[發(fā)明專利]一種模擬豎向循環(huán)受荷時(shí)樁土相互作用的試驗(yàn)裝置

有效

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• 申請日: 2018-08-03
• 公開（公告）號: CN109187204B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉瑩;馬少坤;甘慶;劉濤;廖麗萍;楊凱
• 申請（專利權(quán)）人: 廣西大學(xué);蘇州匯才土水工程科技有限公司
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/32
• 代理公司: 廣西南寧公平知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 45104
• 代理人: 黃永校

1.一種模擬豎向循環(huán)受荷時(shí)樁土相互作用的試驗(yàn)裝置，包括主機(jī)框架、壓力室、巖土體模型、加載系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)、控制柜以及軟件系統(tǒng)，其特征在于，具體結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系為：

所述主機(jī)框架包括主機(jī)底座、鋼柱和承臺，所述主機(jī)底座的中間區(qū)域設(shè)有兩條互相平行的直線滑軌，直線滑軌上設(shè)置有壓力室托盤，所述壓力室托盤可通過直線滑軌進(jìn)行移動，主機(jī)底座后側(cè)設(shè)有擋板，主機(jī)底座上設(shè)有鋼柱并垂直固定在主機(jī)底座上，主機(jī)底座和鋼柱通過螺栓連接固定，承臺與鋼柱采用焊接連接；

所述壓力室包括壓力室底座和壓力室罩，壓力室底座固定于壓力室托盤上，通過螺栓將壓力室罩固定于壓力室托盤上形成壓力室，壓力室底座設(shè)有巖土試樣上方出水口、巖土試樣下方出水口和壓力室加壓口，壓力室上方設(shè)置有壓力室進(jìn)水口和壓力室排氣口，壓力室周身設(shè)置有兩個(gè)液位管口，壓力室托盤與擋板通過螺栓連接固定；

所述巖土體模型包括巖土試樣、透水石、濾紙及乳膠膜，所述巖土試樣裝入乳膠膜內(nèi)，巖土試樣下方墊放濾紙和透水石，巖土試樣上方墊放濾紙和透水石，

所述加載系統(tǒng)包括支撐桿、滾柱絲杠、加載板、聯(lián)軸器、伺服電機(jī)以及模型樁，所述支撐桿垂直固定在主機(jī)框架上，滾柱絲杠與支撐桿互相平行，所述加載板為等腰三角形板，加載板三個(gè)角點(diǎn)內(nèi)設(shè)置有連接圓孔，加載板兩端圓孔置于支撐桿，加載板一端圓孔置于滾柱絲杠，聯(lián)軸器設(shè)在滾柱絲杠正上方，伺服電機(jī)置于聯(lián)軸器正上方，模型樁通過壓力傳感器及螺母與加載板相連；

所述監(jiān)測系統(tǒng)包括編碼器、壓力傳感器以及圍壓傳感器，所述編碼器位于滾柱絲杠正下方，壓力傳感器固定在加載板下方，圍壓傳感器安裝在圍壓控制器內(nèi)；

所述控制柜包括所述圍壓控制器以及伺服電機(jī)、所述聯(lián)軸器和壓力傳感器的若干控制線路，控制柜兩側(cè)分別設(shè)置有線路孔及圍壓控制器進(jìn)水口和圍壓控制器出水口，控制柜頂部設(shè)置有啟動按鈕、停止按鈕、運(yùn)行指示燈及急停按鈕，

