CN103953074B - 一种开口管桩锤击贯入模拟实验装置及实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种开口管桩锤击贯入和静荷载模拟实验装置及实验方法，所述模拟实验装置包括模型箱、模型桩、立柱组件、横梁组件，还包括打桩组件或静荷载组件，所述的模型桩包括外筒、内筒、半圆钢板、导杆圆柱，所述内筒和外筒筒壁上设有轴向和径向传感器，所述立柱组件包括与所述模型箱的四周刚性连接的四根立柱，所述横梁组件包括下横梁组件和上横梁组件，所述的滑轮组连接在所述上横梁组件之间。与现有技术相比，本发明具有可模拟土体真实应力场、可分别测得开口管桩桩壁内、外侧摩阻力等优势，克服了现有技术中无法测得开口混凝土管桩真实荷载传递过程的缺陷；而且，实验装置操作简单，实验方法方便。

Description

一种开口管桩锤击贯入模拟实验装置及实验方法

技术领域

本发明属于建筑技术领域，具体涉及一种开口管桩锤击贯入模拟实验装置及实验方法。

背景技术

混凝土管桩广泛应用于工业与民用建筑、港口工程以及桥梁工程，桩端开口是其最为常用的形式。揭示开口混凝土管桩贯入时地基土的反应以及工后受荷时基桩的承载力性状，是开口混凝土管桩合理设计和使用的基础，而室内模型试验是实现这一目标的重要手段。开口混凝土管桩的特殊之处是桩体贯入地基土的过程中，部分土体挤入桩孔内形成土塞。由于土塞的存在，开口混凝土管桩的承载力性状至今未得到真正的揭示，尤其是土塞与桩壁间的摩擦剪切特征，这主要是由于现有的试验装置和方法存在以下问题：(1)常规1g模型试验很难模拟原位土体的应力水平，而土工离心机试验是目前模似ng重力场的最常见方法，但该方法技术操作复杂、试验成本昂贵，且很难实现图像的实时采集，无法实现多样本的桩-土微观作用机理的可视化研究。(2)现有针对开口混凝土管桩的模型试验装置采用的均为单壁模型桩，但基于此装置的模型试验无法分离桩壁内、外两侧的摩阻力，故而无法测得桩内壁摩阻力和径向土压力的分布规律，因此无法得知开口混凝土管桩真实的荷载传递过程。

发明内容

本发明的目的是提供了一种开口管桩锤击贯入模拟实验装置及实验方法，利用本发明所述实验装置可以测定开口管桩内外两侧的摩阻力，可以获知开口混凝土管桩的真实荷载传递过程。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种开口管桩锤击贯入模拟实验装置，它包括模型箱、模型桩、立柱组件和横梁组件，所述模拟实验装置还包括打桩组件或静荷载组件；

所述的模型桩包括外筒、内筒、半圆钢板、导杆圆柱，所述内筒和外筒筒壁上设有轴向和径向传感器；

所述立柱组件包括与所述模型箱的四周刚性连接的四根立柱；

所述横梁组件包括下横梁组件和上横梁组件；

所述打桩组件包括马达、桩锤、桩锤导向装置和滑轮组，所述桩锤通过钢丝绳绕过滑轮组与所述马达连接，所述滑轮组连接在所述上横梁组件之间；

所述静荷载组件包括液压千斤顶、液压控制装置、桩锤导向装置和固定于所述桩锤导向装置的连接件。

对上述技术方案的进一步改进，所述模型箱为正方体，其右侧、左侧、上侧、下侧和后侧均由钢板制成，前侧由钢化玻璃制成。

对上述技术方案的进一步改进，所述的下横梁组件包括下前横梁、下右横梁、下后横梁、下左横梁和下中横梁，所述下中横梁包括连接在下左横梁和下右横梁之间的与下前横梁平行的两根下中横梁，以及连接在下前横梁和下后横梁之间的与下左横梁平行的一根下中横梁；所述的上横梁组件包括上左横梁、上右横梁和上中横梁，所述上中横梁包括连接在上左横梁和上右横梁之间的两根上中横梁。

