CN106706442A - 一种变温条件下桩‑土界面法向接触应力试验设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变温条件下桩‑土界面法向接触应力试验设备及方法，试验设备包括框架、竖向压力加载系统、桩‑土界面模拟系统、水循环控温系统、数据采集系统。所述桩‑土界面模拟系统包括底座和环形混凝土盒，底座中间的空间放入土样和环形混凝土盒，用于模拟桩‑土界面。水循环控温系统用于模拟桩体的温度变化过程。本发明的试验设备及试验方法，通过水循环控制环形混凝土盒的温度，模拟能量桩热交换过程中的升温和降温过程。通过数据的采集和分析，为冷热循环作用下桩‑土界面法向接触应力的变化机理研究提供试验数据。用于掌握能量桩的力学性能的变化，推动能量桩技术的推广和应用，具有重要理论研究和工程指定价值。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程试验技术领域，具体是一种变温条件下桩-土界面法向接触应力试验设备及试验方法。
背景技术
能量桩，也称能源桩，是一种将地下桩基础用作地源热泵系统换热器的技术。近年来，随着能源危机和环境污染问题的日益严重，地源热泵技术作为一种绿色可持续新能源技术得到了广泛的发展和应用，该技术利用大地的热容量，在夏季将室内的热量贮存在地下用于冬季的采暖，同时也达到了夏季室内制冷的目的。由于传统地源热泵技术需要在建筑场地外钻孔，不仅占用了额外的场地且较高的钻孔费用导致项目初期投资大。21世纪80年代，工程师们尝试将换热管置于建筑物的桩基、基础底板以及地下连续墙等结构内用来代替传统的地埋管换热器，不仅节省了场地而且大大地降低了地源热泵系统的造价。能量桩是将埋管置于桩基中，它通过管内的循环流体来实现向大地中提取和存贮热量。在节约地下空间、保证施工质量的同时，桩体混凝土热交换效率高，具有更好的经济效应。
能量桩具有承担上部荷载和进行热量交换的双重作用。能量桩的承载力部分或全部来自于桩与周围土体的侧摩阻力。在能量桩冷热循环过程中，桩体和周围土体的热胀冷缩会影响桩-土界面的刚度及桩周土的侧向应力，使桩-土界面的法向应力发生变化，而桩最大侧摩阻力的大小与法向应力呈正比。国内外一般是进行桩-土界面的剪切试验，通过应力、应变数据反映桩-土界面抗剪能力的变化。目前，关于变温条件下桩-土界面法向应力的研究较少，由于对法向应力的变化规律认识不清，给桩-土界面最大静摩擦力的准确判断造成了困难。基于此，本发明提出一种变温条件下能量桩桩-土界面法向接触应力试验设备及方法，通过室内试验，研究在温度循环过程中，桩-土界面法向应力的变化规律。本发明对于掌握能量桩的力学性能的变化，推动能量桩技术的推广和应用，具有重要理论研究和工程应用价值。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种变温条件下能量桩桩-土界面法向接触应力试验设备及试验方法，该试验设备和方法考虑不同的约束条件，模拟不同温度下桩-土界面法向接触应力的变化，研究温度对桩-土界面的影响，为冷热循环作用下桩-土界面法向接触应力的变化机理提供试验数据。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种变温条件下能量桩桩-土界面法向接触应力试验设备，包括框架、竖向压力加载系统、桩-土界面模拟系统、水循环控温系统、数据采集系统。
框架用于支撑实验装置的其它系统。
竖向压力加载系统用于对试验土样施加竖向压力。
桩-土界面模拟系统包括底座、环形混凝土盒，压板和绝热材料；桩-土界面模拟系统通过底座固定在框架上；底座中间的空间放入环形混凝土盒；环形混凝土盒上下开口，盒壁采用混凝土制作，中间空间用于装入土样，装入的土样与环形混凝土盒的混凝土接触，用于模拟桩-土界面；在环形混凝土盒的内壁上开设有凹槽，用于放置土压力计及第一温度传感器，凹槽内径与土压力计或第一温度传感器外径相匹配，采用环氧树脂或其它粘接剂将土压力计和第一温度传感器固定于凹槽内，用于检测桩-土界面法向接触应力及其温度；压板有上压板和下压板，放置在土样上下，下压板开设有传压腔；绝热材料放置于下压板下面及环形混凝土盒外围，防止热量散失。环形混凝土盒能有效增加桩土接触面积，加快热传递过程，使土体温度快速达到稳定状态，且方便安装相关传感器。
