[发明专利]测定桩基竖向和水平极限承载力的离心模型试验装置及方法

说明书

本发明涉及测定桩基竖向和水平极限承载力的离心模型试验装置，包括模型箱、横向支架、第一模型桩、第二模型桩、第一液压千斤顶、第二液压千斤顶、第一伺服阀、第二伺服阀、竖向位移传感器、水平位移传感器及模型用土；所述模型箱通过隔板和可调式支撑分隔为主体试验箱和附属试验箱，所述横向支架架设在模型箱上方，所述横向支架包括长桁架和短桁架，所述长桁架上设置第一垫板和第二垫板。本发明的有益效果是：本发明通过竖向位移传感器和粘贴有应变片的第一模型桩可以直接测得在各级竖向荷载作用下的桩顶沉降和桩身轴力分布规律，绘制出荷载‑沉降曲线和沉降‑时间曲线等，准确得到桩基的竖向抗压极限承载力。

技术领域

本发明涉及土工离心模型试验领域，具体涉及一种测定桩基竖向和水平极限承载力的离心模型试验装置及方法。

背景技术

针对复杂的岩土工程问题，目前最常采用的试验手段包括现场试验、缩尺模型试验和土工离心模型试验等。鉴于土是一种与重力场关系密切的材料，土体性状也表现为应力依赖性。因此，土工离心模型试验(超重离心模型试验)通过离心机的高度旋转产生的向心加速度使模型自重提高至与原型基本相同，能够真实模拟重力场的存在，再现工程实际应力状态，表现出比常重力小足尺模型试验更符合原型性状的优势，是目前公认的最先进、最有效的试验方法，已经越来越广泛地被应用于岩土工程的科学研究中。

目前，采用土工离心模型试验研究与桩相关的岩土问题时，往往需要考虑桩基的受力状态。比如，在研究桩承式路堤、高层建筑等工程中的桩基问题时，需要考虑桩基上部建(构)筑物产生的竖向作用荷载；在研究挡土墙、离岸码头等工程中的桩基问题时，需要考虑桩基承受风力、海浪、地震等因素产生的水平作用荷载。在研究桥墩桥台、被动桩等桩基问题时，需要同时考虑桩基的竖向作用荷载和水平作用荷载。可见，在采用土工离心模型试验开展相关研究之前，需要确定桩基的竖向和水平极限承载力，进而判断桩基的受力状态。因此，有必要研发一种测定桩基竖向和水平极限承载力的离心模型试验装置及方法。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种测定桩基竖向和水平极限承载力的离心模型试验装置及方法，能够采用缩尺模型在超高重力状态下真实模拟单桩竖向抗压静载试验和单桩水平静载试验，试验操作简便，数据真实可靠。

这种测定桩基竖向和水平极限承载力的离心模型试验装置，包括模型箱、横向支架、第一模型桩、第二模型桩、第一液压千斤顶、第二液压千斤顶、第一伺服阀、第二伺服阀、竖向位移传感器、水平位移传感器及模型用土；所述模型箱通过隔板和可调式支撑分隔为主体试验箱和附属试验箱，所述横向支架架设在模型箱上方，所述横向支架包括长桁架和短桁架，所述长桁架上设置第一垫板和第二垫板，所述第一模型桩和第二模型桩均包括粘贴有半导体应变片的桩身和设置于桩身顶部的桩帽，所述第一液压千斤顶和第二液压千斤顶均包括油缸、活塞、进油阀和回油阀，模型箱顶部安装第一伺服阀、第二伺服阀和监控相机，所述第一伺服阀和第二伺服阀均包括进油阀、回油阀和控制阀，所述竖向位移传感器和水平位移传感器均包括夹具块、波导管和活动磁环，所述模型用土水平铺设在主体试验箱内。

作为优选：所述可调式支撑包括花篮螺丝、旋杆和支撑座，花篮螺丝中部设有旋杆，花篮螺丝两端设有支撑座；可调式支撑对撑在模型箱箱壁与隔板之间。

作为优选：所述横向支架的长桁架横跨模型箱，短桁架焊接在长桁架两端，短桁架通过螺栓锚固在箱壁顶部的滑槽中。

作为优选：所述桩身为底部密封的空心铝合金管结构，桩身外侧均匀涂有一层保护半导体应变片的环氧树脂胶，桩身顶部与管帽通过螺丝紧固连接。

作为优选：所述半导体应变片沿桩身竖向等间距分布，同一横截面内的两对半导体应变片对称粘贴在桩身两侧，导线依次穿过桩身微孔和管帽底部的U型孔后汇集成束，并最终连接在悬挂于模型箱侧壁的数据采集仪上。