对上述技术方案的进一步改进，所述的模型箱上侧钢板连接有模型桩导杆圆柱，上侧钢板上设有排气孔、供水及水头控制装置的预留孔道，所述的下侧钢板设有尾水采集装置的预留孔道。

对上述技术方案的进一步改进，所述的桩锤导向装置为由左前角钢、右前角钢、右后角钢、左后角钢组成的桩锤导轨，四个角钢分别连接在所述的两根上中横梁和两根下中横梁之间。

对上述技术方案的进一步改进，所述模型箱上侧设有用于模型桩定位的模型桩定位导向槽。

对上述技术方案的进一步改进，所述外筒和内筒之间设有硅胶。

本发明还提供了利用所述模拟实验装置进行模拟锤击贯入的实验方法，它包括以下步骤：

(1)、首先在模型箱内填入松散或密实粉砂，松散粉砂相对密实度控制在0～1/3，密实粉砂相对密实度控制在1/3～2/3，随后缓缓注水至粉砂表面以上2～3cm处，静置24小时后从箱底泄水孔排水至水面与粉砂表面持平，达到饱和粉砂的制备；

(2)、完成粉砂填埋48小时后，然后进行粉砂填料的双桥静力触探试验，记录触探仪的锥头阻力及侧壁摩阻力沿深度的变化；

(3)、完成双桥静力触探试验12小时后，打桩将桩打入粉砂中，将模型桩插入填料深度为0.7m，调整模型桩导向槽和桩锤导向装置确保模型桩和桩锤在同一竖直线上，通过模型桩导向槽将模型桩的轴向切面紧贴模型箱的玻璃侧板的内壁，测定打桩过程中模型桩的摩阻力。

在打桩过程需要还测定以下指标：每次锤击后的贯入及回弹量、每次锤击后的桩身残余应力、土塞指标和土颗粒的位移。

与现有技术相比，本发明的优点和有效效果是：本发明通过水垂直向下渗流经过模型土体而产生渗水力作用，使土体中自重应力增加，实现不同的加速度重力场，从而模拟不同深度处原位土体的应力水平，突破了现有的模型箱试验只能模拟1g重力场的限制。

采用由内、外双层管壁制作并安装轴向和径向应力传感器的模型桩，可分别测得桩周土与桩壁外侧、土塞与桩壁内侧的作用机制，从而得到开口管桩真实的荷载传递规律，解决了现有试验装置和方法取法分离内外侧摩阻力的瓶颈问题。同时，本发明所述试验装置采用半模桩且模型箱一侧为透明钢化玻璃，可观测桩体贯入和受荷过程中土塞的形成和土体的位移场情况。

本发明所述实验装置克服了现有技术中无法测得开口混凝土管桩真实荷载传递过程的缺陷；而且，实验装置操作简单，实验方法方便。

附图说明

图1为本发明所述用于模拟管桩锤击贯入的模拟实验装置的结构示意图。

图2为本发明所述模型桩内筒和外筒的横截面结构示意图。

图3为本发明所述模型桩的整体结构示意图。

图4为本发明所述模型箱的钢板的示意图。

图5为本发明所述用于模拟静荷载的模拟实验装置的结构示意图。

图6为本发明的实验方法的实验流程图。

具体实施方式

本发明通过附图和具体实施例对发明的技术方案做进一步的详细说明。

实施例1

本发明所述开口管桩锤击贯入和静荷载模拟实验装置可分别模拟开口管桩锤击贯入实验和静荷载模拟实验，对应的实验装置分别设有打桩组件和静荷载组件。

如图1所示，为模拟开口管桩锤击贯入实验，所述开口管桩锤击贯入实验装置的框架包括模型箱、模型桩、立柱组件、横梁组件和打桩组件，所述打桩组件包括马达、桩锤、桩锤导向装置和滑轮组。

