[发明专利]一种透明土模型桩试验测试装置及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种透明土模型桩试验测试系统及其使用方法，主要适用于实验室内微型模型桩加载沉桩过程、土体破坏模式等领域的研究。

背景技术

桩基础广泛应用于高层建筑、铁路、公路、桥梁、海洋平台和港口码头等众多工程领域中。随着技术的进步和发展，各种桩型应运而生，在各类工程中都有所应用，且已经占据了重要地位。为了更好的研究各类桩基础的承载力特性，进行更多的技术革新，针对各类模型桩的室内实验逐渐增多，但由于桩周土的存在，无论是何种桩型，室内试验还是现场实验，对桩基的受力变形和土体的沉降变形都只能通过埋设仪器进行数据监测，对桩基在地下的受力变形情况只能进行“看不到”的分析，并且土体中的传感器不能提供桩基和土体的连续变形特征，结果往往不准确。

随着科技的发展，越来越多的方法可以用来测量土体内部的连续变形。例如X射线、磁共振成像技术以及计算机三维层析成像已经应用于模型桩试验用来研究桩基的土体的连续变形及流动。但是高昂的试验设备费用和技术上的难点大大限制了这些技术的广泛应用。

因此，探讨从既经济又技术可行的沉桩过程中土体位移场测量可视化试验的技术方案显得尤为迫切。在本发明专利前，已经有一种人工合成透明土材料的制配方法(201410178910.9)和一种取土过程中土体内部位移测量模型试验装置及其使用方法(201410178638.4)，两项发明均在审，但都未针对模型桩在人工合成透明土内部的加载沉桩、受力变形及桩周土体的沉降变形情况进行试验装置系统的详细开发研究。因此，基于数字图像技术和人工合成透明土材料，开发一种可以测量沉桩过程中桩基受力变形、桩周土体沉降和变形位移场的试验测试系统及其使用方法成为一个刻不容缓的工作。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种透明土模型桩试验测试系统及其使用方法，可以较好的观察测量沉桩过程中桩基受力变形、桩周土体沉降和变形位移场。

这种透明土模型桩试验测试装置，包括实验台，所述实验台的台面上设置有工程漫射体支架、激光器支架和相机支架以分别安置工程漫射体、设置激光器和相机，并设置有滑模固定板、纵向滑动限位板和横向滑动限位板以定位和固定模型试验槽；在模型试验槽上方设置有反力架，所述反力架以可调式螺杆和固定螺帽调节并固定于实验台的台面上，反力架上设置有小型油压千斤顶和压力计。

作为优选：所述的实验台包括设置有螺杆预留孔的台面板，在台面板下部是设置有螺孔的平台支脚，平台支脚底部设置有调平螺栓的可调式桌脚。

作为优选：所述的工程漫射体支架、激光器支架和相机支架都分别与支架固定板连接，辅以螺钉固定在实验台的台面上。

作为优选：所述滑模固定板以滑模固定板固定螺丝固定于实验台的台面上，纵向滑动限位板和横向滑动限位板以螺栓在螺栓滑槽内滑动并锚固以固定模型试验槽。

作为优选：所述的模型试验槽采用透明材料制成，内部设置有人工合成透明土，模型桩上设置模型桩加载头。

这种透明土模型桩试验测试装置的使用方法，主要包括以下步骤：

1)实验台调平：通过可调式桌脚对实验台进行调平，辅以水准器校核；

2)安装试验槽固定系统：先将滑模固定板以滑模固定板固定螺丝固定于台面上，纵向滑动限位板和横向滑动限位板以螺栓在螺栓滑槽内锚固；

3)安置模型试验槽：按试验参数要求配制人工合成透明土，置入模型试验槽内，并将模型试验槽通过试验槽固定系统固定在台面上；

4)安装反力架：将反力架以可调式螺杆穿过螺杆预留孔，以固定螺帽固定于实验台上，通过拧动固定螺帽调整可调式螺杆高度；

5)设置器材：根据模型试验槽的位置，以螺钉和支架固定板将各个支架固定在台面上，并将各个器材安置好；其中相机镜头所在平面平行于模型试验槽某一外立面，激光器和工程漫射体置于相交的另一侧面，且工程漫射体设置在激光器和模型试验槽之间；

6)设置模型桩：将模型桩和模型桩加载头设置好，放置于小型油压千斤顶下，启动千斤顶，将模型桩压入透明土内少许，保持其竖直；

7)启动器材：打开激光器，待功率稳定后，调整激光切面的角度，使其垂直打入透明土中，形成散斑场；调整相机视场，使其涵括整个模型桩，并设置为自动连续拍摄模式；

8)压桩：开启小型油压千斤顶，使其下端缓慢匀速下降，将模型桩静压入土；

9)后处理：以油压表和压力计记录桩顶压力，以相机记录模型桩入土后桩体位移和土体变形。

本发明的有益效果是：