水循环控温系统用于模拟桩体的温度变化过程；比如，夏季、冬季地热交换中桩体的升温及降温过程。
数据采集系统包括土压力计和第一温度传感器，土压力计和第一温度传感器布置在环形混凝土盒的内壁上的凹槽内，采集桩-土界面的法向接触应力及界面温度数据。
进一步的，数据采集系统还包括应变传感光纤，在环形混凝土盒内壁环向粘贴分布式应变传感光纤，用于监测变温条件下桩土界面的法向变形。传感光纤纤细，对试验土体的影响可以忽略不计。
进一步的，变温条件下能量桩桩-土界面法向接触应力试验设备还包括注水排水系统，注水排水系统包括通水孔、排水阀、排气阀。桩-土界面模拟系统还包括橡皮圈，底座底部开设有通水孔，在环形混凝土盒里面预埋水管，并开设排气孔。上、下压板周围通过橡皮圈与混凝土紧密接触，下压板通过橡皮圈与底座的通水孔紧密连接，在相关位置放入橡皮圈，能够防止注水排水过程中水体渗漏，达到密封目的。通水孔通过底座与下压板下部传压腔相接；水阀安装在通水孔外部。可以通过通水孔注水排水控制土样饱和状态，在通水孔外部安装孔隙水压力计监测饱和土孔隙水压力。排气阀在环形混凝土盒上侧，与环形混凝土盒的排气孔相连。数据采集系统还包括底座孔隙水压力计，底座孔隙水压力采集饱和土样孔隙水压力数据。在升温过程中，环形混凝土盒会向内压缩土体，模拟能量桩由于热涨而挤压周围土壤的过程；在降温过程中，环形混凝土盒会向外变形，模拟桩土接触面压力的变化过程。
进一步的，水循控温系统包括恒温水箱、循环水泵、导水管、节流阀、流速计；数据采集系统还包括第二温度传感器。恒温箱周围用绝热材料（比如聚苯乙烯泡沫塑料）包裹，防止热量散失。循环水泵将恒温箱内热水或冷水泵入模拟桩体（环形混凝土盒）中，保证在导水管及水循环管中循环流动提供动力。在导水管上，靠近水泵出水口处设置节流阀用于调节导水管中水的流速，使管内水流为紊流状态。在导水管进水及出水处布置第二温度传感器。另布置流速计，根据流速计调整节流阀达到控制流速的目的，通过进出口温度及循环水速来控制升温及降温过程。
进一步的，竖向压力加载系统采用杠杆加载系统，杠杆加载系统包括杠杆、砝码、螺纹杆、传力杆、衔接装置，杠杆一端通过钢轴连接在框架上，另一端加上砝码，通过杠杆原理施加竖向荷载。螺纹杆一端带有螺纹，通过螺帽连接在杠杆上，可上下移动，另一端端头为半圆形，与传力杆接触。传力杆上端为内凹形，与螺纹杆相连，下端与钢盒接触，传递竖向荷载。衔接装置通过两端螺栓固定在底座上，中间有圆孔，圆孔限制传力杆只可上下移动，过滤螺纹杆传递的横向荷载，传递竖向荷载。
进一步的， 数据采集系统还包括传力杆轴力传感器，通过传力杆轴力传感器，测量竖向加载压力。
一种采用上述试验设备进行变温条件下能量桩桩-土界面法向接触应力试验的方法，包括以下步骤：
1）利用竖向压力加载系统向桩-土界面施加竖向压力，使桩-土界面的法向应力达到一定值，根据数据采集系统中布置在桩土界面的土压力盒采集此时桩土界面的法向接触应力值。
2）根据设计的试验条件启用注水排水系统，对土样进行饱和；
3）通过水循环控温系统控制混凝土盒的温度；
4）利用数据采集系统采集不同温度下桩土界面法向接触应力值及温度、饱和土孔隙水压力等数据，根据桩-土界面中的第一温度传感器及导水管出入口温度值判断土样温度是否达到平衡状态。
本发明的变温条件下能量桩桩-土界面法向接触应力试验设备及方法，优点在于采用杠杆加载系统，对土样施加竖向压力，依据土的静止侧压力原理对桩-土界面施压。在杠杆一端放置相应重量的砝码，精确地控制竖向压力，稳定性好，且通过传力杆及衔接装置过滤由于土样压缩造成杠杆旋转一定角度而造成的横向压力。通过水循环控制环形混凝土盒的温度，模拟能量桩热交换过程中的升温和降温过程。采用注水排水系统，模拟饱和土样在不同温度下桩-土界面法向接触应力的变化过程。在混凝土盒布置相关传感器，采集桩-土界面法向压力和温度等数据。通过数据的采集和分析，为冷、热循环作用下桩-土界面法向接触应力的变化机理提供试验数据。
