[发明专利]一种桩基抗拔室内试验装置及其实验方法

权利要求书

1.一种桩基础抗拔性能测试的室内试验装置，其特征在于：其包括实验箱体（1）、基坑与桩基系统（2）、应力加载系统（3）和用于测定试验过程中的各项参数的监测系统（4）；所述实验箱体（1）放置在地面上，其内部填满实验土体，所述基坑与桩基系统（2）放置于实验箱体（1）的土层中，所述应力加载系统（3）和基坑与桩基系统（2）通过钢丝绳相连；

所述实验箱体（1）主体为框架结构，所述实验箱体（1）一侧的上部、下部分别垂直设置导流孔，在所述导流孔处设置连通阀门（1-4），下、上连通阀门（1-4）之间设置水位显示管（1-3）；

所述基坑与桩基系统（2）包括内部可放置沙土的基坑槽（2-1）和模拟桩（2-2），所述基坑槽（2-1）上部为立方体形状，其上部开口，侧面、底面由钢板焊接而成；所述基坑槽（2-1）四个侧面钢板的上部设置4个用于实现基坑系统和应力加载系统的连接的连接孔（2-5），所述基坑槽（2-1）的底面焊接螺栓（2-3），所述模拟桩（2-2）为空心钢管，模拟桩（2-2）顶端内部焊接与螺栓（2-3）配套的螺母（2-4），所述模拟桩（2-2）的中间部位设置用于黏贴应变传感单元的微型沟槽；

所述应力加载系统（3）包括支撑架（3-1）、定滑轮（3-2）、钢丝绳（3-3）、应力加载盘（3-4）和砝码（3-5），所述支撑架（3-1）包括竖直支撑钢梁、水平支撑钢梁和倾斜支撑钢梁，所述竖直支撑钢梁与实验箱体（1）连接，所述水平支撑钢梁与竖直支撑钢梁焊接固定，所述倾斜支撑钢梁一端焊接竖直支撑钢梁，一端焊接水平支撑钢梁，所述水平支撑钢梁上面设有定滑轮（3-2），所述钢丝绳（3-3）的一端连接基坑槽（2-1），另一端通过两个定滑轮（3-2）与应力加载盘（3-4）相连，所述应力加载盘（3-4）用于放置实验砝码（3-5）；

所述监测系统（4）包括土压力传感单元（4-1）、水压力传感单元（4-2）、应变传感单元（4-3）、位移传感单元（4-4）、数据线和数据采集系统，所述土压力传感单元（4-1）、水压力传感单元(4-2)、应变传感单元(4-3)、位移传感单元(4-4)分别与数据采集系统相连，所述土压力传感单元(4-1)埋置于模拟桩（2-2）周围土体中，所述水压力传感单元（4-2）埋置于基坑槽（2-1）底部的土体中，所述应变传感单元（4-3）黏贴在模拟桩（2-2）中间部位的微型沟槽中，所述位移传感单元（4-4）固定在基坑槽（2-1）上部的四个角。

2.根据权利要求1所述的桩基础抗拔性能测试的室内试验装置，其特征在于：所述实验箱体（1）包括刚性框架（1-1）、钢化玻璃（1-2）、水位显示管（1-3）、连通阀门（1-4）、缓冲垫片（1-6）和土工织物，所述刚性框架（1-1）由柱形钢管焊接而成，在其底面上呈现“田”字形布置，在其四个侧面呈现“日”字行布置；所述刚性框架（1-1）与钢化玻璃的接触位置布置缓冲垫片（1-6），所述导流孔位于一侧的钢化玻璃（1-2）的上部和下部，所述钢化玻璃（1-2）与连通阀门（1-4）、连通阀门（1-4）与水位显示管（1-3）之间设置密封圈（1-5），在连通阀门（1-4）内部设置土工织物。

