[发明专利]一种受荷载桩基引起的土体运动分布测量试验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种受荷载桩基引起的土体运动分布测量试验装置及方法，属于试验测量技术领域。

背景技术

在兴建大型土木工程时，由于地基土满足不了承载力及沉降量的设计要求，需要利用桩基。因为桩基贯入土中势必会排开一定的土体，所以必然会扰动附近的土体，改变土体结构并对桩区周围建筑物产生影响；在采用打桩方式施工时，重力贯入导致的冲击还会引起周围土体受迫振动；在桩基正常工作时会受到不同方向、幅值和频率的荷载从而导致桩周土体应力场发生变化，进而致使土颗粒发生运动，改变地基土的承载性能。这些都是急需解决的桩基问题，针对最后一种情况，通过悉知受荷载的桩基对土颗粒运动的影响从而推求桩基所受荷载与地基承载力之间的关系，积极引导和处理好桩基与土体间的关系，可最大程度的降低损失。

目前已有不少学者在研究这方面的问题，但大多为针对某种特殊情况或针对土层而非土颗粒研究，还没有成熟的研究技术能够系统地研究受载桩对土颗粒运动的影响，尚未产生研究范围较为全面、研究结果较为精确、普适性强的试验装置及方法。

贯入土体中的桩基受到不同大小、频率、方向的荷载时会产生位移或振动从而引起桩基与土体之间发生能量转移。这一现象会使得桩周土体颗粒产生位移、土体结构发生变化甚至破坏，这会导致地基对桩基的承载力性能以及桩基的稳定性产生不利影响。因此考虑受荷载桩基土体颗粒运动分布从而分析土体的支撑性能的研究尤为重要。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种受荷载桩基引起的土体运动分布测量试验装置及方法，特别适用于受荷载的桩基对周围土体运动影响及速度矢量分布试验研究。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种受荷载桩基引起的土体运动分布测量试验装置，其特征在于：包括CCD数字摄像机、激光片光源、结果分析设备、试验有机玻璃箱、可移动式加载架、桩基、低频电磁激振器和激振器固定架；所述试验有机玻璃箱为中空结构且顶面开口，试验有机玻璃箱内设置有用于模拟地基的透明试验土，透明试验土中均匀散有示踪粒子；桩基竖直设置贯入试验有机玻璃箱正中央的透明试验土中，加载架置于试验有机玻璃箱顶面上，低频电磁激振器通过激振器固定架和加载架连接；所述CCD数字摄像机一台架设在试验有机玻璃箱外，另一台架设在加载架上且位于桩基正上方，摄像头正对桩基及其周围土体。

具体的，所述CCD数字摄像机为灵敏度高、抗强光、畸变小的摄像机，架设在实验有机玻璃箱外，摄像头对准桩基及其周围土体；所述激光片光源由激光光源发出的脉冲激光通过球面镜、凸透镜后球聚而成，激光片光源厚度小于1mm。

作为优选方案，所述桩基为两头开口的中空圆柱体。

所述示踪粒子为跟随性、反光性好，粒径大小与透明试验土接近的铝制颗粒并均匀地播撒至透明试验土中。

所述结果分析设备为配备图像处理软件和三维建模软件的PC机，将CCD数字摄像机摄得的图片进行分析处理，得到土颗粒的速度矢量分布。

进一步的，所述低频电磁激振器通过螺钉安装于激振器固定架上。所述低频电磁激振器位于桩基的侧边。

作为优选方案，所述试验有机玻璃箱的箱壁外侧面横向设置有角钢肋条。

作为优选方案，所述加载架包括倒置的半工字型钢架与平面钢板，所述半工字型钢架垂直放于试验有机玻璃箱上方，所述平面钢板以平放的形式焊接在半工字型钢架上。

本发明还提供一种土体运动分布测量试验方法，采用所述的受荷载桩基引起的土体运动分布测量试验装置，包括以下步骤：

1）在透明试验土中均匀地播撒示踪粒子，将桩基贯入试验有机玻璃箱正中央的透明试验土中，将CCD数字摄像机一台架设在试验有机玻璃箱外，另一台架设在桩基正上方安置在加载架上，摄像头正对桩基及周围土体，静置一段时间使土体的扰动消失；

2）将激光片光源打至所测平面，启动CCD数字摄像机对桩基周围土体进行多次高速曝光拍摄；

3）启动低频电磁激振器对桩基进行不同频率、不同幅值的侧向水平荷载加载；

4） 改变CCD投影摄像机拍摄位置和角度及激光片光源所打至的位置，充分扰动透明试验土使示踪粒子均匀分布并抹平透明试验土，贯入桩基后重复（1）、（2）、（3）；