[发明专利]一种欠固结土中测量桩基负摩阻力模型装置及制备方法和试验方法

权利要求书

1.一种欠固结土中测量桩基负摩阻力模型装置，其特征是：包括模型箱，模型箱内设置有土体，所述土体上表面布置有下荷载板，下荷载板上设有加载系统，模型桩穿过下荷载板插入模型箱土体内，模型桩桩顶露出于土体，所述模型桩置于土体内的部分设置有多个应变片，所述应变片通过导线与模型箱外部的应变仪连接，所述土体内设置多个孔隙水压力计和多个沉降标，所述孔隙水压力计与孔隙水压力接收器连接，沉降标与百分表连接，所述模型箱内侧壁下端部配置多个排水阀门。

2.根据权利要求1所述的一种欠固结土中测量桩基负摩阻力模型装置，其特征是：所述加载系统包括反力架、加载支架和油压千斤顶，所述反力架装配于模型箱外部，所述加载支架和油压千斤顶从下到上依次置于下荷载板上，所述油压千斤顶固定于反力架上。

3.根据权利要求1或2所述的一种欠固结土中测量桩基负摩阻力模型装置，其特征是：所述土体包括欠固结淤泥质土层和砂土排水层，所述砂土排水层置于模型箱底部，所述排水阀门与砂土排水层位置相对应。

4.根据权利要求3所述的一种欠固结土中测量桩基负摩阻力模型装置，其特征是：所述下荷载板中间处设置第一通孔，所述模型桩由第一通孔插入土体内，所述第一通孔四周设置多个第二通孔，下荷载板上表面对称设置有两只扶手。

5.一种如权利要求1所述的一种欠固结土中测量桩基负摩阻力模型装置的制备方法，其特征是：步骤如下，

(1)构建模型箱，所述模型箱由五面钢板组成模型箱箱体，模型箱顶部具有开口，模型箱底部设置多个排水阀门；

(2)填筑砂土排水层，将级配良好的砂性土填入模型箱内，并保持排水层布置高度均匀；

(3)填筑欠固结淤泥质土层，先制备流塑状态欠固结淤泥土，再分层灌入模型箱并搅拌后静置；

(4)布置沉降标，将多个沉降标在欠固结淤泥土的上表面放线定位，而后垂直压入欠固结淤泥质土层内，在压入过程中不断监测沉降标的位置，多个沉降标按照不同深度设于欠固结淤泥质土层内，将电子百分表与沉降标标顶连接，并与计算机无线连接。

(5)布置孔隙水压力计，将多个孔隙水压力计绑在钢筋上，多个孔隙水压力计按不同高度分布在钢筋上，垂直插入欠固结淤泥质土层内，在插入过程中实时监测钢筋的位置。

(6)布置砂垫层，在欠固结淤泥质土层上表面铺设1CM级配良好的砂性土，在1CM砂性土上均匀铺设土工布，形成砂垫层；

(7)布置下荷载板，下荷载板穿过沉降标标顶和钢筋顶部，沉降标标顶和钢筋顶部由下荷载板第二通孔穿出，铺设在砂垫层上表面，并依靠下荷载板初始重量对欠固结淤泥质土层进行堆载预压，预压时间为3d；

(8)模型桩下桩,待下荷载板预压3d后，将模型桩由下荷载板中间处的第一通孔垂直下入欠固结淤泥质土层，下桩过程要缓慢且实时监测与四周模型箱边界的距离，确保垂直下入欠固结淤泥质土层中，模型桩桩顶外露于欠固结淤泥质土层表面，以桩顶距离欠固结淤泥质土层表面为10cm时，停止布置，将百分表表头与桩顶连接，并记录初始读数；

(9)安装加载系统，加载支架和油压千斤顶依次置于下荷载板上，所述加载支架和油压千斤顶之间通过延长柱连接，所述油压千斤顶固定于反力架上，所述反力架装配于模型箱外部。

6.根据权利要求5所述的一种欠固结土中测量桩基负摩阻力模型装置的制备方法，其特征是：上述步骤(3)中欠固结淤泥质土层的制备步骤，先将海涂围垦区的欠固结淤泥土块分成小块放入周转箱内，加入水浸泡，软化后通过搅拌器对欠固结淤泥土块搅拌均匀成流塑状态，再将流塑状态的欠固结淤泥土分层灌入模型箱，再次通过搅拌器对模型箱内的欠固结淤泥土进行搅拌，搅拌后静置，使分层含水率充分均匀。

7.根据权利要求5所述的一种欠固结土中测量桩基负摩阻力模型装置的制备方法，其特征是：上述步骤(8)中，模型桩由两个对半开桩体组成，连个对半开桩体之间布置应变片，再通过胶水粘合，两个对半开桩体缝合处涂抹硅胶防水层。

8.一种如权利要求1所述的一种欠固结土中测量桩基负摩阻力模型装置的试验方法，其特征是：步骤如下，

(1)加载欠固结淤泥质土层，

通过油压千斤顶分别对欠固结淤泥质土层分次施加八级荷载，当欠固结淤泥质土层的沉降小于0.1mm/h时，当前加载完成，施加下一级荷载，所述八级荷载分别为2.5kPa、5kPa、7.5kPa、10kPa、12.5kPa、15kPa、17.5kPa和20kPa；

(2)数据分析，

通过12h一组的应变数据处理后，可得到桩身轴力和负摩阻力的情况，绘制桩身轴力随时间变化曲线，桩身负摩阻力随时间变化曲线；

通过孔隙水压力计可以获得不同堆载下不同深度的孔隙水压力消散情况，绘制分层孔隙水压力随时间变化情况；

通过布置在沉降标和桩顶的百分表，得到不同深度的土层分层沉降以及桩身沉降，绘制桩周土分层沉降曲线与桩身沉降曲线对比图。