[发明专利]一种足尺桩径的桩-土相互作用的试验装置

说明书

本发明涉及一种足尺桩径的桩‑土相互作用的试验装置，该装置包括模型箱支架、模型箱、预制桩、弹簧组件、加载单元和数据采集单元，模型箱固定于模型箱支架上，模型箱内设有试验土体，所述预制桩垂直于模型箱底面埋设于试验土体中，模型箱底面和模型箱支架顶面对应于安装预制桩位置处设有与预制桩大小匹配的开孔，预制桩在开孔内上下运动，弹簧组件设置在预制桩底部并与预制桩底面连接，加载单元作用于模型箱中试验土体和预制桩上表面，数据采集单元用于采集表征桩‑土相互作用的相关数据。与现有技术相比，本发明能够有效研究足尺桩径与土在受到上部荷载时，桩中的应力变化规律及桩周土的土压力、水压力及沉降量之间的变化规律。

技术领域

本发明涉及一种桩-土相互作用试验装置，尤其是涉及一种足尺桩径的桩-土相互作用的试验装置。

背景技术

桩基础以其承载力大、稳定性好、沉降小、能适应各种地质条件和荷载情况等特点广泛应用高层建筑、铁路桥梁、核电站、大型动力机械基础、码头和海洋平台等基础工程中。特别是当上部结构的荷载复杂而巨大，而浅部土层状态不佳时，桩基础更成为设计师的首要考虑对象。但是由于桩-土及上部荷载的不同导致桩-土力学行为的复杂性，目前仍有很多问题没有得到彻底解决。因此，室内桩-土物理模型试验是研究桩-土相互作用的最有效最可靠的方法。国内外已开展的相关试验主要分为两种类型：一种是室内按比例缩尺模型，一种是现场足尺试验。室内按比例缩尺模型试验，尺寸较小，试验材料可操作性和装置性较强，获得的可供分析的数据较为完整和全面，但因尺寸太小无法与真实的桩-土之间的相互作用相差较多。现场足尺试验一般为工程类试桩，但受成本高、试验周期长、影响参数难以控制及试验场地条件等问题限制，难以对土-桩相互动力作用进行装置研究，因此研究出一种既能最大程度的模拟足尺又能节约成本的桩土相互作用的试验装置就显的非常有必要。

目前，在桩-土相互作用研究领域，模拟足尺模型的试验装置和试验方法来测试桩-土动力相互作用的相关参数很少，主要是各种的缩尺桩土模型，如胜利石油管理局钻井工艺研究院沈琛等人发明专利“桩土作用室内试验装置”(CN1566924A)、河海大学刘平等人的发明专利“一种桩土接触面力学特性测试装置和测试方”(CN102628767A)，还有用于海洋工程的相关专利，如上海交通大学吕豪杰等人的发明专利“波浪荷载下桩土模拟装置及方法”(CN106404567A)、中国海洋石油总公司的姜伟等人的专利“一种隔水导管桩土相互作用机理试验装置”(CN101592588A)、重庆科技学院苏堪华等人的专利“模拟深水钻井水下套管柱与海底浅部软土相互作用的室内实验装”(CN202442878 U)及浙江海洋学院的张心等人的专利“一种自升式平台桩土相互作用试验装置”(CN204359543 U)。此类装置与方法，施加的静载较多，分别对土体和桩体施加不同的类型的荷载较少。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种足尺桩径的桩-土相互作用的试验装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种足尺桩径的桩-土相互作用的试验装置，该装置包括模型箱支架、模型箱、预制桩、弹簧组件、加载单元和数据采集单元，所述的模型箱固定于模型箱支架上，所述的模型箱内设有试验土体，所述预制桩垂直于模型箱底面埋设于试验土体中，所述的模型箱底面和模型箱支架顶面对应于安装预制桩位置处设有与预制桩大小匹配的开孔，预制桩在所述的开孔内上下运动，所述的弹簧组件设置在预制桩底部并与预制桩底面连接，所述的加载单元作用于模型箱中试验土体和预制桩上表面，所述的数据采集单元用于采集表征桩-土相互作用的相关数据；

加载单元对模型箱中的试验土体和预制桩加载，数据采集单元获取加载过程中的相关数据。

所述的加载单元包括加载板、加载杆、液压箱和液压控制组件，所述的加载板设置在模型箱中试验土体和预制桩上表面，所述的加载杆垂直于加载板上表面设置多个，加载杆下端接触加载板上表面，所述的液压箱通过液压管连接加载杆，所述的液压控制组件连接液压箱和加载杆。