所述立柱组件包括左前立柱91、右前立柱92、右后立柱93、左后立柱94，所述的模型箱2由右侧钢板31、后侧钢板32、左侧钢板33、上侧钢板34、下侧钢板35和前侧钢化玻璃36组成，所述左前立柱91、右前立柱92、右后立柱93、左后立柱94与模型箱的四周呈刚性连接，钢板的示意图如图4所示。所述的上侧钢板34连接有模型桩导杆圆柱17，上侧钢板34设有排气孔132、供水及水头控制装置131的预留孔道，所述的下侧钢板35设有尾水采集装置133的预留孔道。在模型箱顶面设置供水及水头控制装置，底面设置尾水采集装置，用于实现稳定的渗透水流。

如图2和3所示，所述的模型桩1包括外筒11、内筒13、半圆钢板15、导杆圆柱17，模型桩的内外双筒采用1.5mm厚的铝合金板制成，所述外筒和内筒之间设有硅胶12，所述内筒和外筒筒壁上设有轴向/径向传感器，传感器的数据线14穿过钢板经内筒和外筒之间的缝隙引出，所述半圆钢板15和导杆圆柱17是一体式结构，两者与内筒固定连接，模型桩的内外双筒主体完成后再与内筒进行固定连接。

所述的横梁组件包括下横梁组件和上横梁组件，所述下横梁组件包括下前横梁101、下右横梁102、下后横梁103、下左横梁104和下中横梁，所述下中横梁包括连接在下左横梁和下右横梁之间的与下前横梁平行的两根下中横梁111、112，以及连接在下前横梁和下后横梁之间的与下左横梁平行的一根下中横梁113；所述上横梁组件包括上左横梁105、上右横梁106和上中横梁，所述上中横梁包括连接在上左横梁和上右横梁之间的两根上中横梁114、115。

所述下前横梁101、下右横梁102、下后横梁103、下左横梁104与四根立柱91、92、93、94刚性连接，上左横梁105、上右横梁106与立柱刚性连接；另有下中横梁111、下中横梁112与所述下右横梁102和下左横梁104铰接以便于移动和调整，下中横梁113与所述下前横梁101和下后横梁103铰接以便于移动和调整；上中横梁114、上中横梁115与所述上左横梁105和上右横梁106铰接以便于移动和调整。

所述的模型桩定位导向槽6与所述横梁113连接。所述的模型桩1连接于所述模型桩导向槽6内。

所述打桩组件包括马达121、桩锤4、桩锤导向装置5、滑轮组7，所述的桩锤导向装置5为由左前角钢51、右前角钢52、右后角钢53、左后角钢54组成的桩锤导轨，角钢51两端分别与所述横梁111和横梁114连接。其余三根角钢连接与此相同。所述的滑轮组7连接在所述上中横梁114和上中横梁115之间。所述桩锤4通过所述钢丝绳8绕过滑轮组与所述马达121连接。

本发明所述开口管桩静荷载模拟实验装置可模拟开口管桩的静荷载模拟实验，如图5所示，对应的实验装置包括模型箱、模型桩、立柱组件、横梁组件和静荷载组件，所述模型箱、模型桩、立柱组件、横梁组件与开口管桩锤击贯入的模拟实验装置中的相同。所述静荷载组件包括液压千斤顶、液压控制装置、桩锤导向装置和固定于前述桩锤导向装置的连接件。

