[发明专利]用于研究桩-岩界面破坏机理的实验装置及其组装方法

说明书

本发明公开了一种用于研究桩‑岩界面破坏机理的实验装置，包括用于放置实验桩的实验箱、位于实验箱上方的反力架以及位于反力架与实验箱之间的千斤顶，所述千斤顶的上表面与反力架固定，下表面通过压力传感器与可作用于实验桩上的传力杆相连接，该传力杆上还连接有位移传感器。本发明提供用于研究桩‑岩界面破坏机理的实验装置，其结构简单、便于组合拆卸和安装，可方便准确的量测桩顶向下位移量，适用于CT‑X‑ray实验平台。

技术领域

本发明涉及一种研究嵌岩桩的实验装置，尤其涉及一种用于研究桩-岩界面破坏机理的实验装置及其组装方法。

背景技术

近年来，我国各项建设事业发展迅猛，越来越多的跨海跨江大桥及超大体量的建设项目都需要大量使用嵌岩桩作为建(构)筑物的基础来承担巨大的上部荷载。实际工程中，由于桩侧摩阻力充分调动所需的位移(0.5–1％D)要明显远小于桩端阻力发挥至最大值时的位移(10–20％D)，因此一般情况下，上部荷载主要由桩侧阻力承担，很多设计中为了可靠仅考虑桩侧阻力的贡献。故嵌岩桩在设计阶段属于端承型摩擦桩，在极限承载状态下属于摩擦型端承桩。嵌岩桩桩侧阻力主要由桩-岩界面的剪切特性及荷载传递机理决定，且嵌岩桩桩-岩界面在剪切受载过程中表现出的变形、强度、刚度变化是一个十分复杂的力学过程，既有接触力学效应，又有摩擦效应，是接触和摩擦相互耦合的问题。由于嵌岩桩具有承载力大、试验耗费高且很难进行破坏性试验等特点，因而准确、系统、完整的实测资料有限，这制约了人们对其承载性状的全面认识，正是由于对嵌岩桩桩-岩界面剪切特性和微宏观破坏机理认识的局限，造成嵌岩桩设计不尽合理，甚至出现一些失误，因而对嵌岩桩的设计多持保守态度，造成了很多不必要的浪费。

故对于嵌岩桩桩-岩界面的剪切特性及微宏观破坏机理研究显得十分必要和迫切，且具有重大的经济和社会效益。由于桩-岩石节理的表面形态十分复杂，即使发展较为成熟的经典弹性接触理论也很难解决这类复杂问题，因此借助先进的可视性扫描设备(CT-X-Ray平台)及技术手段对嵌岩桩进行实验研究桩-岩界面剪切特性和微宏观荷载传递机理是一种非常有效的方法。而如何设计一款针对CT-X-ray实验平台的用于研究桩-岩界面剪切特性及微宏观破坏传递机理的实验装置，变成一个迫在眉睫的问题。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的是提供一种针对CT-X-ray实验平台、且便于组合拆卸和安装，可方便准确的量测桩顶向下位移量的用于研究桩-岩界面破坏机理的实验装置。

本发明的第二目的是提供该用于研究桩-岩界面破坏机理的实验装置的组装方法。

技术方案：为实现以上目的，本发明公开了一种用于研究桩-岩界面破坏机理的实验装置，包括用于放置实验桩的实验箱、位于实验箱上方的反力架以及位于反力架与实验箱之间的千斤顶，所述千斤顶的上表面与反力架固定，下表面通过压力传感器与可作用于实验桩上的传力杆相连接，该传力杆上还连接有位移传感器。

其中，所述实验箱包括横截面呈工字型的中空圆柱状腔体结构和位于该腔体结构下方的底封板，该底封板为阶梯圆台结构，其上部凸起圆台与腔体结构的内腔相适配。

优选的，所述腔体结构的材质为航空级铝合金2024、航空级铝合金7075或钛合金。

再者，所述反力架包括上垫板、下垫板以及用于连接上、下垫板且均布的若干个立柱；所述上垫板的下表面与千斤顶的上表面固定连接，所述下垫板与实验箱的上表面固定连接，且传力杆可穿过下垫板伸入实验箱并作用于实验桩上。

进一步，所述上垫板为圆形不锈钢板，其上分别错位开设有用于连接立柱的A组沉头螺纹孔和用于连接千斤顶的B组沉头螺纹孔，所述A组沉头螺纹孔均布于上垫板靠外圈，所述B组沉头螺纹孔中一螺纹孔位于上垫板的圆心位置，其余以圆心均布于上垫板靠内圈。

优选的，所述下垫板为圆环形不锈钢板，其上错位开设有用于连接立柱的A′组沉头螺纹孔和用于连接实验箱的C组螺纹孔。