[发明专利]一种考虑土塞效应的沉桩模型试验装置及其应用

权利要求书

1.一种考虑土塞效应的沉桩模型试验装置，其特征在于，包括模型箱(1)、开口管桩(2)、导杆(8)和穿心锤(7)，所述的模型箱(1)内部填充砂样，所述的砂样中埋设连接数据采集仪的微型土压力计(10)和加速度传感器(9)，所述的开口管桩(2)竖直设置在模型箱(1)的中心，所述的导杆(8)竖直设于开口管桩(2)的上端，所述的穿心锤(7)穿过导杆(8)，位于开口管桩(2)上部，所述的微型土压力计(10)和加速度传感器(9)分层设于模型箱(1)的砂样中，所述的加速度传感器(9)采用压阻式传感器，

所述的开口管桩(2)下端的内部设置上下移动的圆环垫片(13)，所述的圆环垫片(13)连接细线(12)的一端，该细线(12)的另一端通过开口管桩(2)上部的圆孔伸出开口管桩(2)外，圆环垫片(13)在沉桩过程中随土塞高度的升高而升高，通过细线测得土塞上升高度，用于模拟管桩动力沉桩过程中土塞的形成并时实测量土塞高度；

所述的开口管桩(2)下端的内部设置圆形垫片(14)，所述圆形垫片(14)由设于圆形垫片(14)上部的细铁棒(15)卡死，所述的细铁棒(15)呈十字交叉水平穿过开口管桩(2)，用于测量在土塞高度一定时，动力沉桩过程中桩周的动力响应，测量沉桩过程中不同深度处径土压力发展规律。

2.根据权利要求1所述的一种考虑土塞效应的沉桩模型试验装置，其特征在于，所述的开口管桩(2)与导杆(8)之间设有桩帽(3)，该桩帽(3)的中心设有插入导杆(8)的孔洞。

3.根据权利要求2所述的一种考虑土塞效应的沉桩模型试验装置，其特征在于，所述的桩帽(3)上部设置钢垫(5)，钢垫(5)上部设置橡胶垫(6)，所述的穿心锤(7)位于橡胶垫的上部，所述的桩帽(3)通过桩帽螺栓(4)固定在开口管桩(2)上。

4.根据权利要求1所述的一种考虑土塞效应的沉桩模型试验装置，其特征在于，所述的模型箱(1)内壁设有由吸波材料制得的吸震层(11)。

5.根据权利要求4所述的一种考虑土塞效应的沉桩模型试验装置，其特征在于，所述的吸震层(11)紧贴模型箱(1)内壁设置，所述的吸震层(11)为15-25mm厚的珍珠棉。

6.根据权利要求1所述的一种考虑土塞效应的沉桩模型试验装置，其特征在于，所述的模型箱(1)为方形，该模型箱(1)的箱体一面为透明钢化玻璃，其余三面为钢板。

7.一种如权利要求1所述的考虑土塞效应的沉桩模型试验装置的应用，其特征在于，将所述的装置用于管桩动力沉桩模型试验，具体包括以下步骤：

(a)装填砂样，埋设传感器：将砂样装入模型箱(1)中，砂样的装填密度为1500-1700kg/m³，在砂样不同深度，埋设多个微型土压力计(10)和加速度传感器(9)；

(b)进行自然锤击沉桩实验：将穿心锤(7)抬高到固定高度后自由落下，记录锤击使开口管桩(2)进入土体的深度以及土塞进入开口管桩(2)的高度，数据采集仪采集相关数据并进行数据处理；

(c)进行固定土塞高度沉桩实验：固定开口管桩(2)下端的土塞高度，将穿心锤(7)抬高到固定高度后自由落下，记录锤击使开口管桩(2)进入土体的深度，数据采集仪采集相关数据并进行数据处理。