[发明专利]一种模拟桩顶水平滑移和嵌固约束的试验装置及使用方法

权利要求书

1.一种模拟桩顶水平滑移和嵌固约束的试验装置，包括模型箱，模型箱中自底向上分层填筑地基土，地基土中埋设有桩，其特征在于：它还包括位于桩顶上方的竖向加载承载板(1)、限制竖向加载承载板水平向位移的四根支撑杆(2)和位于竖向加载承载板与桩之间的桩顶套件(3)；所述竖向加载承载板(1)与支撑杆(2)通过螺帽(4)固定连接，支撑杆(2)通过竖向滚轴(5)连接于模型箱的外侧壁上，且支撑杆(2)通过滚轴作用连同承载板一起仅发生竖向位移；桩顶套件(3)采用H形钢质套环。

2.根据权利要求1所述的一种模拟桩顶水平滑移和嵌固约束的试验装置，其特征在于：所述竖向加载承载板(1)采用钢板，竖向加载承载板的四角处分别设有直径与支撑杆(2)直径相同的孔洞，竖向加载承载板的中心处设有直径与桩顶套件(3)外壁直径相同的凹口，当凹口向上时，凹口内设置钢质垫块(6)，垫块(6)直径与凹口直径相同，厚度与凹口深度相同。

3.根据权利要求1所述的一种模拟桩顶水平滑移和嵌固约束的试验装置，其特征在于：所述支撑杆(2)的上部设有外螺纹，支撑杆(2)的上部穿过竖向加载承载板(1)四角处的孔洞通过上下螺帽(4)与竖向加载承载板(1)固定，支撑杆(2)的下部穿过2个竖向滚轴(5)。

4.根据权利要求1或3所述的一种模拟桩顶水平滑移和嵌固约束的试验装置，其特征在于：所述竖向滚轴(5)内芯中空，竖向滚轴(5)的内壁直径与支撑杆(2)直径相同，竖向滚轴(5)的内壁外侧为4组钢质滚珠及润滑油填充，竖向滚轴(5)的使得支撑杆(2)可竖向自由位移；所述竖向滚轴(5)通过底座与模型箱焊接固定，竖向滚轴(5)可限制支撑杆(2)的水平向位移。

5.根据权利要求1所述的一种模拟桩顶水平滑移和嵌固约束的试验装置，其特征在于：通过在所述桩顶套件(3)上部凹口内设置钢质滚珠(7)及其填充润滑油来模拟桩顶水平滑移约束条件，通过将竖向加载承载板翻转，取出中心垫块(6)，将桩顶套件嵌入竖向加载承载板凹口来模拟桩顶嵌固约束。

6.根据权利要求1或5所述的一种模拟桩顶水平滑移和嵌固约束的试验装置，其特征在于：所述桩顶套件(3)的上部凹口深度为钢质滚珠(7)直径的2/3，桩顶套件(3)的下部凹口深度为试验桩横截面直径的1.5～2.0倍，桩顶套件(3)的下部凹口直径与桩横截面直径相同。

7.一种如权利要求1所述的一种模拟桩顶水平滑移和嵌固约束试验装置的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)将支撑杆(2)的上部内穿竖向加载承载板(1)四角处的孔洞，并在竖向承载板的上下两侧用螺帽固定；

(2)将桩顶套件(3)的下部凹口套入桩顶，在桩顶套件(3)上部凹口内设置6～8颗钢质滚珠(7)，并在钢质滚珠(7)的孔隙内填充润滑油，减少试验中桩顶发生水平滑移时的摩阻力；

(3)将连接好支撑杆(2)的竖向加载承载板(1)放到桩顶上方，支撑杆(2)的下部穿入竖向滚轴(5)中，通过四根支撑杆(2)和中心试验桩(8)支撑竖向加载承载板(1)；

(4)根据试验工况，在竖向加载承载板(1)上放置竖向荷载配重块(9)，用于模拟桩基轴向承载；

(5)在桩基一侧施加堆载，开展桩顶为水平滑移约束时的水平被动受荷试验。

8.根据权利要求7所述的一种模拟桩顶水平滑移和嵌固约束试验装置的使用方法，其特征在于：在步骤(1)和(2)中将所述竖向加载承载板(1)反转，取出中心处的钢质垫块(6)，并将桩顶套件(3)嵌入竖向加载承载板(1)的凹口中，用于开展桩顶为嵌固约束时的桩基被动受荷试验。