CN110258667B - 一种湿陷性黄土地区长短桩基础模型的试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种湿陷性黄土地区长短桩基础模型的试验装置，包括实验箱体、底板、振动模块和配重检测模块；本发明在结构上设计合理，实用性很高，工作时，配重检测模块吸附或者放置砝码，测试长短桩在黄土层中的受力情况，通过湿度探测器和控制水泵将储水箱中的水通过出水管均匀渗出，模拟湿润环境下长短桩的受力情况，通过温度探测器和加热管，检测在不同温度下时长短桩的受力情况，第一电机带动偏心轮旋转，带动实验箱体上下震荡，测试在地震或者周边环境存在共振时的长短桩的受力情况，以反映出不同工况对应的承载特性和变形特性，摄像机和位移传感器可进行长时间记录，本装置实验环境模拟更逼真，实验结果更加可靠。
Description
技术领域
本发明涉及黄土地区长短桩模型试验装置，具体是一种湿陷性黄土地区长短桩基础模型的试验装置。
背景技术
湿陷性黄土是指在上覆土层自重应力作用下，或者在自重应力和附加应力共同作用下，因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形的土，属于特殊土。有些杂填土也具有湿陷性。广泛分布于我国东北、西北、华中和华东部分地区的黄土多具湿陷性；(这里所说的黄土泛指黄土和黄土状土；湿陷性黄土又分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土，也有的老黄土不具湿陷性)。湿陷性黄土在天然状态下保持低湿和高孔隙率是其产生湿陷的充分条件。我国湿陷性黄土分布地区大部分年平均降雨量约在250～500mm，而蒸发量却远远超过降雨量，因而湿陷性黄土的天然湿度一般在塑限含水量左右，或更低一些。在湿陷性黄土地基上进行工程建设时，必须考虑因地基湿陷引起附加沉降对工程可能造成的危害，选择适宜的地基处理方法，避免或消除地基的湿陷或因少量湿陷所造成的危害。
目前，现有的黄土地区长短桩模型试验装置多集中于研究基础的竖向荷载作用情况下的长短桩受力变形特性，对于水平和振动受荷群桩的研究较少，对实际环境的模拟度较低，对黄土湿度和温度等条件下对长短桩受力变形特性了解不够，在在实际建设中会存在一定的安全隐患，且现有的黄土地区长短桩模型试验装置操作繁琐，手动取放压载物时容易碰撞导致测量误差增大。因此，本领域技术人员提供了一种湿陷性黄土地区长短桩基础模型的试验装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种湿陷性黄土地区长短桩基础模型的试验装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种湿陷性黄土地区长短桩基础模型的试验装置，包括实验箱体、底板、振动模块和配重检测模块，所述实验箱体下端左侧和右侧边缘对称设置有若干第一圆孔槽，所述底板上端左侧和右侧对称设置有若干导向滑竿，所述底板通过导向滑竿滑动连接第一圆孔槽，所述底板上端中部设置有振动模块，所述实验箱体内部设置有出水管，所述实验箱体左端上侧设置有储水箱，所述储水箱下端通过水管连接有水泵，所述水泵下部通过送水管贯穿实验箱体连接出水管，所述实验箱体上端通过立柱连接有横臂，所述横臂下端设置有挂杆，所述挂杆上滑动连接有配重检测模块，所述横臂内部设置有丝杠，所述横臂右端设置有第二电机，所述第二电机通过联轴器连接丝杠，所述横臂下端设置有矩形通槽，所述丝杠通过滚珠滑套贯穿矩形通槽连接配重检测模块。
作为本发明进一步的方案：包括实验箱体、底板、振动模块和配重检测模块，所述实验箱体下端左侧和右侧边缘对称设置有若干第一圆孔槽，所述底板上端左侧和右侧对称设置有若干导向滑竿，所述底板通过导向滑竿滑动连接第一圆孔槽，所述底板上端中部设置有振动模块，所述实验箱体内部设置有出水管，所述实验箱体左端上侧设置有储水箱，所述储水箱下端通过水管连接有水泵，所述水泵下部通过送水管贯穿实验箱体连接出水管，所述实验箱体上端通过立柱连接有横臂，所述横臂下端设置有挂杆，所述挂杆上滑动连接有配重检测模块，所述横臂内部设置有丝杠，所述横臂右端设置有第二电机，所述第二电机通过联轴器连接丝杠，所述横臂下端设置有矩形通槽，所述丝杠通过滚珠滑套贯穿矩形通槽连接配重检测模块。
