CN104988956B - 一种用于不对称边载作用下群桩受力的测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于不对称边载作用下群桩受力的测定装置，其特征是，包括实验箱、加载箱、模型桩、孔压计、采集仪和高清摄像机；所述实验箱内装载有分层设置的土体；所述采集仪和高清摄像机均设置在实验箱的外侧。本发明所达到的有益效果：1.利用高压空气对土体加载，在加载过程中，荷载施加值容易控制，容易模拟不对称边载的条件；2.高压空气加载方式通过橡胶膜将空气压强施予土体，可使土体和荷载的接触为柔性，符合实际工程中堆载在软土表面作用的情况。

Description

一种用于不对称边载作用下群桩受力的测定装置

技术领域

本发明涉及一种用于不对称边载作用下群桩受力的测定装置，属于受力测量技术领域。

背景技术

桩基在负摩阻力作用下会产生桩身轴力加大、沉降增加的现象，严重时会引起桩身及上部结构损坏。目前该领域的研究人员多关注土表均布堆载作用下桩基负摩阻力问题。实际工程中土表堆载常以边载的形式存在。例如较为常见的软土地区桥台桩基受到路堤堆载、码头桩基受到后方场区堆载等不对称边载作用。相比土表均布堆载，当土表堆载分布在桩基侧边时桩基受力机理更为复杂，桩基不但承受因土体下沉引起的竖向负摩阻力作用而且还承担土体侧移的水平侧压力作用。

目前，国内外不对称边载作用下群桩受力室内试验研究很少，已有的试验中边载模拟有采用直接堆载和千斤顶模拟加载，对于模型试验直接堆载往往难以获得较大的边载值，千斤顶加载方式虽然可以给模型土体施加较大荷载，但是繁琐的反力装置给试验带来麻烦，尤其是在不对称边载下，千斤顶加载需在两侧都设置反力装置，在狭小的实验箱中不易模拟这种不对称边载；而且，千斤顶加载多以钢板作为传力介质，刚性板与土体的接触和实际工程中堆载与土层的柔性接触有明显不同。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于不对称边载作用下群桩受力的测定装置，通过利用高压空气对土体进行不对称加载，保证土体和荷载的柔性接触。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种用于不对称边载作用下群桩受力的测定装置，其特征是，包括实验箱、加载箱、模型桩、孔压计、采集仪和高清摄像机；所述实验箱内装载有分层设置的土体；所述采集仪和高清摄像机均设置在实验箱的外侧；所述加载箱位于所述土体的表面，包括上隔离板、侧隔离板和粘附在所述侧隔离板内表面的橡胶膜；所述上隔离板上设置有通孔，分别安装有进气孔和气压表；所述模型桩安插在实验箱中，模型桩的表面贴覆有应变片，模型桩的桩顶插有别针；所述孔压计分层埋在所述土体中；所述孔压计和应变片均通过导线与采集仪连接。

前述的一种用于不对称边载作用下群桩受力的测定装置，其特征是，所述侧隔离板与实验箱箱壁三边相贴，橡胶膜粘附在侧隔离板的内表面。

前述的一种用于不对称边载作用下群桩受力的测定装置，其特征是，所述实验箱两侧均安装有加载箱。

前述的一种用于不对称边载作用下群桩受力的测定装置，其特征是，每个所述加载箱的上板水平方向设置有与所述实验箱侧壁通过螺栓连接的凸起段；所述模型桩均匀布置在两侧加载箱的中间。

前述的一种用于不对称边载作用下群桩受力的测定装置，其特征是，所述模型桩采用空心管桩；所述应变片贴覆在模型桩的内壁面上。

前述的一种用于不对称边载作用下群桩受力的测定装置，其特征是，所述实验箱的底部设置有排水龙头。

前述的一种用于不对称边载作用下群桩受力的测定装置，其特征是，所述土体包括位于上层与下层的砂土层和位于中间层的黏土层；所述孔压计分别设置在黏土层的不同深度。

本发明所达到的有益效果：1.利用高压空气对土体加载，在加载过程中，荷载施加值容易控制，容易模拟不对称边载的条件；2.高压空气加载方式通过橡胶膜将空气压强施予土体，可使土体和荷载的接触为柔性，符合实际工程中堆载在软土表面作用的情况；3.装置安装简便，只需用螺栓将加载箱与实验箱箱壁的翼缘固定起来即可，加载箱和铁箱均使用廉价的钢板，加载箱下面用橡胶膜密封起来，除了充气设备，该设备的成本很低廉，不需要多个千斤顶来完成不对称加载；4.该实验箱无固定底部，可以任意移动，摆放空间充裕，而且可以重复利用；5.采用黏土作为实验土层，能够有效模拟实际工程，底层的砂土层作为排水层，加快了黏土的排水速率，黏土顶端的砂土层则将荷载均匀的分布到黏土层；6.桩身位移的测量采用PIV技术，更精确的描述桩的水平变形量和竖向沉降量以及变形速率，该技术的使用可以提高实验数据的精度，有利于增强实验结果的准确性。

