[发明专利]可控应力环境的桩土相互作用力学行为测试系统

说明书

本发明公开了可控应力环境的桩土相互作用力学行为测试系统，包括静压沉桩力学模拟单元、地基附加应力加载模拟单元、地基土总应力、孔隙水压力及局部变形测试单元、型钢加载反力框架、地基土模拟试验仓及锤击沉桩模拟单元。静压沉桩力学模拟单元螺栓固定于型钢加载反力框架上方；地基附加应力加载模拟单元螺栓固定于型钢加载反力框架内部上方；地基土总应力、孔隙水压力及局部变形测试单元中传感器预埋至模拟地基土内；地基土模拟试验仓推送至型钢加载反力框架正下方；锤击沉桩模拟单元螺栓固定于型钢加载反力框架上方。本发明可以人工制作复合地基土模型，结合其上部地基附加应力加载模拟单元提供预定荷载，实现模拟不同深度的土层总应力环境。

技术领域

本发明属于预制桩及桩周地基土力学行为研究领域，提供了不同种类组合地基土、不同地基附加应力及不同类型沉桩方式等多因数组合条件试验研究平台。

背景技术

随着我国高速公路、高速铁路、城市轻轨交通及高层建筑的建设，混凝土预制桩作为深基础的一种类型普片采用，且使用地质环境复杂多样。对于桩基础和其周围地基土的力学行为了解与掌握对岩土工程勘察、设计具有重大意义。桩基础和上部建筑和构筑物所引起的地基附加应力分布及变化，由地基附加应力系数和压缩变形系数所控制，是研究地基承载力和沉降等问题的关键因素。同时，掌握沉桩工艺对于地基土的压密和挤土效应，或是对于砂性土壤的液化可能性等安全评价都可以提供必要的技术支持。本发明所提供的基于可控附加应力的桩土相互作用力学行为研究测试系统将填补国内该领域的空白。

建筑与构筑物地基绝大多数环境条件下是由多种不同类型土层沉积固结而成的，或是土岩结合而成的复合地质地貌，而现阶段高校及研究单位试验测试手段多是以单一土质类型地基为研究对象，过于简单和理想化，与工程实际相距较远。本发明所提供的基于可控附加应力的桩土相互作用力学行为研究测试系统提供的地基土模拟仓，可以根据地质勘察得出的实际地层条件，人工制作复合地基土模型，结合其上部地基附加应力加载模拟单元，提供预定荷载实现模拟不同深度的土层总应力环境。

发明内容

本发明旨在通过较简单的机械装置模拟深层或复合地基土的地质条件，来研究不同沉桩工艺所引起的地基土中总应力环境和承载力的变化。于是，根据该目的设计了一种名为基于可控附加应力的桩土相互作用力学行为研究测试系统及相关测试研究的实施方案。

根据本发明的技术方案，本发明涉及的可控应力环境的桩土相互作用力学行为测试系统，包括静压沉桩力学模拟单元、地基附加应力加载模拟单元、地基土总应力、孔隙水压力及局部变形测试单元、型钢加载反力框架、地基土模拟试验仓及锤击沉桩模拟单元；静压沉桩力学模拟单元螺栓固定于型钢加载反力框架上方，用于模拟静压沉桩施工工艺；地基附加应力加载模拟单元螺栓固定于型钢加载反力框架内部上方，向下提供直接作用于模拟地基土表面的预加荷载，用于模拟房屋基础产生的附加应力或是地基土固结所需的预压力；地基土总应力、孔隙水压力及局部变形测试单元中各类传感器按研究方案需要预埋至地基土模拟试验仓中的模拟地基土内；地基土模拟试验仓通过下滑动滚轴推送至型钢加载反力框架正下方，后用地基土模拟仓定位螺孔定位；锤击沉桩模拟单元螺栓固定于型钢加载反力框架上方，模拟动力沉桩施工工艺。

更进一步的方案是：

所述的静压沉桩力学模拟单元，由电动静力触探加载装置、阻力监测记录仪、模拟桩阻力传感器和标准模拟桩节构成，由电动静力触探加载装置模拟压桩机提供静压力，将模拟桩模拟的预制桩体按预定速率贯入模拟的地基土中，并由阻力监测记录仪和模拟桩阻力传感器时刻监测“静压沉桩”过程中桩尖所承受的端阻力和侧摩阻力。

根据本发明的一个实施方案，所述该单元由电动静力触探加载装置应能提供最大200~240KN竖直向下贯入力。

根据本发明的一个实施方案，所采用的阻力监测记录仪应至少有10个记录通道，采样速率10-10KHz可调。

根据本发明的一个实施方案，所采用的模拟桩阻力传感器采用静力触探双桥探头。