本发明所述实验装置的工作方式和过程如下：

首先进行试验装置的安装和调试，将右侧钢板31、后侧钢板32、左侧钢板33、下部钢板35和钢化玻璃36与左前立柱91、左后立柱92、右前立柱93、右后立柱94刚性连接，将排气孔132、供水及水头控制系统装置131安装在上侧钢板34的对应孔道上，将尾水采集装置133安装在下侧钢板35的对应孔道上。将下前横梁101与立柱左前91、右前立柱92刚性连接，下右横梁102与右前立柱92、右后立柱93刚性连接，下后横梁103与右后立柱93、左后立柱94刚性连接，下左横梁104与左前立柱91、左后立柱94刚性连接。上左横梁105与左前立柱91、左后立柱94刚性连接，上右横梁106与右前立柱92和右后立柱93刚性连接；将下中横梁111、112与所述横梁102和横梁104铰接，并将下中横梁113与所述横梁101和横梁103铰接；将上中横梁114、115与所述横梁105和横梁106铰接。将模型桩导向槽6铰接在横梁113上；将试验桩1的上部导杆圆柱17固定在模型桩导向槽6上。采用刚性连接方式分别将左前角钢51和右前角钢52连接在下中横梁111和上中横梁114上，将右后角钢53和左后角钢54连接在下中横梁112和上中横梁115上；把桩锤安装在由左前角钢51、右前角钢52、右后角钢53、左后角钢54组成的桩锤导轨上，将滑轮组7连接在所述横梁114和横梁115之间，用钢丝绳8绕过滑轮组与所述马达121相连。调试安装好的装置，确保无误后方可进行开口管桩贯入及静载性状模拟试验。

本发明利用所述装置进行模型试验的方案如下：

1、模型箱和填料的设置方案

拟建模型箱尺寸为长宽高180cm×180cm×180cm的正方体，如图1所示。模型箱前侧为透明的钢化玻璃36，以实现PIV数码设备对土颗粒位移的动态捕捉。左侧、右侧、后侧及上侧和下侧均采用钢板制成，使模型箱形成密闭的空间。前侧的玻璃标注毫米计刻度，辅以水准仪来实现模型桩打入深度、土塞高度及桩身回弹量的精确测量。在原位条件下，沉桩引起的挤土位移是在半无限空间内延伸的，模型试验的刚性箱壁与其差异较大。为进一步减小边界效应，模型箱的三侧钢板及底板内侧可设置弹性材料(如，橡胶)制成的内壁衬砌。

利用本发明所述装置可进行锤击模型桩贯入土体试验和慢速法静荷载试验，使用本装置时首先在模型箱内填入粉砂，模型箱内分别采用松散和密实两种状态下的饱和粉砂(松散的相对密实度控制在0～1/3，密实的相对密实度控制在1/3～2/3)。填入时分层将砂粒自由洒入箱内至预定标高，每20cm为一层，按期望密实度估算填砂量后分层夯实。随后打开排气孔，缓缓注水至填料表面以上2～3cm处，静置24小时后从箱底泄水孔排水至水面与砂土表面持平，如此达到饱和砂土的制备。

填料各项指标符合要求后，将模型桩1插入填料深度为0.7m，其上0.2m为打桩和静荷载试验装置的高度要求，将模型桩1上部的导杆圆柱17穿过上部钢板34的预留孔道与模型桩导向槽6固定，调整模型桩导向槽6和桩锤导向装置5确保模型桩1和桩锤4在同一竖直线上，通过模型桩导向槽6将模型桩1的轴向切面紧贴模型箱的玻璃侧板2的内壁，并涂抹凡士林以减小两者间的摩擦；然后将上侧钢板34与其它钢板和立柱连接，完成模型箱的安装。

根据确定的模型试验比尺及试样厚度，计算出相应的水力梯度并施加相应的水压力，使模型土体在渗流作用下发生固结。在整个模型试验过程中，压力水应连续不断地渗流过土样并保持稳定的水压力。

完成砂料填埋48小时后，然后进行填料的双桥静力触探试验，以判别填土的密度、承载力和变形模量，测定触探仪的锥头阻力和侧壁沿深度范围内的摩阻力变化。完成一根桩的试验后将桩取出，重新填埋砂土进行下一根桩的试验。