作为本发明再进一步的方案：所述振动模块包括轴承座、偏心轮、耐磨块、第一次锥齿轮、第一电机和第二锥齿轮，所述耐磨块设置于实验箱体下端中部，所述轴承座通过转轴连接有偏心轮，所述转轴左端设置有第一次锥齿轮，所述第一电机内嵌设置于底板上端中部，所述第一电机通过电机轴连接有第二锥齿轮，所述第二锥齿轮啮合连接第一次锥齿轮。
作为本发明再进一步的方案：所述底板上端中部且位于偏心轮正下方处设置有凹槽，所述偏心轮和耐磨块的材料均为锰钢合金。
作为本发明再进一步的方案：所述实验箱体内部左侧设置有温度探测器，所述温度探测器的型号为TP21TP100，所述实验箱体内部底端中心设置有湿度探测器，所述湿度探测器的型号为JCJ109。
作为本发明再进一步的方案：所述实验箱体内部底端设置有若干加热管，所述加热管的个数至少为四个。
作为本发明再进一步的方案：所述实验箱体内部底端设置有若干细杆，所述细杆在实验箱体上呈矩阵式排列，所述细杆上部均滑动连接有长短桩，所述长短桩下端均设置有第二圆孔槽，所述第二圆孔槽内部均设置有弹簧，所述弹簧下端均连接细杆。
作为本发明再进一步的方案：所述出水管侧端设置有若干渗水孔，渗水更均匀，所述储水箱侧端设置有透视窗和刻度尺。
作为本发明再进一步的方案：所述配重检测模块包括安装板、滑套、伸缩杆、电磁铁、摄像机和位移传感器，所述安装板下端中部设置有伸缩杆，所述伸缩杆下端设置有电磁铁，所述安装板下端左侧设置有摄像机，所述安装板下端右侧设置有位移传感器，所述安装板上端通过滑套滑动连接挂杆。
作为本发明再进一步的方案：所述实验箱体左端上侧设置有控制器，所述控制器的型号为ARM Cortex-A11，所述控制器电性连接温度探测器、湿度探测器、加热管、水泵、第二电机、第一电机、伸缩杆、电磁铁、摄像机和位移传感器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明在结构上设计合理，实用性很高，工作时，配重检测模块吸附或者放置砝码，测试长短桩在黄土层中的受力情况；
2、通过湿度探测器和控制水泵将储水箱中的水通过出水管均匀渗出，模拟湿润环境下长短桩的受力情况；
3、通过温度探测器和加热管，检测在不同温度下时长短桩的受力情况，第一电机带动偏心轮旋转，带动实验箱体上下震荡，测试在地震或者周边环境存在共振时的长短桩的受力情况，以反映出不同工况对应的承载特性和变形特性；
4、摄像机和位移传感器可进行长时间记录，本装置实验环境模拟更逼真，实验结果更加可靠。
附图说明
图1为一种湿陷性黄土地区长短桩基础模型的试验装置的结构示意图。
图2为一种湿陷性黄土地区长短桩基础模型的试验装置中振动模块的结构示意图。
图3为一种湿陷性黄土地区长短桩基础模型的试验装置中配重检测模块的结构示意图。
图4为一种湿陷性黄土地区长短桩基础模型的试验装置中出水管的结构示意图。
图中：实验箱体1、第一圆孔槽2、底板3、导向滑竿4、渗水孔5、振动模块6、温度探测器7、湿度探测器8、加热管9、细杆10、长短桩11、第二圆孔槽12、弹簧13、顶板14、出水管15、储水箱16、水泵17、送水管18、控制器19、立柱20、横臂21、挂杆22、配重检测模块23、第二电机24、轴承座601、偏心轮602、耐磨块603、第一次锥齿轮604、第一电机605、第二锥齿轮606、安装板2301、滑套2302、伸缩杆2303、电磁铁2304、摄像机2305、位移传感器2306。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～4，本发明实施例中，一种湿陷性黄土地区长短桩基础模型的试验装置，包括实验箱体1、底板3、振动模块6和配重检测模块23，所述实验箱体1下端左侧和右侧边缘对称设置有若干第一圆孔槽2，所述底板3上端左侧和右侧对称设置有若干导向滑竿4，所述底板3通过导向滑竿4滑动连接第一圆孔槽2，所述底板3上端中部设置有振动模块6，所述实验箱体1内部设置有出水管15，所述实验箱体1左端上侧设置有储水箱16，所述储水箱16下端通过水管连接有水泵17，所述水泵17下部通过送水管18贯穿实验箱体1连接出水管15，所述实验箱体1上端通过立柱20连接有横臂21，所述横臂21下端设置有挂杆22，所述挂杆22上滑动连接有配重检测模块23，所述横臂21内部设置有丝杠，所述横臂21右端设置有第二电机24，所述第二电机24通过联轴器连接丝杠，所述横臂下端设置有矩形通槽，所述丝杠通过滚珠滑套贯穿矩形通槽连接配重检测模块23。