附图说明
图1是本发明的试验设备结构示意图；
图2是环形混凝土盒内水管布置图；
图3是应变传感光纤和土压力计分布示意图；
图4是土压力计和第一温度传感器分布示意图；
图5是桩-土界面局部图；
图6是底座剖面图；
图7是底座俯视图；
图8是下压板主视图；
图9是下压板左视图。
附图编号：1.杠杆；2.砝码；3.螺纹杆；4.传力杆；5.衔接装置；6.底座；7.环形混凝土盒；8.透水石；9压板；10.隔热材料；11. 通水孔；12.橡皮圈；13.传压腔；14.排气阀；15.恒温水箱；16.循环水泵；17.导水管；18.节流阀；19.流速计；20.第二温度传感器；21.压力传感器；22.土压力计；23.第一温度传感器；24.孔隙水压力计；25.排水阀；26应变传感光纤。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明提出的一种变温条件下能量桩桩-土界面法向接触应力试验设备及方法进行详细说明。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明的变温条件下桩-土界面法向接触应力测试装置框架、竖向压力加载系统、桩-土界面模拟系统、水循环控温系统、注水排水系统、数据采集系统。
框架为钢架装置，作用是为本装置其它系统提供支撑点，钢架结构由槽钢和钢板无缝焊接而成，底板作了加宽处理，沿主梁和次梁长度方向作加强处理，钢架式框架提供了模拟试验的足够空间。
竖向压力加载系统可以采用直接加载竖向力的方式，也可以采用间接加载竖向力的方式。为了达到较好的效果，本实施例中，采用杠杆加载系统，包括杠杆1、砝码2、螺纹杆3、传力杆4、衔接装置5，杠杆1一端通过钢轴连接在钢架装置上，另一端加上砝码2，通过杠杆原理施加竖向荷载。螺纹杆3一端带有螺纹，通过螺帽连接在杠杆上，可上下移动，另一端端头为半圆形，与传力杆4接触。传力杆4上端为内凹形，与螺纹杆3相连，下端与压板9接触，传递竖向荷载。衔接装置5通过两端螺栓固定在底座上，中间有圆孔，圆孔限制传力杆4只可上下移动，过滤螺纹杆传递的横向荷载，只传递竖向荷载。
桩-土界面模拟系统包括底座6、环形混凝土盒7、透水石8、压板9、绝热材料10、橡皮圈12组成。环形混凝土盒7受力均匀，方便均匀布设传感器，可以测得更高质量的数据。底座6中间为圆柱形空间，放入土样及环形混凝土盒7，圆柱形空间下部有通水孔11，底座6底部通过螺栓固定在钢架装置上。如图5所示，环形混凝土盒7上下开口，中间分层装入土样，土样与周围混凝土接触，用来模拟桩-土界面。如图3和4所示，其中在混凝土圆环内壁上，有若干个凹槽，比如四个、八个等等，用于放置土压力计22及第一温度传感器23，凹槽内径与土压力计22和第一温度传感器23外径相匹配，采用环氧树脂或者其他粘结剂将置土压力计22和第一温度传感器23固定于凹槽内，用于测量桩-土界面法向接触应力及其温度。如图2所示，在环形混凝土盒7里面预埋水管17。土样上下盖有压板9，压板9优选钢板，压板9结构如图8和9所示。下压板开有圆孔传压腔13，下压板通过橡皮圈12与底座通水孔11紧密连接。在压板下面及环形混凝土盒7外围放有绝热材料10，防止热量散失。如图6和7所示，底部隔热材料10开有五个圆孔，下部凸出钢柱穿过隔热材料10支撑上部荷载，既保证隔热作用，又能支撑上部荷载。压板周围通过橡皮圈12与环形混凝土盒7紧密接触。在环形混凝土盒7右上侧开有排气孔，安装排气阀14。
环形混凝土盒7能有效增加桩土接触面积，加快热传递过程，使土体温度快速达到稳定状态，且方便安装相关传感器。为防止注水排水过程中水体渗漏，在相关位置放入橡皮圈12，达到密封目的。在升温过程中，环形混凝土盒会向内压缩土体，模拟能量桩由于热涨而挤压周围土壤的过程；在降温过程中，环形混凝土盒会向外变形，模拟桩土接触面压力的变化过程。