2、打桩装置的制作方案

所述打桩组件包括马达、桩锤、桩锤导向装置和滑轮组，见图1。其中，立柱与模型箱进行刚性连接，而立柱横梁体系则采用易于装卸和移动的铆接。安装时首先将立柱、横梁和滑轮依次固定拼接，最后安装桩锤于导向装置内并开启马达。桩锤4经钢丝绳8与马达121相连，经机械电子设计，马达121可控制每次落锤的高度，即以前次落锤锤击沉桩后桩顶的高度作为本次抬升的起始高度。桩锤导向装置可沿前后及左右方向平移，以满足不同直径模型桩的定位及打入需要。桩锤采用钢材制成，自重为5kg，桩锤高度根据试验需要设定。在桩顶设置刚性导杆圆柱，由导杆圆柱穿过模型箱的上侧钢板，导杆圆柱与半圆钢板之间设置单向带刃口的止水圈。

3、静荷载试验装置制作方案

试验桩就位后在模型桩1顶部的导杆圆柱17上安装用于慢速法静荷载试验的压力传感器，将传感器导线连入光纤光栅(FBG)数据采集仪。安放水准仪，并进行调试。启动沉桩装置以预设落锤高度(10cm、15cm、20cm)将桩打入填料中，此过程需要测定的数据包括：由水准仪测得每次锤击沉桩后的桩身沉降和回弹量，土塞的高度，由粒子图像测速法(PIV)设备记录的颗粒位移。沉桩结束后，休止3天，将落锤4卸载，更换液压千斤顶41进行慢速法静荷载试验。千斤顶41通过桩锤导向装置进行固定(在角钢51、52、53、54上分别预留螺栓孔，通过千斤顶41上的螺栓柱将千斤顶41固定在落锤导轨上)，将模型桩1的上部导杆圆柱17与千斤顶41的顶头用连接装置42进行固定并经数据线与工业控制计算机相连，千斤顶41经控制线81与油泵141相连，油泵141经数据线142与计算机143相连并由计算机143中的油压控制系统进行控制。

加载过程中，通过MOXA通讯卡以一定间隔时间将位移量信号传回计算机并写入内置存储器。以此可实现实时监控。确保了数据的准确性。此过程需要测定的数据包括：由水准仪测得的桩端沉降和静荷载结束后桩身的回弹量，FBG数据采集仪记录的桩顶即时载荷(即，压桩力)和桩内外壁传感器的读数。

其中，压力传感器采用光纤式传感器(SP1200型)。这种传感器以测定不同压力变形下光纤的波长变化为基础量来确定压力值。试验时，通过FBG数据采集仪采集波长信号，将其传输给计算机，通过后台数据处理系统得到压力时程曲线。传感器数据经传输线传出。

表1位移测试组件主要技术参数

4、模型桩的制作方案

本发明拟采用4根模型桩开展物理模型试验研究。模型桩的截面尺寸以《预应力混凝土大直径管桩设计与施工规程》(JTJ/T261-97)中规定的4种规格的大直径管桩为原型，按一定的几何相似比缩小得出。桩长和桩径分别设定为0.7m和0.04m，主要是考虑边界效应的影响：当桩端到箱底、桩侧至箱壁的距离分别大于11倍和20倍桩径时，模型试验的边界效应可忽略不计。

表3模型桩的基本参数

原位条件下，单桩的沉入及工后加载过程均可看做是以桩心轴线为中心的轴对称情况。因此，在本发明试验研究中为实现采用PIV技术实时捕捉到土颗粒的位移，拟采用半模桩。同时，为将内外侧的摩阻力进行分离，拟采用内外双层钢筒来制作模型桩，如图3和4所示。内筒的内壁满铺环氧树脂，通过刻槽拉毛使其粗糙度接近缩小比例后的PHC管桩内壁粗糙度(设置为0.3mm)。在桩端处设置钢板将内外钢桶进行刚性连接，而在内筒的桩顶处设置一道弹性优良的硅胶，以实现内、外筒的弹性连接。如此设计的目的是，在顶部受荷时仅有外筒来承担，而内壁受力则仅土塞摩阻力引起，以此来区分内外侧的摩阻力。

