[發明專利]可模擬沉樁過程的鈣質砂樁基模型試驗系統

有效

• 申請號: 201811193240.2
• 申請日: 2018-10-14
• 公開（公告）號: CN109653258B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 孟慶山;王帥;朱晶;雷學文;閻鈳;魏厚振;蔡云輝;徐亞飛;許國順;劉奇;董云潔;李昇昊;龔嶼
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: E02D33/00
• 分類號: E02D33/00
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所(普通合伙) 42001
• 代理人: 陳曉寧

本發明公開了一種可模擬沉樁過程的鈣質砂樁基模型試驗系統，涉及巖土力學試驗領域。本發明的結構是：所述的錘擊荷載施加單元（400）包括依次連接的錘擊第1氣缸（410）、錘擊第1傳力桿（420）、連接盤（430）、錘擊第2氣缸（440）、錘擊第2傳力桿（450）和夯擊模塊（460）；夯擊模塊（460）由夯擊桿（461）和小車（462）構成，在夯擊桿（461）上設置有小車（462）；本系統用于測定樁基的極限承載力和模擬樁基沉樁過程中受到的錘擊荷載和振動荷載、靜壓沉樁過程樁基的沉降、受阻力特性。

技術領域

本發明涉及巖土力學試驗領域，尤其涉及一種可模擬沉樁過程的鈣質砂樁基模型試驗系統。

背景技術

我國海洋島礁工程建設的實施推進，對于我國經濟、軍事和民生事業至關重要；在開展島礁工程建設中遇到各種各樣的工程地質問題，樁基工程是島礁建設中地基處理的一種常見處理手段。樁基工程中通常需要考慮對樁基的承載力進行檢測和分析，從而確定其極限承載能力，同時也要考慮服役環境中環境荷載對樁基安全穩定性的影響。一方面，對于樁基承載力的建設，工程中常采用試樁的方法進行；常見的是采用樁基靜載試驗的慢速維持荷載法，實際工程試樁較為費時費力；但海洋環境中的工程建筑物，往往還需要承受一定頻率的動荷載，因而從安全性上講，是需要進行動靜荷載兩方面的樁基工程試驗。而動荷載的試樁，其特點是需要進行反復加卸荷載。實際工程試樁時中通常采用重物堆壓的方式對樁基進行施加荷載，如進行一定循環次數的動靜荷載樁基工程試驗，其人力、物力成本較高。二方面，對于島礁建設施工過程中，通常采用動力沉樁的方式進行樁基施工，通過采用有高頻率振動沖擊和錘擊沉樁的施工方法和工藝；而實際工程試樁過程中，很難能夠模擬該過程，這也為樁基工程的施工過程的監控，帶來一定的不便。另一方面，位于海洋動力環境中的樁基，通?？梢酝ㄟ^觀測的方法獲取環境中的自然環境荷載數據，但是環境荷載如何較好模擬施加則是一項非常具有挑戰性的工作，涉及到海洋環境的鈣質砂樁基模型試驗更是如此。例如位于海洋環境中的島礁樁基，時常受到多種風、浪動力荷載的作用，然而這類風、浪動力荷載經常具有大小、方向甚至作用點可變的特點，同時波浪的反復水位升降，還會引起土體強度的變化，從而影響樁基承載能力，如何更好地模擬這些風、浪荷載是一件非常重要的事情。在工程試樁中，想要通過某種加載方式去實現環境荷載的模擬是一件十分困難的事。而室內模型試驗采用相似原理，通過一定的縮尺比例，在模型箱中開展樁基試驗，樁基模型試驗，可以更好地分析相關的結論，從而確定和判定樁基承載的相關規律。常規土工模型箱一般具有一定的尺寸，有較好的效果；通常采用室內模型試驗的方式模擬樁基環境荷載，在參數的采集上，模型箱試驗往往通過埋設傳感器等探測手段進行，經過多年的實踐方法，正在逐漸被人們所認可，并且加以改進，能夠考慮更多的環境荷載因素、方便收集參數，并且能夠極大減少工作量。目前對于利用三軸進行樁基模型試驗是一個新的途徑和方向，利用室內小型土工試驗裝置，開展三軸樁基模型試驗裝置，有裝樣精確、工作量小和數據采集方便等優勢。

發明內容

本發明的目的就在于提供一種可模擬沉樁過程的鈣質砂樁基模型試驗系統，可以在三軸壓力室中模擬施加有圍壓狀態下模型樁受力狀態，對模型樁施加上部恒定靜載，從而確定模型樁的極限承載力，同時可以模擬采用錘擊沉樁的施工過程，例如模擬不同頻率不同大小的沖擊能量的錘擊沉樁、模擬錘擊沉樁的施工過程，也可以模擬振動荷載沉樁、同時能夠對樁施加一個循環荷載、不同大小的靜荷載以模擬真實的工程荷載狀態的三軸樁基模型試驗裝置。

本發明的目的是是這樣實現的：

具體地說，本系統包括試驗對象——樁基單元；

設置有支架、樁基壓力室單元、動靜荷載施加單元、錘擊荷載施加單元、應變控制單元、水壓力加載單元、動力源單元、土體固結應力比施加單元、數據采集儀和計算機；

所述的錘擊荷載施加單元包括依次連接的錘擊第1氣缸、錘擊第1傳力桿、連接盤、錘擊第2氣缸、錘擊第2傳力桿和夯擊模塊；

夯擊模塊由夯擊桿和小車構成，在夯擊桿上設置有小車。