水循环控温系统包括恒温水箱15，循环水泵16，导水管17、节流阀18、流速计19、第二温度传感器20，用于模拟夏季、冬季地热交换中桩体的升温及降温过程。恒温水箱15包括加温器及降温器，具有加热和制冷功能，恒温水箱15周围可以用绝热材料聚苯乙烯泡沫塑料包裹，防止热量散失。循环水泵16将热水或冷水输入模拟桩体中，保证在导水管17及水循环管中循环流动提供动力。在导水管17上，靠近水泵出水口处设置节流阀18用于调节导水管中水的流速，使管内水流为紊流状态，节流阀18也可以安装在导水管17上其他部位。在导水管进水及出水处布置第二温度传感器20。另布置流速计19，根据流速计19调整节流阀18达到控制流速的目的，通过进出口温度及循环水速来控制升温及降温过程。
数据采集系统包括桩-土界面微型土压力计22、第一温度传感器23、第二温度传感器20及传力杆4上的轴力传感器21、底座孔隙水压力计24、应变传感光纤26。在环形混凝土盒7内壁四周布置土压力计22及第一温度传感器23，采集桩-土界面的法向接触压力及界面温度数据，通过传力杆4上的轴力传感器21，测量竖向加载压力。在导水管17进水及出水处布置第二温度传感器20，采集进水及出水的温度，通过进出口温度及循环流速来控制升温及降温过程。底座孔隙水压力24采集饱和土样孔隙水压力数据。在环形混凝土盒7内壁环向粘贴分布式应变传感光纤26，监测桩-土界面的法向变形。
注水排水系统包括通水孔11、排水阀25、排气阀14；通水孔11通过底座6，与压板9下部传压腔13相接，排水阀25安装在通水孔11外部。可以通过通水孔11注水排水控制土样饱和状态，在通水孔11外部安装孔隙水压力计24监测饱和土孔隙水压力。排气阀14在环形混凝土盒7上侧，与环形混凝土盒7的排气孔连接。
具体试验方法：
试验土样选择砂土，假设室内温度20℃。
准备工作：安装底座6，固定底座6螺栓，检查水阀25及通水孔11，放置环形混凝土盒7之前在四周及底部放置隔热材料10，之后安装预制好的环形混凝土盒7并固定，并布置相关传感器。在环形混凝土盒7放入下压板9，安装橡皮圈12，透水石8，在环形混凝土盒7内壁环向粘贴分布式应变传感光纤26，放入制作好的土样，安装上压板，安装衔接装置5，将传力杆4放在预定位置上，调整螺纹杆3并在其下部放入压力传感器。
在底座6外侧安装孔隙水压力传感器24及排水阀25，检查循环水泵16及恒温水箱15，在导水管17上安装流速计19、节流阀18、第二温度传感器20。开启恒温水箱15，加热或制冷到预定温度值。
试验步骤：
首先利用杠杆加载系统，在右侧放置砝码对土样竖向加载，利用静止侧压力原理使桩-土界面的法向应力达到一定值。
之后根据设计的实验条件启用注水排水系统。饱和：确定排气孔14通畅后通过通水孔11向里缓慢注水，排除土样空隙中的空气并使土样饱和，之后关闭排气阀14及排水阀25（也可以在加载之前使土样达到饱和状态并进行加载）；排水工况：试验过程中始终开启排水阀25和排气阀14；不排水工况：试验过程中始终关闭排水阀25和排气阀14。
再利用循环水泵16将恒温箱中的水泵入到混凝土盒中，通过水循环系统控制环形混凝土盒7的温度，观察流速计19，根据流量数值及出入口水温通过节流阀18控制流速。
在试验全程过程中利用数据采集系统采集不同温度下桩土界面法向应力值、温度以及饱和土孔隙水压力等数据，根据桩-土界面中的温度传感器及导水管出入口温度值判断土样温度是否达到平衡状态。
基于对本发明优选实施方式的描述，应该清楚，由所附的权利要求书所限定的本发明并不仅仅局限于上面说明书中所阐述的特定细节，未脱离本发明宗旨或范围的对本发明的许多显而易见的改变同样可能达到本发明的目的。
Claims (8)
1.一种变温条件下能量桩桩-土界面法向接触应力试验设备，其特征在于，包括框架、竖向压力加载系统、桩-土界面模拟系统、水循环控温系统、数据采集系统；
框架用于支撑实验装置的其它系统；
竖向压力加载系统用于对试验混凝土施加竖向压力；
桩-土界面模拟系统包括底座、环形混凝土盒，压板和绝热材料；桩-土界面模拟系统通过底座固定在框架上；底座中间的空间放入环形混凝土盒；环形混凝土盒上下开口，盒壁采用混凝土制作，中间空间用于装入土样，装入的土样与环形混凝土盒的混凝土接触，用于模拟桩-土界面；在环形混凝土盒的内壁上开设有凹槽 ，用于放置土压力计及第一温度传感器；压板放置在土样上下，下压板开设有传压腔；绝热材料放置于下压板下面及环形混凝土盒外围；