模型桩的内外双筒采用1.5mm厚的铝合金板制成，通过调整内外筒之间的缝隙宽度以使模型桩的壁厚达到设计值。铝合金材料是制作模型桩最理想的材料之一，基于其泊松比为0.3非常接近钢材和砼，且弹性模量相对较低，在试验中既能获得较大变形量，又能较好消除应变传感器本身的刚度影响，从而可获得较高的应变量测精度。但由铝合金制成的模型桩，其桩身弹性模量与原型桩并不完全相同，因此，需根据相似理论原理和相似准则方程计算出其他物理量相似比值，在数据分析时加以考虑。

模型桩制作时，首先使用环氧树脂将传感器安装在内筒外侧和外筒内侧的相应位置处，养护3天方可进行内外筒的套装。传感器的数据线穿过钢板经内外筒的缝隙引出。将内外筒轴向切面处的缝隙用硅胶封装，防止试验过程中饱和砂土中的水进入双筒间的缝隙内，增加土体的排水路径，有别于实际工程条件。内筒的长度应短于外筒10mm，在此空隙内封装硅胶。内外双筒间安装滑动垫片以减小两者间的摩擦。

5、试验的技术方案

针对试验内容共进行24组试验，其流程如图6所示。试验包括锤击贯入和静荷载试验两部分。桩就位后，将传感器导线连入FBG数据采集仪。安放水准仪，并进行调试。启动沉桩装置以预设桩锤高度将桩打入填料中。打桩过程中，通过定位槽将模型桩的轴向切面紧贴模型箱的玻璃侧壁，并涂抹凡士林以减小两者间的摩擦。此过程需要采集的数据包括：由水准仪测得每次锤击沉桩后的桩身沉降和回弹量，以及土塞的高度；由PIV设备记录的颗粒位移、旋转及破碎。

沉桩结束后，更换液压千斤顶进行静荷载试验。记录的数据包括：由水准仪测得的桩端沉降和静荷载结束后桩身的回弹量；FBG数据采集仪记录的桩顶即时载荷(即，压桩力)和桩内外壁传感器的读数。

测得相关数据后，将第一根试验桩取走并将填料更新，重复上述流程直至将所有试验桩都试验完毕。

利用本发明所述的模拟实验装置进行模拟锤击贯入的实验方法的具体步骤

(一)、锤击贯入试验

1、首先在模型箱内填入粉砂，模型箱内分别采用松散和密实两种状态下的饱和粉砂(相对密实度分别控制在0～1/3和1/3～2/3之间)。填入时将松散粉砂(或密实粉砂，分别进行松散粉砂和密实粉砂的锤击实验)进行分层，将砂粒自由洒入箱内至预定标高，每20cm为一层，按期望密实度估算填砂量后分层夯实。随后缓缓注水至填料表面以上2～3cm处，静置24小时后从箱底泄水孔排水至水面与砂土表面持平，如此达到饱和砂土的制备。

2、完成砂料填埋48小时后，然后进行填料的双桥静力触探试验，记录触探仪的锥头阻力及侧壁摩阻力沿深度的变化。

3、完成双桥静力触探试验12小时后，将模型桩插入填料深度为0.7m，其上0.2m为打桩和静荷载试验装置的高度要求，调整模型桩导向槽6和桩锤导向装置5确保模型桩1和桩锤4在同一竖直线上，通过模型桩导向槽6将模型桩1的轴向切面紧贴模型箱的玻璃侧板2的内壁；并涂抹凡士林以减小两者间的摩擦。

4、启动装置以预设落锤高度(10cm、15cm、20cm)将桩打入填料，打桩过程需要测定几个指标：a.每次锤击后的贯入及回弹量；b.每次锤击后的桩身残余应力；c.土塞指标；d.土颗粒的位移。

