CN108589806A - 循环荷载作用下软土地基中桩基双向振动模型试验装置 - Google Patents
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- E02D33/00—Testing foundations or foundation structures
Abstract
一种循环荷载作用下软土地基中桩基双向振动模型试验装置。其特征在于：包括模型槽、模型桩基、安装框架、交通移动载荷模拟动作器、水平向伺服动作器、渗流模拟系统。其优点在于交通移动载荷模拟动作器模拟高速交通车辆的循环移动载荷作用，水平向伺服动作器用于模拟海浪和风力的侧向循环载荷作用，渗流模拟系统用于控制水位及渗流效果，模拟淤泥软土地基以及海洋软土地基中的桩基试验，三者既相互独立，又相互协作，桩基振动试验效果明显，不仅可以实现单独作业时的单向动态加载试验，又可实现桩基双向振动试验，而且施加的载荷可以是循环载荷，另外还可以模拟淤泥软土地基以及海洋软土地基中的桩基试验，实用性强，应用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程领域,具体涉及一种循环荷载作用下软土地基中桩基双向振动模型试验装置。
背景技术
随着我国经济的快速发展，交通基础设施、海上建（构）筑物等陆续大规模兴建，如高速公路和铁路、海上输电塔和沿海风力发电机等。在我国东南沿海地区，广泛分布着软粘土，这些软粘土具有含水量高、孔隙比大、压缩性高、渗透性差和强度低等特点，力学性质十分复杂。修建于沿海深厚软粘土路基和地基上的高速公路和铁路、输电塔和风力发电机等，多采用桩基础。这些交通基础设施、海上建（构）筑物的桩基础除了要承担上部结构的自重之外，还要长期承受交通车辆、海浪和风力等循环荷载作用。
这种循环荷载是一种比较特殊的振动荷载，既不同于静止荷载，也不同于瞬时的地震荷载，而是长时间往复施加的循环荷载。在实际工程设计中，对于高速公路和铁路、输电塔和风力发电机等这些对差异沉降比较敏感的基础设施，要考虑长期循环荷载对桩基础承载性能和累积变形的影响作用。相对于欧、美等发达国家，我国在高速公路和铁路、输电塔和风力发电机等设施的桩基础循环特性方面研究工作起步较晚，尤其是在具有明显本土化特征的软粘土中桩基研究方面，相关的理论分析、数值模拟计算和试验验证落后于工程实践。所以，研究循环荷载作用下桩基础的承载性能和变形规律，对我国科技兴海的发展战略具有十分重要的意义。
在长期循环荷载作用下，软粘土抗剪强度会弱化，不仅会改变桩基的承载性能，还会改变其变形的发展速率。开展循环荷载作用下软土中桩基承载特性试验研究，可还原桩基和周边土体更真实的受力状态，将有助于深入了解软土中桩基在实际受力条件下的服役性能。
在此基础上建立桩基长期循环受力和变形模型，可以更加准确地计算软土中桩基在长期循环荷载作用下的承载性能和变形情况。
发明内容
为了克服背景技术的不足，本发明提供一种循环荷载作用下软土地基中桩基双向振动模型试验装置。
本发明所采用的技术方案：一种循环荷载作用下软土地基中桩基双向振动模型试验装置，包括：模型槽；模型桩基，设置在模型槽内；安装框架，设置在模型槽外；交通移动载荷模拟动作器，安装在安装框架上，并垂直对准模型桩基；水平向伺服动作器，安装在安装框架上，并伸入模型槽内水平对准模型桩基；渗流模拟系统，包括带渗流孔的管网，所述管网铺设在模型槽底部，所述管网通过管道外接水箱，且管道上设有控制阀。
所述模型槽的其中一侧面设有供人通过的通槽，所述通槽外设有可开启的密封门。
所述模型槽侧面设有若干观察窗。
所述模型槽内壁表面涂有一层防锈漆。
所述交通移动载荷模拟动作器设有3-5组。
所述交通移动载荷模拟动作器包括移动伺服动作器、垂向伺服动作器、动作块；所述移动伺服动作器安装在安装框架上，所述垂向伺服动作器安装在移动伺服动作器上，所述动作块安装在垂向伺服动作器上。
所述交通移动载荷模拟动作器与水平向伺服动作器均设有负荷传感器与伸缩位移传感器。
所述管网上设有不锈钢护架。
所述管网表面铺有土工布。
本发明的有益效果是：采用以上方案，交通移动载荷模拟动作器模拟高速交通车辆的循环移动载荷作用，水平向伺服动作器用于模拟海浪和风力的侧向循环载荷作用，渗流模拟系统用于控制水位及渗流效果，模拟淤泥软土地基以及海洋软土地基中的桩基试验，三者既相互独立，又相互协作，桩基振动试验效果明显，不仅可以实现单独作业时的单向动态加载试验，又可实现桩基双向振动试验，而且施加的载荷可以是循环载荷，另外还可以模拟淤泥软土地基以及海洋软土地基中的桩基试验，实用性强，应用范围广。
附图说明
图1为本发明实施例试验装置的结构示意图。
图2为本发明实施例试验装置另一视角的结构示意图。
图3为本发明实施例试验装置的剖视图。
图中1-模型槽，11-密封门，12-观察窗，2-模型桩基，3-安装框架，4-交通移动载荷模拟动作器，41-移动伺服动作器，42-向伺服动作器，43-动作块，5-水平向伺服动作器，6-渗流模拟系统，61-管网，62-水箱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例作进一步说明：
