[发明专利]一种管桩挤土效应测试装置及方法

权利要求书

1.一种管桩挤土效应测试装置，其特征在于：包括模型桶、反力架、气压室、模型管桩、钢化玻璃板、Y型基座、电液伺服千斤顶、弯曲元测试装置和高分辨率相机；

所述模型桶为钢制半圆形筒体结构，在桶底圆心处沿径向设置一条形基座，模型桶上部设有一Y型基座，模型桶上方设有气压室；

气压室为底部开口的同心半圆环筒体结构，气压室的外缘与模型桶的外缘重合，气压室底面采用乳胶膜密封，顶部设有注气孔，环状气压室的中心设有模型管桩；

所述模型管桩为顶部密封的中空半圆柱体，顶部设有管桩注气孔，桩芯设有活塞，通过对桩内活塞施加气压模拟桩芯土塞上部应力；

模型管桩上方设有电液伺服千斤顶，电液伺服千斤顶固定在反力架顶面，用以将模型管桩贯入土体，在千斤顶与模型管桩之间设置荷载传感器和位移传感器，实时记录管桩贯入阻力和贯入深度；

所述钢化玻璃板为长方体板，设置在模型桶的平面一侧并与模型桶两端连接；钢化玻璃板上部与气压室的两端连接；

弯曲元测试装置包括激发弯曲元和接收弯曲元；所述激发弯曲元固定在模型桶底部的条形基座上，所述接收弯曲元固定在Y型基座上，激发弯曲元和接收弯曲元分别沿条形基座和Y型基座等间距、上下成对布置，每上下两个相对的弯曲元组成一组测试单元，对其之间的土体进行剪切波波速测量；每组测试单元采用相同的偏振方向，而相邻弯曲元设不同的偏振方向；激发弯曲元和接收弯曲元分别通过弯曲元信号线连接外部的数据采集装置；

所述高分辨率相机设置在模型桶的正前方，记录管桩贯入过程中土体内部的位移规律。

2.根据权利要求1所述的管桩挤土效应测试装置，其特征在于：所述模型桶桶高30cm，侧平面采用钢化玻璃板制作；模型桶内表面铺设一层橡胶垫，在其底端设一排水孔。

3.根据权利要求1所述的管桩挤土效应测试装置，其特征在于：所述钢化玻璃板高度为模型桶与气压室高度之和，宽度比半圆形模型桶的直径长10～20cm，钢化玻璃板两端分别伸出桶体外5～10cm，伸出部分设置螺孔并通过螺栓与模型桶连接。

4.根据权利要求1所述的管桩挤土效应测试装置，其特征在于：所述气压室为底部开口的同心半圆环筒体结构，采用钢化玻璃制作；橡胶膜敷设于模型桶内的土体上表面，通过气压作用模拟上部土层自重应力；内圆筒直径与模型管桩外径一致，外圆筒直径与模型桶外径一致；在内、外圆筒侧面和竖直侧面均设置锯齿状接口，将乳胶膜外沿敷设其中，并楔入与之匹配的钢化玻璃材质的锯齿形夹条，然后通过螺钉紧固。

5.根据权利要求1所述的管桩挤土效应测试装置，其特征在于：在模型管桩的弧形面的外表面设有锯齿状接口，在该锯齿状接口上粘贴高阻尼合金外壳。

6.根据权利要求1所述的管桩挤土效应测试装置，其特征在于：所述激发弯曲元和接收弯曲元埋入土体深度为5mm，工作频率为5~25kHz，布置对数及间距根据试验目的和具体要求选择；在距离每个弯曲元沉桩一侧5mm处设置一挡土块，埋入土体深度为10mm。

7.根据权利要求1所述的管桩挤土效应测试装置，其特征在于：所述Y型基座由一直横梁和半圆环组成，采用不锈钢材质，埋设于土体表面以下5cm处；直横梁部分与桶底弯曲元基座的位置相对应；半圆环部分直径与管桩外径一致；Y型基座两端分别通过螺钉与模型桶和钢化玻璃板连接固定；所述Y型基座的上表面开设一凹槽，接收弯曲元信号线从该凹槽内引出；条形基座的下表面开设一凹槽，激发弯曲元信号线从该凹槽内引出。