附图说明

图1是本发明的正向剖视图；

图2是本发明的侧向剖视图；

图3是本发明的俯视图。

图中附图标记的含义：

1-实验箱、2-加载箱、201-上隔离板，202-侧隔离板，203-橡胶膜，3-进气孔、4-气压表、5-排水龙头、6-模型桩、7-孔压计、8-采集仪、9-砂土层、10-黏土层、11-应变片、12-螺栓、13-别针、14-高清摄像机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明涉及的一种用于不对称边载作用下群桩受力的测定装置，包括实验箱1、加载箱2、模型桩6、孔压计7、采集仪8和高清摄像机14。

如图1所示，实验箱1内装载有分层设置的土体，从上到下依次包括砂土层9、黏土层10和砂土层9。孔压计7分别设置在黏土层10的不同深度，通过导线与采集仪8连接。实验箱1底部附近设置排水龙头5。

加载箱2的侧隔离板202内表面与橡胶膜203粘结，橡胶膜203与土层顶部接触。加载箱2上隔离板201与实验箱1侧壁翼缘通过螺栓12连接，实验箱1两侧分别固定加载箱2。加载箱2上隔离板201有通孔，分别为进气孔3和气压表4安装孔。

模型桩6在两侧加载箱2即两侧边载中间均匀布置。模型桩6顶部放置别针13，作为高清摄像机14的拍摄对象，用来研究桩身的位移变化情况。应变片11贴覆在模型桩6表面，而且与采集仪8通过导线连接。

为了保证高压空气荷载能够均匀地与上层砂土完全接触，加载箱2三面的侧隔离板202与实验箱1箱壁紧密贴合，侧隔离板202底端轻轻放在上层砂土表面，防止橡胶膜203向外鼓出。橡胶膜203作为加载箱2的底面与上层砂土相接，实现荷载与土层的柔性接触，而且通过焊接或是切割隔离板，可以增加荷载的高度，调节土层的厚度。

模型桩6为空心管桩。应变片11贴覆在模型桩6内壁上，可以避免模型桩6外侧的土体和土体中的水对应变片11的破坏，使得应变片11采集的数据更加准确。

本装置适用于一般的实验箱，能够模拟不同程度不对称边载作用下的群桩或单桩的受力，适应于单桩和群桩的负摩阻力和水平受力以及下曳位移等的分析。

本装置的安装过程是：

首先，铺设测试元件。在黏土层10中的不同深度埋设孔压计7，将应变片11贴覆在模型桩6的内表面，并将应变片11、孔压计7和采集仪8通过导线连接，将模型桩6埋入土体中。

其次，依据设计荷载宽度和高度制作加载箱2，在加载箱2上隔离板201留进气孔3并安装气压表4，将橡胶膜203黏贴在侧隔离板202内表面，形成密封的加载箱2。然后在加载箱2上隔离板201凸起段和实验箱1上翼缘打孔，用螺栓12将加载箱2固定在实验箱1里，使加载箱2的侧隔离板202紧贴实验箱1内壁。模型桩6上插别针13，将高清摄像机14摆设好，对准模型桩6。

本装置测量过程是：

打开排水龙头5，上层砂土预压排水，待黏土层10状态稳定，启动高清摄像机14和采集仪8。

启动充气设备，使高压空气从进气孔3进入加载箱2，使气压表4显示到设计荷载停止充气，关闭进气孔3。另一侧开始充气，同上述过程直至达到预设荷载。高清摄像机14和采集仪8各自采集黏土固结过程中相关试验数据。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于不对称边载作用下群桩受力的测定装置，其特征是，包括实验箱、加载箱、模型桩、孔压计、采集仪和高清摄像机；所述实验箱内装载有分层设置的土体；所述采集仪和高清摄像机均设置在实验箱的外侧；

所述加载箱位于所述土体的表面，包括上隔离板、侧隔离板和粘附在所述侧隔离板内表面的橡胶膜；所述上隔离板上设置有通孔，分别安装有进气孔和气压表；所述侧隔离板与实验箱箱壁三边相贴；

所述模型桩安插在实验箱中，模型桩的表面贴覆有应变片，模型桩的桩顶插有别针；所述孔压计分层埋在所述土体中；所述孔压计和应变片均通过导线与采集仪连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于不对称边载作用下群桩受力的测定装置，其特征是，所述实验箱两侧均安装有加载箱。

3.根据权利要求1所述的一种用于不对称边载作用下群桩受力的测定装置，其特征是，每个所述加载箱的上板水平方向设置有与所述实验箱侧壁通过螺栓连接的凸起段；所述模型桩均匀布置在两侧加载箱的中间。

4.根据权利要求1所述的一种用于不对称边载作用下群桩受力的测定装置，其特征是，所述模型桩采用空心管桩；所述应变片贴覆在模型桩的内壁面上。

5.根据权利要求1所述的一种用于不对称边载作用下群桩受力的测定装置，其特征是，所述实验箱的底部设置有排水龙头。

6.根据权利要求1所述的一种用于不对称边载作用下群桩受力的测定装置，其特征是，所述土体包括位于上层与下层的砂土层和位于中间层的黏土层；所述孔压计分别设置在黏土层的不同深度。