所述軟件系統(tǒng)為自行編程的應(yīng)用程序。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種模擬豎向循環(huán)受荷時(shí)樁土相互作用的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述壓力室與壓力室托盤通過螺栓固定形成上端開口只有直徑10mm的壓力室，上端開口用于模型樁的插入，開口處設(shè)置有內(nèi)徑10mm的防水墊圈，壓力室內(nèi)能夠通過圍壓控制器施加最大圍壓1Mpa的水壓力，可調(diào)節(jié)水壓范圍大且誤差小于1kPa，能夠有效的模擬不同埋深下巖土體的固結(jié)情況。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種模擬豎向循環(huán)受荷時(shí)樁土相互作用的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述巖土試樣尺寸為直徑×高＝300mm×400mm，乳膠膜尺寸為內(nèi)徑×高×厚度＝300mm×500mm×3mm，巖土試樣裝在乳膠膜內(nèi)，通過乳膠膜使巖土體和水壓力分隔開，能夠有效的對巖土體進(jìn)行圍壓加載。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種模擬豎向循環(huán)受荷時(shí)樁土相互作用的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述加載系統(tǒng)能夠施加10cm的最大靜位移及最大幅值5cm的動位移，動態(tài)加載能夠輸出正弦波、三角形波以及方波，加載頻率可控制為0.01Hz～1Hz，豎向荷載提供了多種加載形式，能夠更真實(shí)地模擬實(shí)際工程中樁基礎(chǔ)的受力情況。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種模擬豎向循環(huán)受荷時(shí)樁土相互作用的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述模型樁采用實(shí)心不銹鋼樁，入土樁長范圍0～40cm，樁徑1cm，樁端分別采用平底樁尖和錐角為60度的圓錐形樁尖兩種形式，樁頂設(shè)置有高1cm、 直徑2cm的樁帽用于與壓力傳感器連接固定。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種模擬豎向循環(huán)受荷時(shí)樁土相互作用的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述控制柜通過數(shù)據(jù)線與電腦相連，通過自行編程的軟件對試驗(yàn)儀進(jìn)行實(shí)際操控，實(shí)時(shí)讀取數(shù)據(jù)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述模擬豎向循環(huán)受荷時(shí)樁土相互作用的試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，其特征在于，具體操作步驟如下：

1)將預(yù)備土樣制樣成直徑300mm高400mm的巖土試樣，

2)在壓力室托盤的壓力室底座上墊放透水石和濾紙，

3)將乳膠膜套在壓力室底座上并箍緊橡皮筋，

4)套上承膜桶并將其箍緊，將乳膠膜上部反套在承膜桶上，用真空泵將乳膠膜與承膜桶間的氣體抽出，使乳膠膜貼在承膜桶上，

5)將巖土試樣裝入乳膠膜中，巖土試樣上方放上濾紙和透水石并安放好試樣帽，

6)關(guān)閉真空泵，拆除承膜桶，

7)將壓力室罩由起吊裝置吊入預(yù)定位置，與壓力室托盤上的壓力室底座通過螺栓緊固形成壓力室，

8)用模型樁從壓力室頂部開口處插入，檢測壓力室開口處與土樣試樣帽是否對齊，檢測完后拔出模型樁，

9)由壓力室托盤承載，通過直線滑軌滑到預(yù)定位置后將壓力室托盤與擋板連接固定，

10)將模型樁插入巖土試樣，通過電腦控制，調(diào)節(jié)壓力傳感器的位置使其與模型樁樁頂接觸，通過螺母將其擰緊固定，加載位移將模型樁預(yù)埋在預(yù)定深度，

11)打開壓力室上方的壓力室進(jìn)水口以及壓力室排氣口，將水從壓力室上方入水口注入，觀察液位管水位上升高度，待排氣口有水涌出后停止注水并擰緊排氣口帽及入水口帽，

12)通過電腦控制圍壓控制器設(shè)置壓力室水壓達(dá)到預(yù)定值，

13)待土樣固結(jié)后，驅(qū)動伺服電機(jī)通過聯(lián)軸器帶動滾柱絲杠，滾柱絲杠的滑塊帶動加載板驅(qū)動模型樁對巖土試樣輸出壓力試驗(yàn)，其中，輸出壓力由壓力傳感器測量并反饋記錄，振動頻率及振幅由編碼器測量并反饋記錄。