水循环控温系统用于模拟桩体的温度变化过程；
数据采集系统包括土压力计和第一温度传感器，土压力计和第一温度传感器布置在环形混凝土盒的内壁上的凹槽内，用于采集桩-土界面的法向接触应力及界面温度数据。
2.根据权利要求1的变温条件下能量桩桩-土界面法向接触应力试验设备，其特征在于，数据采集系统还包括应变传感光纤，在环形混凝土盒内壁环向粘贴分布式应变传感光纤。
3.根据权利要求1或2的变温条件下能量桩桩-土界面法向接触应力试验设备，其特征在于，所述变温条件下能量桩桩-土界面法向接触应力试验设备还包括注水排水系统，注水排水系统包括通水孔、排水阀、排气阀；桩-土界面模拟系统还包括橡皮圈，底座底部开设有通水孔，在环形混凝土盒里面预埋水管，并开设排气孔；上、下压板周围通过橡皮圈与混凝土紧密接触，下压板通过橡皮圈与底座的通水孔紧密连接；通水孔通过底座与下压板下部传压腔相接；排水阀安装在通水孔外部；排气阀在混凝土盒上侧，与环形混凝土盒的排气孔相连；数据采集系统还包括底座孔隙水压力计，底座孔隙水压力计用于采集饱和土样孔隙水压力数据。
4.根据权利要求1的变温条件下能量桩桩-土界面法向接触应力试验设备，其特征在于，水循控温系统包括恒温水箱、循环水泵、导水管、节流阀、流速计；数据采集系统还包括第二温度传感器；循环水泵用于将恒温箱内热水或冷水泵入环形混凝土盒；在导水管上设置节流阀，用于调节导水管中水的流速，流速通过所述流速计测量；在导水管进水及出水处布置第二温度传感器。
5.根据权利要求1的变温条件下能量桩桩-土界面法向接触应力试验设备，其特征在于，竖向压力加载系统采用杠杆加载系统，杠杆加载系统包括杠杆、砝码、螺纹杆、传力杆、衔接装置；杠杆一端通过钢轴连接在框架上，另一端加上砝码，通过杠杆原理施加竖向荷载；螺纹杆连接在杠杆上，可上下移动，螺纹杆另一端端头与传力杆接触；传力杆上端与螺纹杆相连，下端与环形混凝土盒接触；衔接装置限制传力杆只可上下移动。
6.根据权利要求5的变温条件下能量桩桩-土界面法向接触应力试验设备，其特征在于，螺纹杆一端带有螺纹，通过螺帽连接在杠杆上，可上下移动，另一端端头为半圆形，与传力杆接触；传力杆上端为内凹形，与螺纹杆相连，下端与钢盒接触，用于传递竖向荷载；衔接装置通过两端螺栓固定在底座上，中间有圆孔，圆孔限制传力杆只可上下移动，过滤螺纹杆传递的横向荷载，用于传递竖向荷载。
7.根据权利要求1的变温条件下能量桩桩-土界面法向接触应力试验设备，其特征在于， 数据采集系统还包括传力杆轴力传感器，通过传力杆轴力传感器，测量竖向加载压力。
8.一种采用权利要求1至7任一项的试验设备进行变温条件下能量桩桩-土界面法向接触应力试验的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）利用竖向压力加载系统向桩-土界面施加竖向压力，使桩-土界面的法向应力达到一定值；
根据设计的实验条件启用注水排水系统，对土样进行饱和；
通过水循环控温系统控制桩土界面及土样的温度；
4）利用数据采集系统采集相关数据 ，根据桩-土界面中的第一温度传感器及导水管出入口温度值判断土样温度是否达到平衡状态。
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Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107621410A (zh) * | 2017-08-14 | 2018-01-23 | 浙江大学宁波理工学院 | 一种考虑温度作用的桩土界面试验模型装置 |
| CN107727517A (zh) * | 2017-11-20 | 2018-02-23 | 大连理工大学 | 一种能量桩桩‑土界面剪切实验装置及实验方法 |
| CN107796755A (zh) * | 2017-08-14 | 2018-03-13 | 浙江大学宁波理工学院 | 一种可变温桩土作用大型直剪仪 |
| CN108318324A (zh) * | 2018-01-27 | 2018-07-24 | 大连理工大学 | 一种相变混凝土能量桩模型实验装置及其实验方法 |
