[发明专利]可控制围压用于模拟闭口桩安装过程的实验装置

说明书

本发明公开了一种可控制围压用于模拟闭口桩安装过程的实验装置，包括机架、围压室、桩体、限位装置、加载系统、水围压控制系统、传感器系统、数据采集及控制系统。本装置所用的桩体可为拼装桩体，由桩片拼接而成，特点是通过组装可模拟桩的大位移安装贯入过程。实验时拼装桩体位于围压室中心处，与围压室上盖、底板及内部土体紧密接触。桩体内部和限位装置相接触，限位装置用于限制桩体旋转。桩体可通过螺杆和伺服电机控制静、动安装过程。本发明能通过控制围压模拟闭口桩在复杂应力状态的土体中的静力和动力打入过程，能测量桩体打入过程中侧壁的静、动阻力，同时也能模拟桩体无限位移打入土体的过程。

技术领域

一种可控制围压用于模拟闭口桩安装过程的实验装置，可用于模拟闭口桩在多种土体(砂土、黏土、粉土)中的静力和动力打入过程，并可考虑土的复杂应力状态、排水条件等多种工况。

背景技术

近些年来，为了满足高层建筑对地基承载力和变形的要求，桩基础被设计的越来越长，这对桩的施工安装提出了更高的要求。为保证施工和安装的顺利进行，需要在安装之前对桩体的安装阻力进行评估，为选择合适的安装设备提供指导。

目前在室内已有很多模拟预制桩安装过程的实验装置，但是由于在常重力状态下土体的应力状态与实际工程中土体的应力状态相差很大，因此按照缩尺所做的常重力模型试验无法准确模拟实际工程中桩土之间的受力情况。现阶段也可以采用超重力离心机试验还原土体应力状态，但是这种试验成本很高，试验复杂。

本发明提出一种可控制围压用于模拟闭口桩安装过程的实验装置，能通过控制围压模拟闭口桩在复杂应力状态的土体中的静力和动力打入过程，能测量桩体打入过程中侧壁的静、动阻力，同时也能模拟桩体无限位移打入土体的过程。

发明内容

本发明设计出了一种可控制围压用于模拟闭口桩安装过程的实验装置。该装置的特点是：能模拟闭口桩在复杂应力状态的土体中的静力和动力打入过程，能测量桩体打入过程中侧壁的静、动阻力；由于桩体可拼装，可模拟桩体无限位移打入土体的过程。

本发明采取以下技术方案：

一种可控制围压用于模拟闭口桩安装过程的实验装置，包括机架、围压室、桩体、限位装置、加载系统、水围压控制系统、传感器系统、数据采集及控制系统；

桩体插入围压室中，与装于围压室内的土样形成桩土界面，可通过围压室控制土体的应力状态和排水条件；限位装置用于限制桩体旋转，其作用在于保证桩体可做无旋转的上下运动，并尽可能减小侧壁摩擦。加载系统包括液压系统、蜗杆及伺服电机，液压系统用于向土体施加竖向应力，蜗杆上端旋入桩体内，下端与伺服电机相连由伺服电机驱动蜗杆完成对桩体静动加载控制，水围压控制系统用于控制围压室的围压以调整土体的应力状态，传感器系统用于检测装置中的待测数据，并传输至数据采集及控制系统中，数据采集及控制系统用于控制加载系统、液压系统及水围压控制系统。通过该装置可能模拟闭口桩在复杂应力状态的土体中的静力和动力打入过程。

上述技术方案中，优选的，所述的围压室包括筒状外壁、围压室底板、环状的围压室上盖、橡胶膜；筒状外壁固定于围压室底板上，可以采用有机玻璃材料，以方便从外侧观察试样情况，围压室上盖设于筒状外壁顶部开口处，桩体贯穿底板中部插入围压室上盖中，桩体与围压室上盖之间、围压室上盖与筒状外壁之间、桩体与围压室底板之间均通过橡胶圈密封，在围压室上盖下表面和底板上表面各固定有一个橡胶膜固定环，橡胶膜上下端分别通过橡胶圈固定于橡胶膜固定环内，橡胶膜与桩体之间用于安装待测土体，橡胶膜与筒状外壁之间形成围压空间；

所述的水围压控制系统包括开在围压空间底板上的围压水孔、开在待测土体空间底板上的反压孔、及水压力控制器；围压水孔通过管道与水压力控制器相连用于向围压空间内注水或排水以控制围压空间内的水压，反压孔通过流量计与水压力控制器相连用于测量排水条件下土体的体变。