[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

说明书

本发明公开了一种桩基模型试验用水平与上拔组合加载装置及方法，包括预先埋设在模型槽内土体中的模型桩；模型槽侧面设有三角支撑架A、上方设反力梁C；所述模型桩上部设桩头连接构件B，桩头连接构件B通过钢丝绳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放置砝码，实现对模型桩的径向、轴向或两个方向组合的加载试验。本发明能够对模型桩同时独立施加水平荷载和上拔荷载，桩顶发生水平位移以及竖向位移时能够实现上拔和水平荷载的变化很小可以忽略，以更好的分析模型桩在上拔和水平向组合荷载下的承载性状。

技术领域

本发明涉及岩土工程地基基础领域，具体涉及一种桩基模型试验用水平与上拔组合加载装置及方法。

背景技术

抗拔桩作为抗拔基础的一种主要形式，由于其承载能力强和性价比高等优点，被广泛应用于地下建(构)筑物基础、输电和通信线路杆塔基础、高耸结构物基础、海上石油钻井平台基础以及桩静载荷试验、索道桥和斜拉桥的锚桩基础等。近些年，随着我国城市化的快速推进，城市用地越来越紧张，这促使众多建(构)筑物向更深的地下空间发展。相应地，将有更多的基础承受越来越大的上拔荷载作用，故对抗拔桩的研究也受到越来越多的重视。目前为止，已有众多国内外学者采用理论分析和模型试验等方法对抗拔桩进行了大量研究，取得了一定的成果。但是，对抗拔桩的研究大多仍停留在经验性的基础上，未进行系统和深入的机理研究，其研究成果仍不完善，当前对抗拔桩的设计方法仍主要借鉴抗压桩的设计方法，即以桩的抗压极限摩阻力值乘以抗拔折减系数作为抗拔桩桩侧摩阻力，进而估算抗拔桩的承载力，可见上拔桩荷载传递机制和承载力计算等方面的研究尚不成熟。另一方面，当前对抗拔桩的研究主要集中在承受单一的上拔荷载作用，而实际工程中，在其承受竖向拉拔荷载的同时，还承受一定比例的水平向荷载作用，例如输电线路杆塔基础和叉桩结构等。当然，在特定环境条件下，原来的水平受荷桩也可能承受上拔拔荷载作用，例如处于季节性冻土或膨胀土地区承受两侧不平衡土压力的桩基础等。对于承受组合荷载作用的桩基础，少量学者通过理论分析对其进行了研究，仍缺乏现场试验和模型试验方面的实例验证，当前对组合荷载作用下抗拔桩的设计也忽视了水平荷载和上拔荷载相互作用的影响，可能造成桩基承载不足等问题。因此，为了保证抗拔桩在组合荷载作用下的安全性，亟需对抗拔桩进行水平与上拔组合加载试验以研究其荷载传递机理及承载力计算方法。

现场试验作为桩基础研究的方法之一，虽能准确反映桩基的承载变形特性，但其涉及的土层复杂，变量不易控制。此外，现场试验周期长、耗资巨大，受场地及试验设备等限制，只能应用于少数工程。相比现场试验，模型试验可以更好地设定边界条件和桩土材料特性，可以更有针对性地研究特定因素对桩基承载变形性状的影响，从中获取的信息远比现场试验多。同时，模型试验具有试验周期短、花费少和不受场地限制等优点，还可用来验证数值模拟分析，有助于对桩基承载变形机理的认识，因此，模型试验被广大研究者所采用。

发明内容

为了完善现有抗拔桩组合荷载加载装置，本发明的目的在于提供一种能够对模型桩同时独立施加水平荷载和上拔荷载的室内试验装置，并提供一种试验方法，该装置能够有效减小桩头位移引起的各荷载分量对试验结果的影响。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

一种桩基模型试验用水平与上拔组合加载装置，包括模型槽和预先埋设在模型槽内土体中的模型桩；所述模型槽侧面设有三角支撑架A、上方设反力梁C；所述模型桩上部设桩头连接构件B，所述桩头连接构件B通过钢丝绳分别绕过三角支撑架A的水平加载定滑轮和反力梁C支撑架的上拔组合滑轮，并连接到所述定滑轮下的装载构件；分别调整水平加载定滑轮和上拔组合滑轮的位置，根据试验需求在对应装载构件上加装砝码，实现对模型桩的径向、轴向或两个方向组合加载试验。

对于上述技术方案，本发明还有进一步优选的方案：