| CN109556658A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-04-02 | 青岛理工大学 | 一种能源桩群桩效应试验装置 |
| CN110632119A (zh) * | 2019-10-11 | 2019-12-31 | 南京林业大学 | 一种用于模拟土体升温影响下土体与金属界面间黏附力测定的试验装置及试验方法 |
| CN112325944A (zh) * | 2020-11-10 | 2021-02-05 | 李卫东 | 一种基于bim的工程桩体施工监测装置及其监测方法 |
| CN112504870A (zh) * | 2020-11-17 | 2021-03-16 | 大连理工大学 | 一种直接测量不同温度下界面剪切强度的测试系统及方法 |
| CN112649127A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-04-13 | 红河州元蔓高速公路投资建设开发有限公司 | 一种测试新拌混凝土接触应力的装置及方法 |
| CN115876579A (zh) * | 2022-08-25 | 2023-03-31 | 中国科学院西北生态环境资源研究院 | 一种桩-冻土剪切试样的蠕变试验方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1566924A (zh) * | 2003-06-25 | 2005-01-19 | 胜利石油管理局钻井工艺研究院 | 桩土作用室内试验装置 |
| CN101592588A (zh) * | 2009-06-23 | 2009-12-02 | 中国海洋石油总公司 | 一种隔水导管桩土相互作用机理试验装置 |
| CN102628767A (zh) * | 2012-03-23 | 2012-08-08 | 河海大学 | 一种桩土接触面力学特性测试装置和测试方法 |
| CN103822875A (zh) * | 2014-03-05 | 2014-05-28 | 河海大学 | 一种能量桩桩-土接触面摩擦力测试装置及测试方法 |
| CN104062229A (zh) * | 2014-06-30 | 2014-09-24 | 杨涅 | 一种桩周土侧摩擦力检测装置和桩周土侧摩擦力检测方法 |
| CN104165797A (zh) * | 2014-08-29 | 2014-11-26 | 上海交通大学 | 渗流条件下桩土接触面三轴模型试验设备 |
| CN104913977A (zh) * | 2015-06-18 | 2015-09-16 | 兰州交通大学 | 一种室内冻土模型桩静力加载实验装置及方法 |
| CN105910920A (zh) * | 2016-06-22 | 2016-08-31 | 青岛理工大学 | 温控桩-土界面直剪试验装置 |
| CN106404567A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-02-15 | 上海交通大学 | 波浪荷载下桩土模拟装置及方法 |
-
2017
- 2017-03-05 CN CN201710125868.8A patent/CN106706442A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1566924A (zh) * | 2003-06-25 | 2005-01-19 | 胜利石油管理局钻井工艺研究院 | 桩土作用室内试验装置 |
| CN101592588A (zh) * | 2009-06-23 | 2009-12-02 | 中国海洋石油总公司 | 一种隔水导管桩土相互作用机理试验装置 |
| CN102628767A (zh) * | 2012-03-23 | 2012-08-08 | 河海大学 | 一种桩土接触面力学特性测试装置和测试方法 |
