CN105649123B - 一种模拟桩侧径向应力对桩身轴力影响的模型试验方法 - Google Patents

一种模拟桩侧径向应力对桩身轴力影响的模型试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种模拟桩侧径向应力对桩身轴力影响的模型试验方法。主体结构包括模型桶、土体、定位导向环、多功能模型桩、光纤光栅传感器铠装光缆、硅压阻式土压力传感器导线、硅压阻式孔隙水压力传感器屏蔽防水导线、反力架、微机控制电液伺服千斤顶、加载数据控制器和传感信号综合同步解调仪。本发明与现有技术相比，其工艺简单，操作方便，测量数据精确，模拟实验效果好，实现室内同时测试桩身轴力、桩土界面的土压力和孔隙水压力，用于沉桩过程考虑径向有效应力对桩身轴向应力以及残余应力的影响的模型试验研究。

Description

一种模拟桩侧径向应力对桩身轴力影响的模型试验方法
技术领域：
本发明属于桩基工程技术领域，涉及一种模型试验方法，特别是一种模拟桩侧径向应力对桩身轴力影响的模型试验方法。
背景技术：
中国是静压桩“大国”，静压桩用量巨大，在建设工程中占有很大的比重，迫切需要静压桩技术的提高。然而，目前静压桩研究和应用存在的主要问题是：没有实测桩土界面的土压力和孔隙水压力，静压桩的沉桩过程未能考虑径向有效应力对桩身轴向应力以及残余应力的影响。因此，为弥补试验测试和理论研究的局限性，目前需要结合室内模型试验，采用创新的测试方法，全程测试沉桩及其休止加荷期的桩身内力、桩土界面土压力及孔隙水压力，从细观上探索机理，考虑静压桩桩侧有效径向应力对桩身轴力影响，分析桩身轴力及残余应力的实际构成和变化，而目前尚未发现有关该问题的报道。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，寻求设计提供一种可连续贯入土体，模拟静压桩桩侧有效径向应力对桩身轴力影响的模型试验方法。
为了实现上述目的，本发明在模拟桩侧径向应力对桩身轴力影响的模型试验装置中实现，其具体过程为：
第一步、将模型桶放置在反力架正下方，
第二步、将定位导向环的一端通过钢管焊接到模型桶顶部外边缘，另一端圆环使其能180°翻转，并能翻转到模型桶顶部中心位置；
第三步、采用取自相同地方的粉质粘土作为土体，将土体放入模型桶中并进行人工分层填筑夯实；
第四步、在多功能模型桩的桩身表面分别开槽，然后竖向等间距分别安装光纤光栅传感器、硅压阻式土压力传感器和硅压阻式孔隙水压力传感器，将光纤光栅传感器采用铠装光缆串联，并在多功能模型桩顶部以下30mm伸出铠装光缆，硅压阻式土压力传感器和硅压阻式孔隙水压力传感器的接触面均与多功能模型桩桩身表面齐平，并在多功能模型桩顶部以下30mm伸出硅压阻式土压力传感器导线和硅压阻式孔隙水压力传感器屏蔽防水导线，然后将多功能模型桩垂直穿过定位导向环，伸入模型桶内的土体表面中心位置；
第五步、将微机控制电液伺服千斤顶的底部放置到多功能模型桩顶部，顶部固定在反力架横梁上，并将微机控制电液伺服千斤顶与加载数据控制器连接，加载数据控制器控制微机控制电液伺服千斤顶以2.5mm/s的贯入速度进行加载；
第六步、多功能模型桩顶部伸出的光纤光栅传感器铠装光缆、硅压阻式土压力传感器导线和硅压阻式孔隙水压力传感器屏蔽防水导线与传感信号综合同步解调仪连接，实现多功能模型桩内光纤光栅传感器、硅压阻式水压力传感器和硅压阻式孔隙水压力传感器数据的同步采集，测得桩身轴力、桩土界面的土压力和孔隙水压力，用于模拟沉桩过程中径向有效应力对桩身轴向应力的影响，根据弹性力学的拉梅（Lame）公式，考虑桩侧径向有效应力对桩身竖向应力的影响可得，其中，K为静压桩外径R0与内径Ri之比：；为桩身轴力；为桩侧的径向有效应力，。
本发明所述模拟桩侧径向应力对桩身轴力影响的模型试验装置的主体结构包括模型桶、土体、定位导向环、多功能模型桩、光纤光栅传感器铠装光缆、硅压阻式土压力传感器导线、硅压阻式孔隙水压力传感器屏蔽防水导线、反力架、微机控制电液伺服千斤顶、加载数据控制器和传感信号综合同步解调仪；模型桶放置在反力架正下方，直径75mm的定位导向环设置在模型桶顶部中心位置，定位导向环的一端通过钢管与模型桶顶部外边缘焊接，另一端圆环能180°翻转到模型桶顶部中心位置；土体模型桶内进行人工分层填筑夯实，采用POM实心圆棒制成的多功能模型桩穿过定位导向环到土体表面，微机控制电液伺服千斤顶底部放置到多功能模型桩顶部，微机控制电液伺服千斤顶顶部固定在反力架横梁上，微机控制电液伺服千斤顶与加载数据控制器连接，多功能模型桩内光纤光栅传感器铠装光缆、硅压阻式土压力传感器导线和硅压阻式孔隙水压力传感器屏蔽防水导线与传感信号综合同步解调仪连接。
