[發明專利]一種樁體凍拔力測試裝置

在審

• 申請號: 202010097769.5
• 申請日: 2020-02-17
• 公開（公告）號: CN111257215A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 徐湘田;劉慶賀;張偉東;李高升;顧強;王寶萱;劉偉;王永濤
• 申請（專利權）人: 內蒙古大學
• 主分類號: G01N19/00
• 分類號: G01N19/00;G01N33/24;E02D33/00
• 代理公司: 北京成實知識產權代理有限公司 11724
• 代理人: 張焱

本發明公開了一種樁體凍拔力測試裝置，包括模型箱、水槽、冷浴箱、絕熱箱、傳感器預留孔、透水隔板、補水瓶、測力計、試驗樁和數據采集器，所述模型箱內側標有刻度并且側面預留傳感器孔，所述透水隔板固定安裝在模型箱內部，所述水槽設置在模型箱內底部，所述測力計安裝在測力計連接底座上，所述試驗樁固定安裝在測力計上，所述傳感器預留孔內安裝有水熱傳感器，所述冷浴箱固定安裝在模型箱的底部，所述補水瓶通過管路連通至水槽，所述測力計和水熱傳感器分別通過導線外接至數據采集器。測試裝置制作簡單，原理清晰，與傳統應變片發相比，使用測力計測樁體的凍拔力原理更可靠、結果更準確。

技術領域：

本發明屬于凍土力學的室內模型測試領域，具體涉及一種樁體凍拔力測試裝置。

背景技術：

凍拔主要發生在寒區的埋深淺、質量輕的柱狀基礎或結構中，如電線桿、光伏發電中太陽能板的淺細樁基礎等，但是對于埋深大、質量重的樁基中，也會有凍拔力作為附加力破壞樁基的整體結構性，給工程帶來潛在的風險。

在寒區構造物中，樁基礎與土體直接接觸，當氣溫達到負溫時，樁周上部土體先達到凍結溫度，開始凍結，體積膨脹，在負溫梯度作用下，下部土體未凍水分會通過土體內孔隙向凍結鋒面遷移積聚，在未凍水不斷的遷移過程中，樁所受凍拔力持續增大，樁身出現上拔、傾斜甚至拔斷等現象，導致樁基礎失去穩定性，如青藏地區以及東北多年凍土區的線桿被拔起、高緯度高海拔地區的光伏發電的太陽能板的支架拔起，小型橋梁的樁基礎及湖岸構造的承臺基礎上拔等現象都是由凍拔作用引起的。樁體或桿體凍拔是寒區電力、寒區道路和寒區能源等工程面臨的主要凍害問題，在進行寒區樁基礎設計中應充分了解凍拔力作用的機理及凍拔力的大小，而這些工作的前提是實現對工程及試驗的樁體凍拔力的準確測定，因此在工程中及試驗中準確測定凍拔力是實現凍拔防治的重要指標，是指導凍拔措施設計和計算的重要依據。

對樁體的凍拔力室內模型試驗中，常用的方法有應變片法、反力梁法、拉拔法。

應變片法是在樁身粘貼應變片，通過樁體相鄰的兩個應變片對應的應力值得到樁身所受切向凍脹力，但該測試方法存在以下缺點：應變片受溫度影響大，需考慮溫度補償作用；應變片只能測單點的應變，而不能進行全域性測量，導致轉化為樁體整體所受的凍拔力時存在較大誤差；此外，樁身粘貼應變片的測試方法受樁身形狀限制，如螺旋樁與竹節樁等異形樁無法粘貼應變片。

反力梁法是在測試樁體頂部安置測力計，并在頂部放置橫梁作為反力架，通過反力架上的測力計測試凍脹過程中樁體頂部的凍拔力。該測試方法存在以下缺點：若反力梁支架安裝在模型箱內，試驗中與土體接觸也會產生凍拔作用，無法準確說明所測凍拔力即為樁體的凍拔力；若反力梁安裝在模型箱外側，會增加測試模型的豎向高度，占用較多空間；此外，如果樁體在凍拔力作用下產生傾斜，此時樁體頂部測試的凍拔力并不是實際中樁體所受的豎向凍拔力。

拉拔法是在負溫度下，對凍土中的樁體采取拔出或壓入的方法，測試樁體與凍土分離時所需要的力，該方法存在以下缺點：對凍土中的樁體進行拔出或壓入，破壞的為冰土界面的膠結力，并不是嚴格意義上的凍拔力；凍拔力是隨時間不斷變化的量，還受到含水量、溫度等因素的影響，采用拉拔法破壞了樁土的整體性，也無法測試在補水及變溫過程中凍拔力的變化情況，且一次試驗只能得到樁土接觸面的單個剪切力極限值。

因此，開發出一種測試原理可靠、能夠適應多種樁型、試驗過程中滿足補水控溫條件、能夠模擬實際工況、并可實時檢測凍拔力變化規律的凍拔力測試裝置及測試方法尤為必要。

發明內容：

本發明所要解決的技術問題是：針對上述原有技術測試原理不可靠以及現有技術測試凍拔力不準確等的缺點，提出一種樁凍拔力測試裝置及測試方法，要實現測試原理可靠，能夠適應多種樁型，試驗過程中滿足補水控溫條件，能夠模擬實際工況，并可實時監測凍拔力變化規律。