[发明专利]一种模拟高铁荷载的单桩竖向循环加载试验装置及方法

权利要求书

1.一种模拟高铁荷载的单桩竖向循环加载试验装置，包括用于装填试验土样(2)的试验箱(1)、设于试验箱(1)内的试验桩(3)、设于试验箱(1)外部的反力架(9)、设于反力架(9)上端的上刚性梁(8)、设于上刚性梁(8)上的固定杆(7)及上部加载单元，所述上部加载单元包括依次连接的激振器(6)、功率放大器(11)和信号发生器(12)，所述激振器(6)安装在所述固定杆(7)的下端，并位于试验桩(3)的上方，

其特征在于，所述的激振器(6)为电动式激振器，所述激振器(6)下端的激振头处设有用于记录激振力大小及波形的拉压传感器(17)，所述试验桩(3)上部的桩头处设有用于测量桩顶位移的位移传感器(5)，所述试验桩(3)下部的桩端处设有用于测量桩端阻力的土压力传感器(16)，所述试验桩(3)的桩身自上而下设有多个用于测试桩身应力分布的电阻应变片(4)，所述拉压传感器(17)、位移传感器(5)、土压力传感器(16)以及电阻应变片(4)均连接动态数据采集仪(13)，并传输至计算机(14)进行显示和处理；

所述试验箱(1)是由四根角钢和若干扁钢焊连成的方形钢架，试验箱(1)的四周及底部为与方形钢架焊接的钢板，试验箱(1)的内表面光滑；

所述试验箱(1)的两侧设有底座(10)，所述底座(10)上设有用于固定反力架(9)的卡槽，所述反力架(9)通过螺栓固定于底座(10)上，可通过螺纹杆调整高度；

所述上刚性梁(8)的中部设有若干内螺纹孔(19)，所述固定杆(7)穿过内螺纹孔(19)，并通过螺纹栓固定，所述固定杆(7)位置通过不同的内螺纹孔可进行左右移动，实现激振器(6)的横向移动；

该装置使用时，采用以下步骤：

(a)根据研究目标，确定试样土样(2)，并测定试验土样(2)的含水率、密度，并将试验土样(2)填入试验箱(1)内至所需高度，并分层压实，填筑完毕后，需要对试验土样(2)进行预压固结；

(b)待试验土样(2)固结完成后，采用静力压入的方法进行压桩，压桩的速度100mm/min，压桩时间为8min，通过在桩顶处设置的位移传感器(5)监测桩体位移；

(c)压桩完毕，待休止期结束之后，对试验桩(3)进行循环加载试验，开启信号发生器(12)，设置振动波形，打开功率放大器(11)，调节信号幅值大小，开启动态数据采集仪(13)和计算机(14)，记录振动过程中桩顶荷载和桩体位移；

(d)加大幅值或改变频率，重复上一步骤，直至振动时间或桩顶位移达到要求；

(e)试验结束后，依次关闭功率放大器(11)，信号发生器(12)和动态数据采集仪(13)，根据桩顶动荷载和桩顶位移，计算单桩动承载力极限，根据桩端土压力传感器(16)和桩身电阻应变片，计算得到沿桩身应力分布以及桩侧摩阻力分布情况。

2.根据权利要求1所述的一种模拟高铁荷载的单桩竖向循环加载试验装置，其特征在于，所述试验箱(1)的底端设有排水阀(15)。

3.根据权利要求1所述的一种模拟高铁荷载的单桩竖向循环加载试验装置，其特征在于，所述上刚性梁(8)通过两侧的上刚性梁卡口设在反力架(9)上，并通过螺纹栓固定。

4.根据权利要求1所述的一种模拟高铁荷载的单桩竖向循环加载试验装置，其特征在于，所述的信号发生器(12)可连续地输出任意波形的函数信号。