[发明专利]一种桩基模型试验用水平与上拔组合加载装置及方法

权利要求书

1.一种桩基模型试验用水平与上拔组合加载装置，其特征在于，包括模型槽(11)和预先埋设在模型槽(11)内土体(21)中的模型桩(22)；所述模型槽(11)侧面设有三角支撑架A、上方设反力梁C；所述模型桩(22)上部设带有拉力传感器的桩头连接构件B，桩头连接构件B通过钢丝绳(6)分别绕过三角支撑架A的水平加载定滑轮和反力梁C的上拔组合滑轮，并连接到所述定滑轮下的装载构件；调整水平加载定滑轮和上拔组合滑轮的位置，根据试验需要在对应装载构件上加装砝码，实现对模型桩(22)的径向、轴向或两个方向组合的加载试验。

2.根据权利要求1所述的一种桩基模型试验用水平与上拔组合加载装置，其特征在于，所述三角支撑架A包括固端横梁(1)、悬臂梁(2)和一号斜支撑(9)；所述悬臂梁(2)通过螺栓(3)连接固定在模型槽(11)侧面的固端横梁(1)上，悬臂梁(2)底板连接有水平加载定滑轮(5)，所述一号斜支撑(9)一端连接在悬臂梁(2)延伸端，另一端支撑在模型槽(11)侧面的一号大水平角钢(10)上。

3.根据权利要求2所述的一种桩基模型试验用水平与上拔组合加载装置，其特征在于，所述水平加载定滑轮(5)与悬臂梁(2)底板之间放置钢垫片(4)来微调水平加载定滑轮(5)的上下位置；所述固端横梁(1)上设有用来调整悬臂梁(2)在固端横梁(1)上位置的长条状槽孔。

4.根据权利要求1所述的一种桩基模型试验用水平与上拔组合加载装置，其特征在于，所述反力梁C包括一对横梁(13、23)、纵梁(12)和二号斜支撑(25)；所述纵梁(12)通过一对横梁(13、23)架设在模型槽(11)上，在与三角支撑架A相对侧的模型槽(11)上延伸出纵梁(12)，纵梁(12)的底板连接上拔组合滑轮，包括一号定滑轮(14)和二号定滑轮(24)；所述二号斜支撑(25)一端连接在纵梁(12)延伸端，另一端支撑在模型槽(11)侧面的二号大水平角钢(26)上。

5.根据权利要求4所述的一种桩基模型试验用水平与上拔组合加载装置，其特征在于，可再进一步增加一个动滑轮与一号定滑轮(14)形成滑轮组。

6.根据权利要求4所述的一种桩基模型试验用水平与上拔组合加载装置，其特征在于，所述一对横梁(13、23)在与纵梁(12)搭接处开有沿其轴线方向的长条状槽，所述纵梁(12)底板上也开有沿其轴线方向的长条状槽，横梁上的长条状槽与纵梁上的长条状槽相互垂直并构成“十”字形以调整纵梁的位置，从而实现对一号定滑轮(14)位置的调整。

7.根据权利要求1所述的一种桩基模型试验用水平与上拔组合加载装置，其特征在于，所述桩头连接构件B包括连接在模型桩(22)上的桩帽(17)、穿过桩帽的桩头丝杆(18)及两个呈90°布置的U型连接件(19、16)，U型连接件(19、16)分别连接绕过三角支撑架A和反力梁C的滑轮的钢丝绳(6)，钢丝绳(6)分别连接到水平装载构件(7)与上拔装载构件(27)上。

8.根据权利要求7所述的一种桩基模型试验用水平与上拔组合加载装置，其特征在于，所述U型连接件(19、16)由丝杆(31)与两块钢片(32)的一端连接构成，两块钢片(32)对称分布在丝杆(31)两端；两块钢片(32)的另一端连接桩头丝杆(18)；丝杆(31)中间通过环形活动扣(29)连接拉力传感器。

9.根据权利要求1所述的一种桩基模型试验用水平与上拔组合加载装置，其特征在于，所述水平装载构件(7)和上拔装载构件(27)由一根长钢条连接一个底板构成，或用钢桶取代装载构件；砝码放置在所述底板上或钢桶中。

10.一种桩基模型试验用水平与上拔组合加载方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将装有桩头连接构件B的模型桩(22)埋入土体(21)中，在桩头连接构件B上分别装上拉力传感器；

2)根据预先设计的高度，分别通过横梁将三角支撑架A的悬臂梁(2)和反力梁C的纵梁(12)安装在模型槽(11)侧面和上方；

3)在悬臂梁(2)上安装水平加载定滑轮(5)，在纵梁(12)上安装上拔组合定滑轮，并将桩头连接构件B拉力传感器端通过钢丝绳(6)分别连接到水平装载构件(7)和上拔装载构件(27)上；

4)微调悬臂梁(2)在固端横梁(1)上的位置及纵梁(12)在横梁(13、23)上的位置来实现对水平加载定滑轮和上拔组合滑轮位置的调整，根据试验需求在水平装载构件(7)或上拔装载构件(27)上加装砝码，实现对模型桩(22)的径向、轴向或两个方向组合的加载试验；

5)通过水平拉力传感器(20)及竖向拉力传感器(15)测得实际施加于模型桩上的水平力及上拔力，通过百分表来量测桩顶在加载过程中的水平位移和竖向位移，通过应变仪读取粘贴在所述模型桩(22)上的应变片的数值。