[发明专利]多功能荷载钙质砂桩基模型试验系统

说明书

本发明公开了一种多功能荷载钙质砂桩基模型试验系统，涉及岩土力学试验领域。本发明的结构是：在上回型支架的下面分别设置有动静荷载施加单元、锤击荷载施加单元和扭转荷载施加单元；在中回型支架的上面设置有桩基压力室单元，在桩基压力室单元内置有桩基单元；在中回型支架的下面设置有应变控制单元和土体固结应力比施加单元；在下回型支架的上面设置有水压力加载单元；水压力加载单元与桩基压力室单元连通，提供孔隙水压力和土体外部围压；其它单元分别与桩基压力室单元相连，提供多种荷载；桩基压力室单元、数据采集仪和计算机依次连接，获取试验数据。本系统用于测定桩基的极限承载力和模拟桩基服役过程中受到的环境荷载和工程荷载状态下桩基的沉降和承载特性。

技术领域

本发明涉及岩土力学试验领域，尤其涉及一种多功能荷载钙质砂桩基模型试验系统。

背景技术

我国海洋岛礁工程建设的实施推进，对于我国经济、军事和民生事业至关重要；在开展岛礁工程建设中遇到各种各样的工程地质问题，桩基工程是岛礁建设中地基处理的一种常见处理手段。桩基工程中通常需要考虑对桩基的承载力进行检测和分析，从而确定其极限承载能力，同时也要考虑服役环境中环境荷载对桩基安全稳定性的影响。一方面，对于桩基承载力的建设，工程中常采用试桩的方法进行；常见的是采用桩基静载试验的慢速维持荷载法，实际工程试桩较为费时费力；但海洋环境中的工程建筑物，往往还需要承受一定频率的动荷载，因而从安全性上讲，是需要进行动静荷载两方面的桩基工程试验。而动荷载的试桩，其特点是需要进行反复加卸荷载。实际工程试桩时中通常采用重物堆压的方式对桩基进行施加荷载，如进行一定循环次数的动静荷载桩基工程试验，其人力、物力成本较高。二方面，对于岛礁建设施工过程中，通常采用动力沉桩的方式进行桩基施工，通过采用有高频率振动冲击和锤击沉桩的施工方法和工艺；而实际工程试桩过程中，很难能够模拟该过程，这也为桩基工程的施工过程的监控，带来一定的不便。另一方面，位于海洋动力环境中的桩基，通常可以通过观测的方法获取环境中的自然环境荷载数据，但是环境荷载如何较好模拟施加则是一项非常具有挑战性的工作，涉及到海洋环境的钙质砂桩基模型试验更是如此。例如位于海洋环境中的岛礁桩基，时常受到多种风、浪动力荷载的作用，然而这类风、浪动力荷载经常具有大小、方向甚至作用点可变的特点，同时波浪的反复水位升降，还会引起土体强度的变化，从而影响桩基承载能力，如何更好地模拟这些风、浪荷载是一件非常重要的事情。在工程试桩中，想要通过某种加载方式去实现环境荷载的模拟是一件十分困难的事。而室内模型试验采用相似原理，通过一定的缩尺比例，在模型箱中开展桩基试验，桩基模型试验，可以更好地分析相关的结论，从而确定和判定桩基承载的相关规律。常规土工模型箱一般具有一定的尺寸，有较好的效果；通常采用室内模型试验的方式模拟桩基环境荷载，在参数的采集上，模型箱试验往往通过埋设传感器等探测手段进行，经过多年的实践方法，正在逐渐被人们所认可，并且加以改进，能够考虑更多的环境荷载因素、方便收集参数，并且能够极大减少工作量。目前对于利用三轴进行桩基模型试验是一个新的途径和方向，利用室内小型土工试验装置，开展三轴桩基模型试验装置，有装样精确、工作量小和数据采集方便等优势。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种多功能荷载钙质砂桩基模型试验系统，可以在三轴压力室中模拟施加有围压状态下模型桩受力状态，对模型桩施加上部恒定静载，从而确定模型桩的极限承载力，同时可以模拟采用锤击沉桩的施工过程，例如模拟不同频率不同大小的冲击能量的锤击沉桩、模拟锤击沉桩的施工过程，而且可以模拟模型桩服役过程后，模拟风、浪等多种环境荷载对桩的作用，例如多向扭转荷载对桩的作用，也可以模拟振动荷载沉桩、同时能够对桩施加一个循环荷载、不同大小的静荷载以模拟真实的工程荷载状态的三轴桩基模型试验。

本发明的目的是是这样实现的：

具体地说，本系统包括试验对象——桩基单元；

设置有支架、桩基压力室单元、动静荷载施加单元、锤击荷载施加单元、应变控制单元、水压力加载单元、动力源单元、土体固结应力比施加单元和扭转荷载施加单元、数据采集仪和计算机；

其位置和连接关系是：