[发明专利]用于模型桩受荷试验中准确定位模型桩位置的装置及其使用方法

权利要求书

1.一种用于模型桩受荷试验中准确定位模型桩位置的装置，包括：主体框架、考虑模型桩制造误差的中心定位及固定系统、模型桩高度调节系统、侧向固定系统；其特征在于：主体框架包括框架主体(1)、排气孔(2)、中心定位孔(3)、模型桩高度调节螺孔(4)、模型桩高度调节刻度(5)、侧边固定螺孔(6)以及防堵孔斜切面(7)；考虑模型桩制造误差的中心定位及固定系统包括：中心定位夹具(8)及中心定位夹具固定螺栓(9)；模型桩高度调节系统包括高度调节螺栓(10)及高度调节垫圈(12)；侧向固定系统包括侧向固定螺栓(11)；所述中心定位夹具(8)带有分瓣漏斗形夹头；所述排气孔(2)开设在框架主体(1)上，框架主体(1)底部设置防堵孔斜切面(7)，用于避免排气孔(2)被堵塞；所述中心定位孔(3)开设在框架主体(1)上，且贯穿框架主体(1)的上表面和下表面，中心定位孔(3)内设置中心定位夹具(8)，中心定位夹具固定螺栓(9)设置于中心定位孔(3)内并与中心定位夹具(8)配合，所述中心定位孔(3)的下端为漏斗形，中心定位孔的尺寸与中心定位夹具的漏斗形端部匹配，当旋紧中心定位夹具固定螺栓(9)时，该中心定位孔(3)的漏斗顶部位置能可靠约束并收紧中心定位夹具(8)的分瓣漏斗形夹头；所述模型桩高度调节螺孔(4)设置在框架主体(1)上，模型桩高度调节螺孔(4)正下方设置高度调节垫圈(12)，所述高度调节螺栓(10)自框架主体(1)上表面通过模型桩高度调节螺孔(4)抵在高度调节垫圈(12)上，所述框架主体(1)侧面设置模型桩高度调节刻度(5)，用于测量高度调节螺栓(10)底部相对框架主体(1)的位置，所述侧边固定螺孔(6)连通中心定位孔(3)与框架主体(1)的侧面，侧向固定螺栓(11)穿过侧边固定螺孔(6)固定中心定位夹具(8)。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：框架主体(1)为变截面圆柱形，设有若干排气孔(2)；框架主体(1)下端部分的外径尺寸与用于放置模型桩和岩石/土体材料的试验盒匹配，所述下端部分插入试验盒且框架主体上部变截面处与试验盒外沿接触；框架主体(1)下端部分的长度可使高度调节范围覆盖不同嵌固比情况下的桩头高度。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述中心定位夹具(8)的主体为金属圆管，主体一端具有分瓣漏斗形夹头，分瓣漏斗形夹头上方的金属圆管中设有内置螺纹；中心定位夹具与漏斗形的中心定位孔(3)的孔壁相匹配。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：分瓣漏斗形夹头的瓣数为6-8瓣。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：中心定位夹具固定螺栓(9)在旋紧过程中提升中心定位夹具(8)，使中心定位夹具的底端面与漏斗形的中心定位孔(3)底端面平齐。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：刻制于框架主体(1)下部侧壁上的高度调节刻度包括4个部分，每个部分的刻度与高度调节螺孔(4)中的一个螺孔对应。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：防堵孔斜切面(7)为与装置底平面呈一定角度的环形切平面。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：高度调节垫圈(12)为柱形金属圆环，高度调节垫圈的内径稍大于框架主体的下部直径，或与试验盒的内径相等，使框架主体的下部可以顺利套入该高度调节垫圈；高度调节垫圈的外径与框架主体上部直径较大部分相同。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的用于模型桩受荷试验中准确定位模型桩位置的装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将制备的人工岩石浆体或者准备好的土样灌入试验盒内，使试验盒上表面到达指定的高度；

(2)将模型桩的桩头部分放入中心定位夹具(8)的分瓣漏斗形夹头内；

(3)将中心定位夹具(8)及其夹带的模型桩(13)水平放置，然后由下部套入框架主体(1)的漏斗形中心定位孔(3)内；

(4)将中心定位夹具固定螺栓(9)从框架主体(1)上端旋入中心定位夹具(8)上部的螺孔内，中心定位夹具固定螺栓(9)使中心定位夹具(8)不断上升直至其底端平面与框架主体(1)的底面平齐，此时由于漏斗形中心定位孔(3)侧壁的约束作用，分瓣漏斗形夹头已夹紧模型桩的桩头，桩身部分外露，用手轻微晃动模型桩检验是否夹紧，完成框架主体(1)与中心定位夹具(8)和中心定位夹具固定螺栓(9)的组装；

(5)将高度调节螺栓(10)依次旋入模型桩高度调节螺孔(4)内，直至螺帽与框架主体(1)紧密贴合为止，完成框架主体(1)与中心定位夹具(8)、中心定位夹具固定螺栓(9)和高度调节螺栓(10)的组装；

(6)上述步骤完成后，将高度调节垫圈(12)放置在试验盒上，保证高度调节垫圈(12)内沿与试验盒的内沿对齐；

(7)将上述步骤(5)中组装完成的部分依次套入以高度调节垫圈(12)内沿和试验盒内沿形成的柱形圆孔；此时模型桩处于可以调节的最高位置；

(8)对照模型桩高度调节刻度(5)，逐次对称调节高度调节螺栓(10)至桩的试验设计位置为止，在调节过程中模型桩会逐渐下降并刺入人工岩石浆体，观察高度调节刻度(5)，保证各个刻度条读数相同；

(9)将侧向固定螺栓(11)依次旋入侧边固定螺孔(6)并拧紧；

(10)将整个固定装置及下部试验盒放置在小型振动台振动使得人工岩石浆体更均匀且与桩体表面均匀接触，消除步骤(8)模型桩刺入时的影响；

(11)按照人工岩石的制备要求将整个装置放入养护室养护，待养护结束取出；确认侧向固定螺栓(11)是否处于拧紧状态；

(12)反向旋转中心定位夹具固定螺栓(9)使其松动，直至螺栓完全脱离；

(13)反向旋转侧向固定螺栓(11)使其松动直至螺栓完全脱离，并取出螺栓；

(14)将主体结构慢慢向上移动直至其与高度调节垫圈(12)和试验盒完全脱离；

(15)取下中心定位夹具(8)和高度调节垫圈(12)，此时模型桩已经就位即可开始试验。