[实用新型]一种敞口混凝土管桩桩土界面剪切模拟试验装置

说明书

技术领域：

本实用新型属于建筑用试验设备技术领域，涉及一种敞口混凝土管桩桩土界面剪切模拟试验装置。

背景技术：

目前，敞口混凝土管桩已成为我国最主要的桩型之一，广泛应用于工业与民用建筑、港口工程以及水利等工程建设中，敞口混凝土管桩桩体贯入地基土的过程中，部分土体挤入桩孔内形成土塞。土塞提供的承载力是敞口混凝土管桩竖向抗压承载力的重要组成部分，土塞端部承载力则完全是由桩内壁与土塞之间调动的摩擦阻力来提供。现在传统的现场及模型试验在研究敞口混凝土管桩荷载传递机理过程遇到以下问题：一是土对敞口混凝土管桩的承载力是按外侧阻力—管壁端阻—内侧阻力的顺序逐步被调动，桩壁内外两侧阻力的发挥并非同步，传统的桩基荷载传递模型已不再适用；二是由于混凝土管桩内壁粗糙度大、易磨损，且桩孔内存在与桩周完全不同的应力场，现有的荷载传递理论函数已无法确切的描述桩壁内侧的荷载传递特征；敞口混凝土管桩在沉桩过程中，由于土塞效应会使土体产生强烈的压缩和膨胀，桩土接触面法向应力变化很大，而土体的法向劲度基本不变，此类土体无法用传统的直剪仪进行抗剪强度试验，而且传统直剪仪在剪切过程中剪切面积不断减小，尺寸效应比较明显，影响试验结果。因此，寻求一种敞口混凝土管桩桩土界面剪切模拟试验装置，为桩土间荷载传递的研究提供一种全新的设备。

发明内容：

本实用新型的发明的目在于克服现有技术存在的缺点，设计提供一种敞口混凝土管桩桩土界面剪切模拟试验装置，通过模拟敞口混凝土管桩桩土内、外界面剪切过程，进而研究桩土界面荷载传递机理。

为了实现上述目的，本实用新型的主体结构包括螺杆、可拆卸弹簧上固定板、弹簧、可拆卸弹簧下固定板、上剪切盒、下剪切盒、操作平台、滚轴、数控电机、横向位移传感器、竖向位移传感器、荷载传感器、第一钢杆和第二钢杆，其中螺杆、可拆卸弹簧上固定板、弹簧和可拆卸弹簧下固定板构成恒刚度弹簧动态加载系统，上剪切盒和下剪切盒构成可视化桩土界面剪切模拟系统，操作平台、滚轴和数控电机构成滚轴双向传动系统，横向位移传感器、竖向位移传感器和荷载传感器构成试验数据量测系统；四根长800mm、直径20mm的螺杆竖向安装在操作平台上，螺杆与操作平台刚性连接；可拆卸弹簧上固定板采用840mm*540mm的矩形钢板制成，厚度为20mm,可拆卸弹簧上固定板的四个角处分别与四根螺杆滑动连接，实现可拆卸弹簧上固定板的上下调节；12根弹簧中心对称分布在可拆卸弹簧上固定板和可拆卸弹簧下固定板之间，每根弹簧的上下两端分别固定在可拆卸弹簧上固定板与可拆卸弹簧下固定板上，相邻两根弹簧的间距为135mm；可拆卸弹簧下固定板采用700mm*400mm的矩形钢板制成，其厚度为10mm；上剪切盒为四周封闭上下贯通的长方体结构，其长、宽、高分别为700mm、400mm、300mm，上剪切盒的左侧面、右侧面与背面均采用厚度为20mm的钢板制成，上剪切盒的背面分别与左侧面和右侧面刚性连接，上剪切盒的正面采用有机玻璃板制成，上剪切盒的正面分别与左侧面、右侧面钢板刚性连接；上剪切盒的内部放置试验土样，顶部与可拆卸弹簧下固定板平齐，上剪切盒的左侧面通过长度为200mm、直径为20mm的第一钢杆与操作平台的竖向部分刚性连接；U型槽结构的下剪切盒的两侧分别留出5cm的光滑段与上剪切盒紧密接触，便于下剪切盒在滚轴双向传动系统作用下左右往复运动的同时保证剪切过程中砂土不外流；下剪切盒内置有混凝土试样，混凝土试样的粗糙表面为敞口混凝土管桩侧壁相同水灰比和粗糙度的水泥；上剪切盒的侧壁与下剪切盒的光滑段涂抹有润滑油，以减小摩擦；操作平台采用L型钢板制成，操作平台上设有滑动轨道，操作平台通过滚轴与下剪切盒连接，滚轴的长为400mm,直径为20mm；数控电机通过长度为150mm、直径为20mm的第二钢杆与下剪切盒刚性连接；竖向位移传感器安装在可拆卸弹簧下固定板上，用来测量可拆卸弹簧下固定板竖向位移，横向位移传感器安装在上剪切盒和下剪切盒之间，用于测量上剪切盒与下剪切盒的相对位移；荷载传感器安置在上剪切盒左侧的第一钢杆上，用于测量上剪切盒和下剪切盒之间的剪力。

本实用新型实现敞口混凝土管桩桩土界面剪切模拟试验的具体过程为：

(1)、试验土样制备：取施工现场的土样进行风干，将风干后的土样碾碎并过2mm筛后放在干燥不透水的容器中，通过计算得出配制含水率分别为16℅、18℅、20℅的试样所需的洒水量，搅拌均匀后密封保存24小时，得到试验土样；