所述振动模块6包括轴承座601、偏心轮602、耐磨块603、第一次锥齿轮604、第一电机605和第二锥齿轮606，所述耐磨块603设置于实验箱体1下端中部，所述轴承座601通过转轴连接有偏心轮602，所述转轴左端设置有第一次锥齿轮604，所述第一电机605内嵌设置于底板3上端中部，所述第一电机605通过电机轴连接有第二锥齿轮606，所述第二锥齿轮606啮合连接第一次锥齿轮604。
所述底板3上端中部且位于偏心轮602正下方处设置有凹槽，所述偏心轮602和耐磨块603的材料均为锰钢合金。
所述实验箱体1内部左侧设置有温度探测器7，所述温度探测器7的型号为TP21TP100，所述实验箱体1内部底端中心设置有湿度探测器8，所述湿度探测器8的型号为JCJ109。
所述实验箱体1内部底端设置有若干加热管9，所述加热管9的个数至少为四个。
所述实验箱体1内部底端设置有若干细杆10，所述细杆10在实验箱体1上呈矩阵式排列，所述细杆10上部均滑动连接有长短桩11，所述长短桩11下端均设置有第二圆孔槽12，所述第二圆孔槽12内部均设置有弹簧13，所述弹簧13下端均连接细杆10。
所述出水管15侧端设置有若干渗水孔5，渗水更均匀，所述储水箱16侧端设置有透视窗和刻度尺，方便定量注水。
所述配重检测模块23包括安装板2301、滑套2302、伸缩杆2303、电磁铁2304、摄像机2305和位移传感器2306，所述安装板2301下端中部设置有伸缩杆2303，所述伸缩杆2303下端设置有电磁铁2304，所述安装板2301下端左侧设置有摄像机2305，所述安装板2301下端右侧设置有位移传感器2306，所述安装板2301上端通过滑套2302滑动连接挂杆22。
所述实验箱体1左端上侧设置有控制器19，所述控制器19的型号为ARM Cortex-A11，所述控制器19电性连接温度探测器7、湿度探测器8、加热管9、水泵17、第二电机24、第一电机605、伸缩杆2303、电磁铁2304、摄像机2305和位移传感器2306。
本发明的工作原理是：
本发明涉及一种湿陷性黄土地区长短桩基础模型的试验装置，工作时，将实验箱体1内部填充湿陷性黄土，而后通过控制器19操作第二电机24带动配重检测模块23移动至指定位置，而后伸缩杆2303带动电磁铁2304下移，并通过电磁铁2304吸附或者放置砝码，砝码通过顶板14测试长短桩11在黄土层中的受力情况，受力不均时，长短桩11沿着细杆10下移压缩弹簧13，以反映出不同工况对应的承载特性和变形特性，控制器19根据湿度探测器8精度控制水泵17，将储水箱16中的水通过出水管15和渗水孔5均匀渗出，以模拟黄土湿润时的长短桩11的受力情况，控制器19根据温度探测器7可精准控制加热管9加热，以检测黄土在不同温度下长短桩11的受力情况，同时第一电机605通过第二锥齿轮606带动第一次锥齿轮604和偏心轮602旋转，从而带动实验箱体1沿着导向滑竿4上下震荡，由此测试在地震或者周边环境存在共振时的长短桩11的受力情况，由此使得本装置实验条件更全面更接近实际，实验结果更加可靠，同时在摄像机2305和位移传感器2306的作用下可记录长时间长短桩11的位移变形过程，并通过控制器19外部接口拷贝，方便后期进行检测，本装置体积小巧，功能丰富，环境模拟更逼真，检测精度较高，易于推广。
本发明在结构上设计合理，实用性很高，工作时，配重检测模块吸附或者放置砝码，测试长短桩在黄土层中的受力情况，通过湿度探测器和控制水泵将储水箱中的水通过出水管均匀渗出，模拟湿润环境下长短桩的受力情况，通过温度探测器和加热管，检测在不同温度下时长短桩的受力情况，第一电机带动偏心轮旋转，带动实验箱体上下震荡，测试在地震或者周边环境存在共振时的长短桩的受力情况，以反映出不同工况对应的承载特性和变形特性，摄像机和位移传感器可进行长时间记录，本装置实验环境模拟更逼真，实验结果更加可靠。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (9)