| CN103822875A (zh) * | 2014-03-05 | 2014-05-28 | 河海大学 | 一种能量桩桩-土接触面摩擦力测试装置及测试方法 |
| CN104062229A (zh) * | 2014-06-30 | 2014-09-24 | 杨涅 | 一种桩周土侧摩擦力检测装置和桩周土侧摩擦力检测方法 |
| CN104165797A (zh) * | 2014-08-29 | 2014-11-26 | 上海交通大学 | 渗流条件下桩土接触面三轴模型试验设备 |
| CN104913977A (zh) * | 2015-06-18 | 2015-09-16 | 兰州交通大学 | 一种室内冻土模型桩静力加载实验装置及方法 |
| CN105910920A (zh) * | 2016-06-22 | 2016-08-31 | 青岛理工大学 | 温控桩-土界面直剪试验装置 |
| CN106404567A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-02-15 | 上海交通大学 | 波浪荷载下桩土模拟装置及方法 |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107796755A (zh) * | 2017-08-14 | 2018-03-13 | 浙江大学宁波理工学院 | 一种可变温桩土作用大型直剪仪 |
| CN107621410A (zh) * | 2017-08-14 | 2018-01-23 | 浙江大学宁波理工学院 | 一种考虑温度作用的桩土界面试验模型装置 |
| CN107727517B (zh) * | 2017-11-20 | 2023-12-29 | 大连理工大学 | 一种能量桩桩-土界面剪切实验装置及实验方法 |
| CN107727517A (zh) * | 2017-11-20 | 2018-02-23 | 大连理工大学 | 一种能量桩桩‑土界面剪切实验装置及实验方法 |
| CN108318324A (zh) * | 2018-01-27 | 2018-07-24 | 大连理工大学 | 一种相变混凝土能量桩模型实验装置及其实验方法 |
| CN109556658A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-04-02 | 青岛理工大学 | 一种能源桩群桩效应试验装置 |
| CN109556658B (zh) * | 2018-12-19 | 2024-05-10 | 青岛理工大学 | 一种能源桩群桩效应试验装置 |
| CN110632119A (zh) * | 2019-10-11 | 2019-12-31 | 南京林业大学 | 一种用于模拟土体升温影响下土体与金属界面间黏附力测定的试验装置及试验方法 |
| CN110632119B (zh) * | 2019-10-11 | 2024-06-07 | 南京林业大学 | 一种用于模拟土体升温影响下土体与金属界面间黏附力测定的试验装置及试验方法 |
| CN112325944A (zh) * | 2020-11-10 | 2021-02-05 | 李卫东 | 一种基于bim的工程桩体施工监测装置及其监测方法 |
| CN112504870A (zh) * | 2020-11-17 | 2021-03-16 | 大连理工大学 | 一种直接测量不同温度下界面剪切强度的测试系统及方法 |
| CN112649127A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-04-13 | 红河州元蔓高速公路投资建设开发有限公司 | 一种测试新拌混凝土接触应力的装置及方法 |
| CN115876579A (zh) * | 2022-08-25 | 2023-03-31 | 中国科学院西北生态环境资源研究院 | 一种桩-冻土剪切试样的蠕变试验方法 |
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