[發(fā)明專利]一種模擬樁端阻力大小及中性點變化的力學試驗裝置及方法

有效

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• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN113237773B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發(fā)明（設計）人: 倪振強;孫翰耕;趙慶雙;李聰;孟昭博;張保良;田忠喜;張玉萌;蘇大海
• 申請（專利權）人: 聊城大學
• 主分類號: G01N3/14
• 分類號: G01N3/14;G01N3/02
• 代理公司: 山東舜天律師事務所 37226
• 代理人: 李新海

1.一種模擬樁端阻力大小及中性點變化的力學試驗裝置，包括加載機構、矩形模型箱、支架機構、帶側翼樁基、樁端土模擬機構和量測機構，其特征在于：

所述加載機構包括樁頂荷載加壓裝置(12)、地面堆載加壓裝置(13)和砝碼(14)；

所述的矩形模型箱包括左右側壁和透明的前后側壁；矩形模型箱內(nèi)容納樁基(1)、實驗用土(3)；

所述支架機構包括支架上盤(8)、支架下盤(5)與支架柱(6)；支架上盤(8)與支架下盤(5)之前設有與支架柱(6)；支架上盤(8)支撐矩形模型箱，支架上盤(8)中心處設有樁基插口；

所述帶側翼的樁基包括樁基(1)與側翼(2)兩部分，側翼(2)用半柔性材料制成，可隨土體變形而變形；

所述樁端土模擬機構包括上承壓板(4.2)、下承壓板(4.5)、導向桿(4.1)、彈簧(4.3)，防偏板(4.4)；彈簧(4.3)套在導向桿(4.1)上，下承壓板(4.5)的前后兩個側面連接設置有防偏板(4.4)，防偏板(4.4)豎向設置且底端與下承壓板(4.5)固定連接，保證彈簧在豎向變形時不會發(fā)生歪斜；彈簧的兩端分別抵接在上承壓板(4.2)、下承壓板(4.5)上，上承壓板(4.2)受力時沿導向桿運動，樁端土模擬機構用以模擬樁端土的豎向變形；

樁基(1)豎向設置在矩形模型箱內(nèi)，樁基(1)的頂端自矩形模型箱向外伸出，樁基(1)的底端穿過樁基插口后抵接在上承壓板(4.2)上表面上，樁基(1)位于箱體內(nèi)的部分左右兩側均設有間隔設置的側翼(2)；側翼(2)用半柔性材料制成，側翼(2)隨土體變形而變形；砝碼(14)直接放置在樁頂荷載加壓裝置(12)或地面堆載加壓裝置(13)上面；采用樁基加壓裝置(13)時能夠使樁基(1)產(chǎn)生正摩阻力；采用堆載加壓裝置(12)時能夠使樁基(1)產(chǎn)生負摩阻力；

所述的量測機構包括直尺(16)及設置在前透明側壁(11)上的刻度(15)。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種模擬樁端阻力大小及中性點變化的力學試驗裝置，其特征在于：所述樁基加壓裝置(13)、堆載加壓裝置(12)均設有壓塊、壓塊支架，樁基加壓裝置(13)的壓塊支架卡套在樁基(1)的頂端使樁基加壓裝置(13)的重力作用于樁基(1)的頂端；堆載加壓裝置(12)的壓塊支架的底端設有壓板，樁基(1)的頂端向上透過壓板且與壓板之間沒有摩擦，堆載加壓裝置(12)的重力通過壓板僅作用于矩形模型箱內(nèi)填充的試驗用土(3) 的上表面。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種模擬樁端阻力大小及中性點變化的力學試驗裝置，其特征在于：所述樁基加壓裝置(13)、堆載加壓裝置(12)由輕質(zhì)材料制成。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種模擬樁端阻力大小及中性點變化的力學試驗裝置，其特征在于：所述左右側壁為剛性側壁(10)，前后側壁為透明側壁(11)，剛性側壁(10)的前側、后側均設有豎向設置的嵌槽。

5.根據(jù)權利要求4所述的一種模擬樁端阻力大小及中性點變化的力學試驗裝置，其特征在于：所的支架上盤(8)與剛性側壁(10)的底端粘接在一起組成矩形模型箱。

6.根據(jù)權利要求1所述的一種模擬樁端阻力大小及中性點變化的力學試驗裝置，其特征在于：所述的支架柱(6)設有四根，四根支架柱(6)分別豎向設置在支架下盤的四個邊角處，支架柱(6)的底端分別與支架下盤(5)連接固定；支架上盤(8)與支架柱對應處設有支架插孔，支架上盤(8)通過支架插孔套接在支架柱(6)上。

7.根據(jù)權利要求6所述的一種模擬樁端阻力大小及中性點變化的力學試驗裝置，其特征在于：所述的四根支架柱(6)的頂端均設有承托螺栓(7)，承托螺栓(7)設置在同一高度，承托螺栓(7)支撐支架上盤(8)。

8.一種模擬樁基端阻力大小及中性點變化的力學試驗方法，其特征在于包括以下步驟：

第一步：將樁基(1)插入模型箱穿過支架上盤(8)，樁端土模擬機構(4)放置在下承壓板(4.5)上，使樁基(1)下端與樁端土模擬機構(4)剛好接觸，定位此時樁基(1)的位置；

第二步：根據(jù)試驗用土(3)的密度稱取填充模型箱所需的土量，在試驗臺邊緣，將模型箱水平放置，支架上盤(8)粘接在模型箱底部并處于凌空狀態(tài)，在模型箱里均勻地裝入試驗用土(3)；

第三步：將模型箱豎起，支架上盤(8)上插入四根支架柱(6)，穩(wěn)定在承托螺栓(7)上，樁基(1)下端剛好與樁端土模擬機構(4)剛好接觸；記錄下側翼(2)的初始位置，用直尺測量上承壓板(4.2)和下承壓板(4.5)之間的距離，即彈簧(4.3)的初始長度；

第四步：當進行樁基正摩阻力模擬時，將樁基加壓裝置(13)安裝到樁基(1)的頂端，在加載裝置(12)上加載砝碼(14)；當進行樁基負摩阻力模擬時，將堆載加壓裝置(12)安裝到試驗用土(3)的頂端，在加載裝置(13)上加載砝碼(14)；

第五步：待變形穩(wěn)定后，讀出樁基(1)和側翼(2)的位移變形量，測出彈簧(4.3)的最終長度，得到樁基(1)和側翼(2)的變形和位移場，算出彈簧(4.3)的變形量，定義側翼向下彎曲定為負值，向上彎曲為正值，取每個側翼(2)的平均沉降值作為該層土的沉降值；

當進行樁基正摩阻力工況模擬時，已知樁頂荷載即砝碼(14)與加壓裝置(13)的重力之和為Q，通過彈簧(4.3)的變形量，根據(jù)胡克定律可計算出樁基端阻力為N_l，則樁基摩阻力為Q_s＝Q-N_l；

當進行樁基負摩阻力工況模擬時，已知地面堆載即砝碼(14)與加壓裝置(12)的重力之和為Q，設樁基負摩阻力為Q_n，通過彈簧(4.3)的變形量，根據(jù)胡克定律可計算出樁基端阻力為N_l，則樁基總摩阻力為Q_n-Q_s＝Q-N_l；

第六步：改變樁基(1)的剛度、試驗用土(3)的壓縮模量、砝碼(14)的荷載大小或彈簧(4.3)的彈性模量，模擬不同工況的樁基正、負摩阻力受力特征。