1.一种湿陷性黄土地区长短桩基础模型的试验装置，包括实验箱体(1)、底板(3)、振动模块(6)和配重检测模块(23)，其特征在于，所述实验箱体(1)下端左侧和右侧边缘对称设置有若干第一圆孔槽(2)，所述底板(3)上端左侧和右侧对称设置有若干导向滑竿(4)，所述底板(3)通过导向滑竿(4)滑动连接第一圆孔槽(2)，所述底板(3)上端中部设置有振动模块(6)，所述实验箱体(1)内部设置有出水管(15)，所述实验箱体(1)左端上侧设置有储水箱(16)，所述储水箱(16)下端通过水管连接有水泵(17)，所述水泵(17)下部通过送水管(18)贯穿实验箱体(1)连接出水管(15)，所述实验箱体(1)上端通过立柱(20)连接有横臂(21)，所述横臂(21)下端设置有挂杆(22)，所述挂杆(22)上滑动连接有配重检测模块(23)，所述横臂(21)内部设置有丝杠，所述横臂(21)右端设置有第二电机(24)，所述第二电机(24)通过联轴器连接丝杠，所述横臂下端设置有矩形通槽，所述丝杠通过滚珠滑套贯穿矩形通槽连接配重检测模块(23)。
2.根据权利要求1所述的一种湿陷性黄土地区长短桩基础模型的试验装置，其特征在于，所述振动模块(6)包括轴承座(601)、偏心轮(602)、耐磨块(603)、第一次锥齿轮(604)、第一电机(605)和第二锥齿轮(606)，所述耐磨块(603)设置于实验箱体(1)下端中部，所述轴承座(601)通过转轴连接有偏心轮(602)，所述转轴左端设置有第一次锥齿轮(604)，所述第一电机(605)内嵌设置于底板(3)上端中部，所述第一电机(605)通过电机轴连接有第二锥齿轮(606)，所述第二锥齿轮(606)啮合连接第一次锥齿轮(604)。
3.根据权利要求2所述的一种湿陷性黄土地区长短桩基础模型的试验装置，其特征在于，所述底板(3)上端中部且位于偏心轮(602)正下方处设置有凹槽，所述偏心轮(602)和耐磨块(603)的材料均为锰钢合金。
4.根据权利要求2所述的一种湿陷性黄土地区长短桩基础模型的试验装置，其特征在于，所述实验箱体(1)内部左侧设置有温度探测器(7)，所述温度探测器(7)的型号为TP21TP100，所述实验箱体(1)内部底端中心设置有湿度探测器(8)，所述湿度探测器(8)的型号为JCJ109。
5.根据权利要求4所述的一种湿陷性黄土地区长短桩基础模型的试验装置，其特征在于，所述实验箱体(1)内部底端设置有若干加热管(9)，所述加热管(9)的个数至少为四个。
6.根据权利要求1所述的一种湿陷性黄土地区长短桩基础模型的试验装置，其特征在于，所述实验箱体(1)内部底端设置有若干细杆(10)，所述细杆(10)在实验箱体(1)上呈矩阵式排列，所述细杆(10)上部均滑动连接有长短桩(11)，所述长短桩(11)下端均设置有第二圆孔槽(12)，所述第二圆孔槽(12)内部均设置有弹簧(13)，所述弹簧(13)下端均连接细杆(10)。
7.根据权利要求1所述的一种湿陷性黄土地区长短桩基础模型的试验装置，其特征在于，所述出水管(15)侧端设置有若干渗水孔(5)，渗水更均匀，所述储水箱(16)侧端设置有透视窗和刻度尺。
8.根据权利要求5所述的一种湿陷性黄土地区长短桩基础模型的试验装置，其特征在于，所述配重检测模块(23)包括安装板(2301)、滑套(2302)、伸缩杆(2303)、电磁铁(2304)、摄像机(2305)和位移传感器(2306)，所述安装板(2301)下端中部设置有伸缩杆(2303)，所述伸缩杆(2303)下端设置有电磁铁(2304)，所述安装板(2301)下端左侧设置有摄像机(2305)，所述安装板(2301)下端右侧设置有位移传感器(2306)，所述安装板(2301)上端通过滑套(2302)滑动连接挂杆(22)。
9.根据权利要求8所述的一种湿陷性黄土地区长短桩基础模型的试验装置，其特征在于，所述实验箱体(1)左端上侧设置有控制器(19)，所述控制器(19)的型号为ARM Cortex-A11，所述控制器(19)电性连接温度探测器(7)、湿度探测器(8)、加热管(9)、水泵(17)、第二电机(24)、第一电机(605)、伸缩杆(2303)、电磁铁(2304)、摄像机(2305)和位移传感器(2306)。
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