一种循环荷载作用下软土地基中桩基双向振动模型试验装置，包括模型槽1、模型桩基2、安装框架3、交通移动载荷模拟动作器4、水平向伺服动作器5、渗流模拟系统6。
所述模型槽1内用于装填试验用软土。
所述模型桩基2设置在模型槽1内，并埋置在软土内，用于承受各种载荷作用。
所述安装框架3通常由若干立柱以及承载梁连接组成，立柱设置于模型槽1外侧周围，承载梁连接立柱，用于安装交通移动载荷模拟动作器4与水平向伺服动作器5，因此需保证其具有较好的动态承载能力，且刚度不低于跨距的0.1%。
所述交通移动载荷模拟动作器4包括移动伺服动作器41、垂向伺服动作器42、动作块43；所述移动伺服动作器41安装在安装框架3上，所述垂向伺服动作器42安装在移动伺服动作器41上，所述动作块433安装在垂向伺服动作器42上，并垂直对准模型桩基2，移动伺服动作器41实现整体水平动作，垂向伺服动作器42带动动作块43上下垂直动作，从而模拟出模型桩基2上高速交通上车辆的移动循环载荷作用。
所述水平向伺服动作器5侧向伸入模型槽1内，并对准模型桩基2，从而模拟出模型桩基2上海浪和风力的侧向循环载荷作用。
所述渗流模拟系统6包括带渗流孔的管网61，所述管网61铺设在模型槽1底部，所述管网61通过管道外接水箱62，且管道上设有控制阀与水泵，能够实现渗流以及水位控制，从而能够模拟出饱和淤泥质软土地基中桩基在加载时周边凸的渗流情况以及海洋软土地基。
通过上述试验装置，交通移动载荷模拟动作器4、水平向伺服动作器5、渗流模拟系统6既相互独立，又相互协同，桩基振动试验效果明显，不仅可以实现单独作业时的单向动态加载试验，又可实现桩基双向振动试验，而且施加的载荷可以是循环载荷，另外还可以模拟淤泥软土地基以及海洋软土地基中的桩基试验，实用性强，应用范围广。
其中，所述模型槽1的其中一侧面设有供人通过的通槽，所述通槽外设有可开启的密封门11，模型槽1通常体积庞大，高度在5米以上，因此在其侧边设置密封门11，便于软土装填或清空，在试验准备阶段，节省人力与物力。
所述模型槽1侧面设有若干观察窗12，观察窗12通常呈竖向长形结构，通过观察窗12方便在试验时进行观察记录。
所述模型槽1内壁表面涂有一层防锈漆，当模拟海洋软土地基时，防锈漆的耐腐蚀性能够保护模型槽不受腐蚀损坏，提高使用寿命。
所述交通移动载荷模拟动作器3通常设有3-5组，多组交通移动载荷模拟动作器3同时动作，能够更好地模拟交通移动载荷。
所述交通移动载荷模拟动作器3与水平向伺服动作器5均通过中控系统实现远程控制，并设置负荷传感器与伸缩位移传感器，实施反馈，更好地进行操作控制。
所述管网61上设有不锈钢护架，对管网61起到一定的防护效果，而且所述管网61表面铺有土工布，有效防止堵塞。
实施例不应视为对发明的限制，但任何基于本发明的精神所作的改进，都应在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种循环荷载作用下软土地基中桩基双向振动模型试验装置，其特征在于，包括：
模型槽（1）；
模型桩基（2），设置在模型槽（1）内；
安装框架（3），设置在模型槽（1）外；
交通移动载荷模拟动作器（4），安装在安装框架（3）上，并垂直对准模型桩基（2）；
水平向伺服动作器（5），安装在安装框架（3）上，并伸入模型槽（1）内水平对准模型桩基（2）；
渗流模拟系统（6），包括带渗流孔的管网（61），所述管网（61）铺设在模型槽（1）底部，所述管网（61）通过管道外接水箱（62），且管道上设有控制阀。
2.根据权利要求1所述的循环荷载作用下软土地基中桩基双向振动模型试验装置，其特征在于：所述模型槽（1）的其中一侧面设有供人通过的通槽，所述通槽外设有可开启的密封门（11）。
3.根据权利要求1所述的循环荷载作用下软土地基中桩基双向振动模型试验装置，其特征在于：所述模型槽（1）侧面设有若干观察窗（12）。
4.根据权利要求1所述的循环荷载作用下软土地基中桩基双向振动模型试验装置，其特征在于：所述模型槽（1）内壁表面涂有一层防锈漆。
5.根据权利要求1所述的循环荷载作用下软土地基中桩基双向振动模型试验装置，其特征在于：所述交通移动载荷模拟动作器（4）设有3-5组。
6.根据权利要求1所述的循环荷载作用下软土地基中桩基双向振动模型试验装置，其特征在于：所述交通移动载荷模拟动作器（4）包括移动伺服动作器（41）、垂向伺服动作器（42）、动作块（43）；所述移动伺服动作器（41）安装在安装框架（3）上，所述垂向伺服动作器（42）安装在移动伺服动作器（41）上，所述动作块（43）安装在垂向伺服动作器（42）上。
7.根据权利要求1所述的循环荷载作用下软土地基中桩基双向振动模型试验装置，其特征在于：所述交通移动载荷模拟动作器（4）与水平向伺服动作器（5）均设有负荷传感器与伸缩位移传感器。
8.根据权利要求1所述的循环荷载作用下软土地基中桩基双向振动模型试验装置，其特征在于：所述管网（61）上设有不锈钢护架。
9.根据权利要求1所述的循环荷载作用下软土地基中桩基双向振动模型试验装置，其特征在于：所述管网（61）表面铺有土工布。
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