[发明专利]一种刚性透水桩复合地基的复合单元试验装置

权利要求书

1.一种刚性透水桩复合地基的复合单元试验装置，其特征在于：包括模型箱(1)和反力架(1-1)，反力架(1-1)可拆卸的覆盖在模型箱(1)的顶部开口处用于在模型箱(1)内形成密闭空间；

密闭空间内一侧设置有桩体围板结构，桩体围板结构内部空间与桩体(3)形状配适，桩体围板结构顶面和底面均与驱动机构传动连接，两组驱动机构用于共同驱动桩体围板结构在竖直方向往复运动，驱动机构与桩体围板结构的连接处设置有轴力计(8-2)；

密闭空间内另一侧设置有饱和软土层(2)，饱和软土层(2)的顶部和底部均设置有施压装置，施压装置用于对饱和软土层(2)的顶面或底面均匀施加压力；

施压装置采用水囊(4)，水囊(4)采用柔性材料制成，水囊(4)与饱和软土层(2)之间铺设橡胶垫(4-1)；水囊(4)与压力泵(5)的输出端连通，压力控制器(6)用于控制水囊(4)内压力；

桩体围板结构与饱和软土层(2)接触的侧面为开口结构，用于使桩体(3)置于桩体围板结构内后桩体(3)靠近饱和软土层(2)一侧侧面与饱和软土层(2)紧密接触，桩体围板结构内部空间通过导管(7-1)与集水器(7)连通；

桩体围板结构包括桩护板(1-3)，桩护板(1-3)用于包围覆盖桩体(3)和饱和软土层(2)接触面的其余侧面，桩护板(1-3)的顶部覆盖有上盖板(1-5)，桩护板(1-3)的底部覆盖有下盖板(1-6)，桩护板(1-3)与模型箱(1)侧壁之间设置滚珠(1-4)。

2.如权利要求1所述的一种刚性透水桩复合地基的复合单元试验装置，其特征在于：驱动机构采用千斤顶(9)，千斤顶(9)的输出轴与上盖板(1-5)或下盖板(1-6)垂直设置，轴力计(8-2)设置在千斤顶(9)的输出轴端部。

3.如权利要求1所述的一种刚性透水桩复合地基的复合单元试验装置，其特征在于：上盖板(1-5)靠近水囊(4)一侧边缘竖直向上延伸形成护板，下盖板(1-6)靠近水囊(4)一侧边缘竖直向下延伸形成护板；护板与水囊(4)之间设置有水囊护板(4-2)。

4.如权利要求1所述的一种刚性透水桩复合地基的复合单元试验装置，其特征在于：导管(7-1)一端穿过上盖板(1-5)与桩体围板结构内部空间连通，集水器(7)与压力泵(5)的输出端连通，压力控制器(6)用于控制集水器(7)内压力。

5.如权利要求1所述的一种刚性透水桩复合地基的复合单元试验装置，其特征在于：桩体(3)内以及饱和软土层(2)中的饱和软土内均匀设置有若干孔压计(8-1)。

6.如权利要求1所述的一种刚性透水桩复合地基的复合单元试验装置，其特征在于：模型箱(1)侧壁采用透明有机玻璃(1-2)。

7.使用如权利要求1所述的试验装置对刚性透水桩复合地基进行测试的方法，其特征在于：以桩土复合单元为试验对象，将桩土复合单元置于实际地应力状态，模拟饱和软土在不同附加应力条件下的径向排水条件，并能够考虑桩土相对位移，模拟正、负摩阻力条件的桩土相互作用，具体步骤如下：

步骤1，按照设计尺寸制作长方体刚性透水桩试块，内嵌孔压计，并将风干、碾碎的土样与无气水配置成2倍液限含水率的饱和泥浆备用；

步骤2，将与目标刚性透水桩试块相同大小的透水石安装在桩体围板结构内，在模型箱内壁均匀涂抹一层的凡士林,将下部水囊充水至设定压力，并放置下部橡胶垫；

步骤3，在透明有机玻璃内侧面布置PIV测点，然后定量将饱和泥浆倒入模型箱内，静置3天后，在土样中间位置沿径向等间距布置孔压计；

步骤4，在饱和软土顶面放置橡胶垫，然后放置上部水囊以及顶部反力架，并逐级增加上部水囊内部的压力，使饱和软土在K0应力状态下逐步径向排水固结；

步骤5，当饱和软土在预设上覆压力下固结完成，至孔隙水压力不再变化；

步骤6，在模型箱内充满无气水的条件下，释放软土层上、下水囊的压力，并将透水石替换为刚性透水桩试块，然后再将水囊压力再次加载至卸载前荷载；

步骤7，将刚性透水桩的上盖板通过导管与流体中转器、压力控制器和压力泵相连接，并将压力泵的压力调整至与软土上部气囊相同，静置待各处孔隙水压力相同，即完成将桩土复合单元置于设定埋深下正常固结的初始应力状态；

步骤8，增加软土顶部水囊压力，模拟地基附加应力增加的应力状态，软土将发生径向渗流固结；

步骤9，控制刚性透水桩两端驱动机构的升降，用于模拟桩土发生相对位移的状态，桩体相对软土向下运动时，为正摩阻力模拟；桩体相对软土向上运动时，为负摩阻力模拟；通过上、下轴力计差值换算摩阻力，通过监测孔压计的变化，获得孔压消散情况。