[发明专利]一种考虑温度作用的桩土界面试验模型装置

说明书

技术领域

本发明属于桩基工程技术领域，涉及一种考虑温度作用的桩土界面试验模型装置。

背景技术

地源热泵也称为地热热泵，它是以地源能作为热泵夏季制冷的冷却源、冬季供暖的低温热源，同时可实现供暖、制冷和生活用水的一种系统。地源热泵空调系统的竖直埋管地热换热器是在若干竖直钻孔中设置地下埋管的地埋管地热换热器。二十世纪八十年代，工程师们尝试将换热管置于建筑物的桩基、基础底板以及地下连续墙等结构内用来替代传统的地埋管换热器，不仅节省了场地而且大大地降低了地源热泵系统的造价。这种直接将地源热泵系统地埋管换热器的塑料换热管埋设在建筑物的混凝土桩基中，使其与建筑结构相结合的新型地埋管换热器，被称为桩基埋管地热换热器，也被称作地热能源桩。

在过去的二十年，地热能源桩的使用飞速发展，它被现在当作一个有效的能源来源，相比传统能源，具有清洁而高效的优良特点，不会产生温室气体和有害物质，同时就地取热能。

地热能源桩相比普通桩基础，除了上部建筑物的荷载，还另外受到了热荷载，影响了桩基极限承载力和位移沉降，从而影响了上部建(构)筑物等强度及稳定性。因此，有必要对桩基的力学性质进行深入分析，而桩体与桩周土体的力学响应，外在表现是桩-土接触面的剪切特性。但国内外对此研究甚少，而且大多数为现场实验，周期长，可重复性低，成本高。对此研究的室内试验十分少见，需要一个合适的模型装置，另外需要一个加热系统对其模拟地热能源桩方式进行加热。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种适用于研究摩擦型桩在温度荷载下桩土界面特性变化的考虑温度作用的桩土界面试验模型装置。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种考虑温度作用的桩土界面试验模型装置，包括：

反力架；

模型桶，固定于反力架上方，所述模型桶用于容置土样；

模型桩，竖直穿过模型桶中部，所述模型桩外壁与模型桶内的土样接触；

加载机构，设置在反力架上并与模型桩相连，所述加载机构用于对模型桩施加竖直方向的应力；

恒温加热系统，与模型桩相连，所述恒温加热系统模拟地热能源桩加热方式对模型桩进行加热，再传热至土样，在桩土界面形成温度变化。

作为本发明的进一步改进，所述加载机构设置为安装于反力架内的法向加载结构，在加载机构顶部安置有压力传感器，所述模型桩穿过模型桶中心并安置在压力传感器上。

作为本发明的进一步改进，所述恒温加热系统包括加热池和置于加热池内的导热液，所述导热液通过导热管与模型桩相连，在加热池内达到恒定温度，可对模型桩进行恒温加热。

作为本发明的更进一步改进，在模型桩内预埋有导热管，在加热池内还设有用于将导热液泵入导热管的潜水泵，所述导热管连接潜水泵和模型桩并最终回到加热池，形成回路。

作为本发明的更进一步改进，在模型桩内预埋有至少一组U型导热管。

作为本发明的更进一步改进，所述恒温加热系统还包括智能温控器、用于加热导热液的电加热管、没入导热液内的测温探头，所述智能温控器分别与电加热管、测温探头电气连接。

作为本发明的进一步改进，所述模型桶下部通过固定器固定在反力架上，并在模型桶上部盖设有上盖板。

作为本发明的进一步改进，在模型桶外设置有温度传感器数据收集器，在土样内预设高度处预埋有温度测头。

作为本发明的更进一步改进，所述温度测头设置为平行的多个，所述温度测头设置在同一预设高度且各温度测头与模型桶的距离各异。

作为本发明的又一种改进，所述恒温加热系统可对模型桩进行反复升温降温。

基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：本考虑温度作用的桩土界面试验模型装置不仅包括模型桶、模型桩、加载机构，还设置了恒温加热系统，模型桩穿过模型桶并安置在加载机构上，模型桶内分层填筑夯实土样，加载机构通过下部向上施加压力，模型桩只能进行竖直方向的运动，桩身抵抗力全部为桩土界面摩擦力，模拟了摩擦桩的受力方式，更接近于实际桩土界面状况，为应力控制式研究桩土摩擦特性；上述恒温加热系统为全新土工试验加热形式，模拟地热能源桩加热原理对模型桩进行加热，热量由模型桩传递到周围土样(土体)，在模型桩与土的接触面形成指定温度变化，适用于研究摩擦型桩在温度荷载下桩土界面特性变化。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1是本发明一较佳实施例的结构示意图。