3.根据权利要求1所述的桩基础抗拔性能测试的室内试验装置，其特征在于：所述模拟桩（2-2）的表面可以设置为光滑表面或者螺纹表面。

4.根据权利要求2所述的桩基础抗拔性能测试的室内试验装置，其特征在于：所述应力加载系统（3）的具体结构为：所述竖直支撑钢梁共设四根，每根竖直支撑钢梁的下部分别与实验箱体（1）的刚性框架（1-1）拐角处的柱形钢管焊接，竖直支撑钢梁上部与水平支撑钢梁焊接，竖直支撑钢梁用于支撑上部的应力荷载；所述水平支撑钢梁共设六根，呈现“目”字形分布特征，其中两根水平支撑钢梁与应力加载方向平行、四根水平支撑钢梁与应力加载方向相切，水平支撑钢梁与竖直支撑钢梁焊接固定；所述倾斜支撑钢梁一端焊接竖直支撑钢梁，另一端焊接水平支撑钢梁；第二根切向水平支撑钢梁的重心位于基坑槽（2-1）的中心上部，第四根切向水平支撑钢梁的重心位于应力加载盘（3-4）的中心上部，在第二根切向水平支撑钢梁和第四根水平支撑钢梁的中间位置分别布设定滑轮（3-2），定滑轮（3-2）与钢梁之间采用焊接形式固定。

5.权利要求1所述的桩基础抗拔性能测试的室内试验装置的实验方法，其特征在于：其包括下述步骤：

（1）根据已知的地层信息，将土称重，在实验箱体（1）内部摊铺、压实，选取一种模拟桩（2-2），在模拟桩（2-2）的表面黏贴应变传感单元（4-3），利用螺栓（2-3）和螺母（2-4），将基坑槽（2-1）和模拟桩（2-2）二者相连，在指定高度埋设基坑槽（2-1）、模拟桩（2-2）、土压力传感单元（4-1）、水压力传感单元（4-2），在基坑槽（2-1）的上端固定位移传感单元（4-4），利用数据线将土压力传感单元（4-1）、水压力传感单元（4-2）、应变传感单元（4-3）、位移传感单元（4-4）连接到数据采集系统，采集土压力传感单元（4-1）、水压力传感单元（4-2）、应变传感单元（4-3）、位移传感单元（4-4）信息，待达到试验要求条件后，准备开始试验；

（2）逐步开挖基坑槽（2-1）中的实验土体，上部荷载的减小和基坑槽（2-1）底面的水浮力作用，将会引起基坑槽（2-1）和模拟桩（2-2）的变形和位移，利用应变传感单元（4-3）、位移传感单元（4-4）监测变形和位移信息；

（3）基坑槽（2-1）中的实验土体开挖完成后，开始在应力加载盘（3-6）放置砝码（3-7），此时，拉力通过定滑轮（3-4）和钢丝绳（3-5），传导至基坑槽（2-1）；逐步增加砝码（3-7）的质量，记录砝码（3-7）的重量与加载过程，基坑槽（2-1）和模拟桩（2-2）将在拉力的作用下产生向上位移，最终将会被拔出；

（4）采集、整理这个实验过程中的土压力传感单元（4-1）、水压力传感单元（4-2）、应变传感单元（4-3）、位移传感单元（4-4）、加载砝码（3-7）质量信息，得出基坑开挖与外力加载过程中的基坑槽（2-1）和模拟桩（2-2）的变形和位移特征；整理基坑承受外力荷载与上拔位移关系特征，得出抗拔桩的应力-位移曲线；

（5）实验完成后，撤掉加载砝码（3-7），卸下应力加载系统（3），并将基坑与桩基系统（2）从土层中移出，然后将实验箱体（1）内部内的土体清理干净，以备下次实验使用；

（6）重复上述步骤1～5，更换不同粗糙度的模拟桩（2-2），就可以得出另一种表面粗糙度抗拔桩的应力-位移曲线，对比不同表面粗糙度抗拔桩的应力-位移曲线，就可以分析得出桩体粗糙度对抗拔性能的影响。