[發明專利]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

• 申請號: 202110568090.4
• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN113237773B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（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

本發明公開了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，該試驗裝置包括包括加載系統、矩形模型箱、支架系統、帶側翼樁基、樁端土模擬裝置和量測系統；其測量方法當加載機構采用樁基加壓裝置時，樁基產生正摩阻力；當加載機構采用堆載加壓裝置時，樁基產生負摩阻力。側翼隨樁周土體產生向上和向下的彎曲，根據側翼彎曲可以得到樁周土的位移場，并根據插值法分析出中性點的位置；樁端彈簧發生變形，根據變形量可以測得樁端軸力，即端阻力。本發明給出的力學試驗裝置，簡單、精度高，既能模擬正負摩阻力的樁端阻力大小和樁周土變形，也能模擬負摩阻力時中性點位置的變化。

技術領域

本發明涉及土木工程技術領域，確切地說是模擬樁端阻力大小及中性點變化的力學試驗裝置及方法。

背景技術

樁基的主要作用是將上部荷載傳遞到下部土層，其豎向承載力是樁土共同作用提供的，傳遞過程中樁身會與樁周及樁端土進行相互作用形成摩阻力與端阻力。當樁周土下沉位移小于樁身時，樁周會產生方向向上的正摩阻力，阻止樁基沉降；當樁周土下沉位移大于樁身時，樁周會產生方向向下的負摩阻力，加大樁基沉降，造成建筑物不均勻下沉。受荷載大小、樁體剛度、樁周土和樁端土性質等因素的影響，樁土的相互作用和荷載傳遞機理復雜，目前的相關研究理論仍不完善。

在樁周土性質不變時，樁端土剛度對摩阻力和端阻力占總承載力的比例大小影響極大：當樁端土的剛度較小時，摩阻力充分發揮，端阻力占比較小；反之，摩阻力不能充分發揮，端阻力占比較大。當產生負摩阻力時，在樁周土與樁截面沉降相等、無相對位移發生處其摩阻力為零，即為樁的中性點。在此位置之上的摩阻力為負摩阻力，在此位置之下的摩阻力為正摩阻力，在該點處樁身軸力達到最大值。中性點是樁基受力分析和承載力設計中的重要參數，其位置的變化直接影響樁基負摩阻力的大小。

目前規范中規定的中性點深度比ln/l0(其中ln為中性點深度，l0為樁周軟弱土層下限深度)是從工程經驗中得到的，根據樁端土持力層特征進行估算，在實際設計中往往存在誤差過大的情況。常規的試驗研究方法是通過測定樁周土壓力和樁身應力分布來計算樁土的相對位移，推算出位移零點作為中性點深度。中性點位置不能直接測定，樁土的相互作用也不能直接觀測，機構誤差較難控制。

中國專利公開號CN108181180A公開了一種模擬由地面堆載引起樁負摩阻力中性點變化的試驗裝置及方法。該試驗裝置通過有色砂礫和樁側標記得到了樁周土不同深度的沉降和樁-土相對位移以確定中性點位置變化。但存在以下缺陷：所用材料只能為透明土，作為標記用的有色砂礫容易和透明土混雜不清；需要進行排水，排水條件與實際情況不符；采用相機的圖像處理確定沉降和變形，數據難以保持精確；加載機構制作較為繁瑣，成本較高。

本發明給出的力學試驗裝置，簡單、精度高，既能模擬正負摩阻力的樁端阻力大小和樁周土變形，也能模擬負摩阻力時中性點位置的變化。可以作為課堂上的教具，使學生一目了然地理解樁基承載力的概念；也可以為樁基設計提供重要的應用參考，具有較高的理論和應用價值。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供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，該裝置及方法給出的力學試驗裝置簡單、精度高，既能模擬正負摩阻力的樁端阻力大小和樁周土變形，也能模擬負摩阻力時中性點位置的變化。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術手段：