本发明所述模型桶的直径为800mm，高度为1200mm，模型桶用厚度2mm的钢板焊接而成，模型桶紧贴外壁的上、中、下位置焊有钢筋箍。
本发明所述传感信号综合同步解调仪采用JEME-i15-e32，JEME-i15-e32具备光纤光栅解调信号、电压信号、电流信号等多种类型信号的硬件级别同步采集。
本发明与现有技术相比，其工艺简单，操作方便，测量数据精确，模拟实验效果好，实现室内同时测试桩身轴力、桩土界面的土压力和孔隙水压力，用于沉桩过程考虑径向有效应力对桩身轴向应力以及残余应力的影响的模型试验研究。
附图说明：
图1为本发明的主体结构原理示意图。
图2为本发明所述多功能模型桩的横剖面结构原理示意图。
具体实施方式：
下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步详细描述。
实施例：
本实施例在模拟桩侧径向应力对桩身轴力影响的模型试验装置中实现，对桩侧径向应力和桩身轴力测试的具体过程为：
第一步、将模型桶1放置在反力架8正下方，
第二步、将定位导向环的一端通过钢管焊接到模型桶1顶部外边缘，另一端圆环使其能180°翻转，翻转到模型桶1顶部中心位置；
第三步、采用取自相同地方的粉质粘土作为土体2，将土体2放入模型桶1中并进行人工分层填筑夯实；
第四步、在多功能模型桩4的桩身表面分别开槽，然后竖向等间距分别安装光纤光栅传感器、硅压阻式土压力传感器和硅压阻式孔隙水压力传感器，将光纤光栅传感器采用铠装光缆5串联，并在多功能模型桩4顶部以下30mm伸出铠装光缆5，硅压阻式土压力传感器和硅压阻式孔隙水压力传感器的接触面均与多功能模型桩4桩身表面齐平，并在多功能模型桩4顶部以下30mm伸出硅压阻式土压力传感器导线6和硅压阻式孔隙水压力传感器屏蔽防水导线7，然后将多功能模型桩4垂直穿过定位导向环3，伸入模型桶1内的土体2表面中心位置；
第五步、将微机控制电液伺服千斤顶9的底部放置到多功能模型桩4顶部，顶部固定在反力架8横梁上，并将微机控制电液伺服千斤顶9与加载数据控制器10连接，加载数据控制器10控制微机控制电液伺服千斤顶9以2.5mm/s的贯入速度进行加载；
第六步、多功能模型桩4顶部伸出的光纤光栅传感器铠装光缆5、硅压阻式土压力传感器导线6和硅压阻式孔隙水压力传感器屏蔽防水导线7与传感信号综合同步解调仪11连接，实现多功能模型桩4内光纤光栅传感器、硅压阻式水压力传感器和硅压阻式孔隙水压力传感器数据的同步采集，测得桩身轴力、桩土界面的土压力和孔隙水压力，用于模拟沉桩过程中径向有效应力对桩身轴向应力的影响，根据弹性力学的拉梅（Lame）公式，考虑桩侧径向有效应力对桩身轴力的影响可得，其中，K为静压桩外径R0与内径Ri之比：；为桩身轴力；为桩侧的径向有效应力，。
本实施例所述模拟桩侧径向应力对桩身轴力影响的模型试验装置的主体结构包括模型桶1、土体2、定位导向环3、多功能模型桩4、光纤光栅传感器铠装光缆5、硅压阻式土压力传感器导线6、硅压阻式孔隙水压力传感器屏蔽防水导线7、反力架8、微机控制电液伺服千斤顶9、加载数据控制器10和传感信号综合同步解调仪11；模型桶1放置在反力架8正下方，直径75mm的定位导向环3设置在模型桶1顶部中心位置，定位导向环3的一端通过钢管与模型桶1顶部外边缘焊接，另一端圆环能180°翻转到模型桶1顶部中心位置；土体2在模型桶1内进行人工分层填筑夯实，采用POM实心圆棒制成的多功能模型桩4穿过定位导向环3到土体2表面，微机控制电液伺服千斤顶9底部放置到多功能模型桩4顶部，微机控制电液伺服千斤顶9顶部固定在反力架8横梁上，微机控制电液伺服千斤顶9与加载数据控制器10连接，多功能模型桩4内光纤光栅传感器铠装光缆5、硅压阻式土压力传感器导线6和硅压阻式孔隙水压力传感器屏蔽防水导线7与传感信号综合同步解调仪11连接。
本实施例所述模型桶1的直径为800mm，高度为1200mm，模型桶1用厚度2mm的钢板焊接而成，模型桶1紧贴外壁的上、中、下位置焊有钢筋箍。
本实施例所述传感信号综合同步解调仪11采用JEME-i15-e32，JEME-i15-e32具备光纤光栅解调信号、电压信号、电流信号等多种类型信号的硬件级别同步采集。