(二)、静荷载试验

采用上述锤击实验的所述1-4步骤；

5、沉桩结束后，休止3天，将落锤4等装置卸载，更换静荷载组件进行慢速法静荷载试验。

静载试验需要测定：a.桩顶荷载-沉降；b.桩身回弹量；c.沿桩身内外壁的轴向/径向应力；d.卸荷后的桩身残余应力；e.土塞指标；f.土颗粒的位移；g.拔桩、填料。

返回步骤4直至所有落锤高度均已试验，返回步骤3直至所有试验桩均已试验，返回步骤1直至松散和密实两种密实度均已试验，试验结束。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种开口管桩锤击贯入模拟实验装置，其特征在于它包括模型箱、模型桩、立柱组件和横梁组件，所述模拟实验装置还包括打桩组件；

所述的模型桩包括外筒、内筒、半圆钢板、导杆圆柱，所述内筒和外筒筒壁上设有轴向和径向传感器；所述半圆钢板与内筒固定连接，半圆钢板另一端连接有导杆圆柱，所述半圆钢板和导杆圆柱为一体式结构；

所述立柱组件包括与所述模型箱的四周刚性连接的四根立柱；

所述横梁组件包括下横梁组件和上横梁组件；

所述打桩组件包括马达、桩锤、桩锤导向装置和滑轮组，所述桩锤通过钢丝绳绕过滑轮组与所述马达连接，所述滑轮组连接在所述上横梁组件之间；

所述模型箱为正方体，其右侧、左侧、上侧、下侧和后侧均由钢板制成，前侧由钢化玻璃制成；

所述的下横梁组件包括下前横梁、下右横梁、下后横梁、下左横梁和下中横梁，所述下中横梁包括连接在下左横梁和下右横梁之间的与下前横梁平行的两根下中横梁，以及连接在下前横梁和下后横梁之间的与下左横梁平行的一根下中横梁；所述的上横梁组件包括上左横梁、上右横梁和上中横梁，所述上中横梁包括连接在上左横梁和上右横梁之间的两根上中横梁；

所述的模型箱上侧钢板连接有模型桩导杆圆柱，上侧钢板上设有排气孔、供水及水头控制装置的预留孔道，所述的下侧钢板设有尾水采集装置的预留孔道；

所述的桩锤导向装置为由左前角钢、右前角钢、右后角钢、左后角钢组成的桩锤导轨，四个角钢分别连接在所述的两根上中横梁和两根下中横梁之间。

2.根据权利要求1所述的开口管桩锤击贯入模拟实验装置，其特征在于，所述模型箱上侧设有用于模型桩定位的模型桩定位导向槽。

3.根据权利要求1所述的开口管桩锤击贯入模拟实验装置，其特征在于，所述外筒和内筒之间设有硅胶。

4.利用权利要求1所述模拟实验装置进行模拟锤击贯入的实验方法，其特征在于，它包括以下步骤：

(1)、首先在模型箱内填入松散或密实粉砂，松散粉砂相对密实度控制在0~1/3，密实粉砂相对密实度控制在1/3~2/3，随后缓缓注水至粉砂表面以上2~3cm处，静置24小时后从箱底泄水孔排水至水面与粉砂表面持平，达到饱和粉砂的制备；

(2)、完成粉砂填埋48小时后，然后进行粉砂填料的双桥静力触探试验，记录触探仪的锥头阻力及侧壁摩阻力沿深度的变化；

(3)、完成双桥静力触探试验12小时后，将桩打入粉砂中，将模型桩插入填料深度为0.7m，调整模型桩导向槽和桩锤导向装置确保模型桩和桩锤在同一竖直线上，通过模型桩导向槽将模型桩的轴向切面紧贴模型箱的玻璃侧板的内壁，测定打桩过程中模型桩的摩阻力。

5.根据权利要求4所述的利用模拟实验装置进行模拟锤击贯入的实验方法，其特征在于，在打桩过程需要还测定以下指标：每次锤击后的贯入及回弹量、每次锤击后的桩身残余应力、土塞指标和土颗粒的位移。