銀;李文軒;陳皓;梅聚福;張賢;黃宙晟;徐光明;任國峰;顧行文;周彥章;李登華;汪璋淳;何斌;張桂榮;錢亞俊;王國利;張中流;許濱華;梅世昂;閆志坤;姚明帥;張家勝;吳璐璐;張興剛;蔡忍;王青青
• 申請（專利權）人: 水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院
• 主分類號: G01N1/08
• 分類號: G01N1/08;E02D33/00;E02D1/04
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 栗仲平

1.一種大直徑管樁離心試驗模型制作設備，包括在模型箱中切削刮平模型土樣的裝置、引孔取土裝置及壓樁回填裝置，其特征在于：所述引孔取土裝置采用以下結構：設有薄壁引孔取土管，該薄壁引孔取土管由“引孔限位環”與“引孔導向”限定位置；該薄壁引孔取土管的上端通過轉接頭及真空吸嘴連接真空泵；所述引孔取土裝置還設有能夠插入薄壁引孔取土管內的通氣細管，該通氣細管的位置由細管限位環限定，該通氣細管的下端垂直地固定有弧形削片；該通氣細管的上端通過真空吸嘴連接真空泵；

所述薄壁引孔取土管為不銹鋼材質，外徑與所述模型樁相同，壁厚0.2~0.5 mm，并長于引孔深度8~15 cm；所述薄壁引孔取土管入土端有刃口，其頂端通過轉接頭與所述真空泵連接后通過真空吸力自主下沉引孔取樣；使用引孔導向使所述薄壁引孔取土管垂直下沉，使用引孔限位環控制引孔深度；所述引孔深度為5~8 cm；

所述通氣細管為不銹鋼中空細管，長于所述薄壁引孔取土管4~6 cm，其壁厚為0.2~0.3mm，其外徑為1~3 mm且不超過所述模型樁壁厚；該通氣細管下端連接所述弧形削片，該弧形削片為厚度0.4~0.8 mm、高度3~5 mm的高模量不銹鋼，其弧長半徑等于所述薄壁引孔取土管內徑，且該弧形削片的弧長為薄壁引孔取土管內徑圓周的1/4~2/5；使用所述真空泵連接該通氣細管頂部，抽真空使通氣細管底端下沉至所述薄壁引孔取土管底端，轉動所述通氣細管、復位后取出，完成底土切割并在所述薄壁引孔取土管內部的土樣中形成通氣孔；

所述切削刮平模型土樣的裝置包括刮平橫梁、該刮平橫梁上通過銷釘固定有刮平進尺，該刮平進尺的工作端設有切土鋼絲；所述刮平橫梁的結構是：長于所述模型箱寬度，通過銷釘連接后將一對與刮平橫梁正交的刮平進尺分別固定于兩側槽內；所述刮平進尺長度為30~60 cm，其相對于所述刮平橫梁的工作深度可調整；所述切土鋼絲直徑為0.4~0.8 mm。

2. 根據權利要求1所述的大直徑管樁離心試驗模型制作設備，其特征在于：所述壓樁回填裝置包括壓樁橫梁、定長壓樁桿、打土管、推土棒、還包括所述的引孔導向及真空泵；所述定長壓樁桿上端有擴大頭平臺，可沿所述壓樁橫梁的通槽左右移動；所述打土管為不銹鋼材質，壁厚0.2~0.5 mm，外徑比所述薄壁引孔取土管的內徑小0.5 mm，且比所述模型樁的內徑小0.5 mm，所述打土管長度恰好穿透所述薄壁引孔取土管，通過所述轉接頭連接所述真空泵取出所述薄壁引孔取土管中的原狀土樣，并借助所述推土棒將其回填入所述模型樁內。

3.根據權利要求1或2所述的大直徑管樁離心試驗模型制作設備，其特征在于：所述模型樁內外側的樁土摩擦系數與現場工況相同。

4.一種如權利要求1所述的大直徑管樁離心試驗模型制作設備的工作方法，其特征在于，步驟如下：

在模型箱中制作飽和黏土模型土樣，并按照現場樁土摩擦系數及相似要求制作表面粗糙化的模型樁；

按照模型土樣表面設計深度及模型箱凈寬調整刮平進尺在刮平橫梁上的工作深度及寬度并用銷釘固定刮平橫梁，收緊刮平進尺工作端的切土鋼絲；在模型土樣兩側挖出刮平進尺的行進槽，在模型箱中放入切削刮平模型土樣的裝置后，沿長邊均勻緩慢移動切削刮平模型土樣的裝置，在模型土樣中切出設計深度的面；

將引孔導向固定在樁位處，根據引孔深度調整引孔限位環在薄壁引孔取土管上的位置，在薄壁引孔取土管的內外壁涂抹潤滑油，將其頂端通過轉接頭連接真空泵；通過引孔導向將薄壁引孔取土管刃口垂直插入模型土樣，開啟真空泵，吸走薄壁引孔取土管內部空氣，使其在真空吸力下緩慢垂直下沉至引孔限位環與引孔導向接觸；

調整細管限位環相對通氣細管的位置使其與弧形削片底端之間的距離等于薄壁引孔取土管的長度；將通氣細管涂抹潤滑油，并將其頂端通過真空吸嘴連接真空泵，將弧形削片及通氣細管底部緊貼薄壁引孔取土管內壁垂直插入模型土樣表面，開啟真空泵，使通氣細管緩慢垂直下沉至細管限位環與薄壁引孔取土管頂端接觸；

正向旋轉通氣細管頂部至極限，使其底部的弧形削片切割薄壁引孔取土管底土，反向旋轉通氣細管使弧形削片復位后緊貼薄壁引孔取土管內壁；

均勻緩慢地垂直拔出通氣細管，在薄壁引孔取土管內壁處形成一個通氣孔；均勻緩慢地垂直拔出薄壁引孔取土管，在模型土樣樁位處形成樁孔；

使用引孔導向及壓樁回填裝置，在樁孔處垂直插入模型樁，并將樁頂精確壓至設計平面；

將打土管頂端正向插入薄壁引孔取土管內的土中，并將打土管頂部通過轉接頭連接真空泵，利用真空吸力使打土管緩慢地穿透薄壁引孔取土管，將薄壁引孔取土管內的原狀土轉移至打土管；

將打土管正向插入模型樁內部直至到達底部，將推土棒抵住打土管上方的土不動，均勻緩慢地豎向拔出打土管，將管內土打入模型樁內部；

清理各裝置后重復(1)~(9)，完成下一根模型樁的布設；

所有模型樁布置完畢后，將模型置于設定的超重力場下進行預固結以完成樁土接觸的相似模擬，離心機運行時間相似于現場施工對應時間。