Claims (1)

1.一种模拟桩侧径向应力对桩身轴力影响的模型试验方法，其具体过程为：
第一步、将模型桶放置在反力架正下方，
第二步、将定位导向环的一端通过钢管焊接到模型桶顶部外边缘，另一端圆环使其能180°翻转，并能翻转到模型桶顶部中心位置；
第三步、采用取自相同地方的粉质粘土作为土体，将土体放入模型桶中并进行人工分层填筑夯实；
第四步、在多功能模型桩的桩身表面分别开槽，然后竖向等间距分别安装光纤光栅传感器、硅压阻式土压力传感器和硅压阻式孔隙水压力传感器，将光纤光栅传感器采用铠装光缆串联，并在多功能模型桩顶部以下30mm伸出铠装光缆，硅压阻式土压力传感器和硅压阻式孔隙水压力传感器的接触面均与多功能模型桩桩身表面齐平，并在多功能模型桩顶部以下30mm伸出硅压阻式土压力传感器导线和硅压阻式孔隙水压力传感器屏蔽防水导线，然后将多功能模型桩垂直穿过定位导向环，伸入模型桶内的土体表面中心位置；
第五步、将微机控制电液伺服千斤顶的底部放置到多功能模型桩顶部，顶部固定在反力架横梁上，并将微机控制电液伺服千斤顶与加载数据控制器连接，加载数据控制器控制微机控制电液伺服千斤顶以2.5mm/s的贯入速度进行加载；
第六步、多功能模型桩顶部伸出的光纤光栅传感器铠装光缆、硅压阻式土压力传感器导线和硅压阻式孔隙水压力传感器屏蔽防水导线与传感信号综合同步解调仪连接，实现多功能模型桩内光纤光栅传感器、硅压阻式水压力传感器和硅压阻式孔隙水压力传感器数据的同步采集，测得桩身轴力、桩土界面的土压力和孔隙水压力，用于模拟沉桩过程中径向有效应力对桩身轴向应力的影响，根据弹性力学的拉梅（Lame）公式，考虑桩侧径向有效应力对桩身竖向应力的影响可得，其中，K为静压桩外径R0与内径Ri之比：；为桩身轴力；为桩侧的径向有效应力，；
所述模拟桩侧径向应力对桩身轴力影响的模型试验装置的主体结构包括模型桶、土体、定位导向环、多功能模型桩、光纤光栅传感器铠装光缆、硅压阻式土压力传感器导线、硅压阻式孔隙水压力传感器屏蔽防水导线、反力架、微机控制电液伺服千斤顶、加载数据控制器和传感信号综合同步解调仪；模型桶放置在反力架正下方，直径75mm的定位导向环设置在模型桶顶部中心位置，定位导向环的一端通过钢管与模型桶顶部外边缘焊接，另一端圆环能180°翻转到模型桶顶部中心位置；土体模型桶内进行人工分层填筑夯实，采用POM实心圆棒制成的多功能模型桩穿过定位导向环到土体表面，微机控制电液伺服千斤顶底部放置到多功能模型桩顶部，微机控制电液伺服千斤顶顶部固定在反力架横梁上，微机控制电液伺服千斤顶与加载数据控制器连接，多功能模型桩内光纤光栅传感器铠装光缆、硅压阻式土压力传感器导线和硅压阻式孔隙水压力传感器屏蔽防水导线与传感信号综合同步解调仪连接；
所述模型桶的直径为800mm，高度为1200mm，模型桶用厚度2mm的钢板焊接而成，模型桶紧贴外壁的上、中、下位置焊有钢筋箍；
所述传感信号综合同步解调仪采用JEME-i15-e32。
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