CN110670640A - 一种珊瑚礁砂地基动静荷载下的承载力试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种珊瑚礁砂地基动静荷载下的承载力试验系统，试验箱上方设置有静力加载机构和动力加载机构，可以同时或者分别模拟静载荷、动载荷情况下的珊瑚礁砂地基的承载能力，有效确定多种不同情况下珊瑚礁砂地基承载特性；且静力加载装置包括了支座和一端铰接在支座上的静力加载杆，通过杠杆原理对试验箱内的珊瑚礁砂进行加载，对静荷载的调节把控简单可靠，试验操作更加便捷，此发明用地基试验技术领域。

Description

一种珊瑚礁砂地基动静荷载下的承载力试验系统

技术领域

本发明涉及珊瑚礁砂地基试验技术领域，特别是涉及一种珊瑚礁砂地基动静荷载下的承载力试验系统。

背景技术

随着公共交通基础设施大规模的开发建设，土地资源紧缺问题已经成为世界范围内共同关注的一个重要工程问题。在我国，尤其是沿海地区，土地资源紧缺已经严重影响和阻碍到城市化进程的发展。另外一方面，随着海洋石油天然气资源、渔业资源的开发和国防建设的需要，在我国南海岛礁地区的工程规模愈来愈大，类型也愈来愈多，且由于珊瑚礁砂的高空隙率沉积物和可压碎颗粒引起的可压缩性，以及其颗粒群堆积的大孔隙特征，使得压缩变形成为影响珊瑚礁砂地基承载力的因素之一。

在这种大环境下，源源不断的填海造地工程和海岸带开发建设项目在我国各大沿海城市开始蓬勃发展，然而大量工程实践却发现，这些沿海城市的填海造陆区域地基土在土体本身的工程特性上既不同于天然沉积而成的地基土体，又与人工换填形成的地基土存在较大差异。

发明内容

本发明的目的在于提供一种确定珊瑚礁砂地基在不同动静荷载下的承载力特性的承载力试验系统。

本发明所采取的技术方案是：

一种珊瑚礁砂地基在动静荷载下的承载力试验系统，包括顶部开口的试验箱、置于所述试验箱旁侧的PIV测试装置，所述试验箱内装填有珊瑚礁砂，所述珊瑚礁砂在相应的深度内埋置若干土压力盒，所述试验箱的上方设有动静组合加载装置，所述动静组合加载装置分为静力加载机构和动力加载机构，所述静力加载机构包括支座、一端铰接在所述支座上的静力加载杆，所述珊瑚礁砂的表面设置有为静力加载杆提供支点的荷载传递装置。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述荷载传递装置包括固定在一载荷板上的竖直圆管和装在竖直圆管顶部的球支座，所述球支座上装有两相对而设的侧挡板，两所述侧挡板的上方盖设有顶板，所述静力加载杆从顶板下方的两侧挡板的中间空隙穿过。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述球支座的上表面挖设一弧面型凹槽，所述弧面型凹槽内置有钢球，所述静力加载杆的底部与钢球顶部相接触，以确保静力荷载和动力荷载同时施加时力的作用点保持相同。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述载荷板上装有至少一个位移计。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述动力加载机构包括安装在一主体框架上的动力加载装置，所述动力加载装置采用伺服电机，所述主体框架包含竖向间隔分布的基座及上盖板，所述基座与上盖板之间通过四根位于角端的立柱相连，所述伺服电机的缸体和试验箱分别固定在上盖板和基座上。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述顶板上表面设有凹坑供伺服电机的加载轴的端部卡入，所述伺服电机的加载轴上安装有压力传感器。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述静力加载杆的另一端开有若干沿静力加载杆长度方向分布的加载孔。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述支座分为底座板、两固定在所述底座板上的间隔相对设置的立板，两所述立板上沿竖直方向对称开设若干穿孔，所述静力加载杆的端部通过穿过两立板上对应穿孔的螺杆与支座相连。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述支座固定于试验箱的顶部，所述试验箱的顶部外周焊接供支座安装的固定板，所述固定板与底座板之间通过至少两对螺栓连接。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述试验盒呈长方体结构，所述试验盒的正面板中部设有矩形开口，所述矩形开口处安装有钢化有机玻璃板，所述试验盒的两侧板上沿高度方向开设若干通孔，各所述通孔内分别焊接有带内螺纹的连接件，各所述连接件内装设渗压计。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述PIV测试装置旁侧设置至少一件反光板，所述PIV测试装置的镜头正对于玻璃板。

本发明的有益效果：此珊瑚礁砂地基动静荷载下承载力试验系统，试验箱上方设置有静力加载机构和动力加载机构，可以同时或者分别模拟静载荷、动载荷情况下的珊瑚礁砂地基的承载能力，有效确定多种不同情况下珊瑚礁砂地基动静荷载下的承载特性；且静力加载装置包括了支座和一端铰接在支座上的静力加载杆，利用杠杆原理通过荷载传递装置对试验箱内的珊瑚礁砂地基进行加载，对静荷载的调节把控简单可靠，试验操作更加便捷。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例整体结构示意图；

图2是本发明实施例静力加载装置的支座结构图；

图3是本发明实施例球支座的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

参照图1至图3，为本发明的一种实施例，介绍了一种珊瑚礁砂地基动静荷载下的承载力试验系统，其包括顶部开口的试验箱1、置于试验箱1旁侧的PIV 测试装置，试验箱1内装填有珊瑚礁砂，珊瑚礁相应的厚度上埋置若干土压力盒，试验箱1的上方设置动静组合加载装置，该动静组合加载装置分为静力加载机构和动力加载机构，静力加载机构均包括支座21、一端铰接在支座21上的静力加载杆22，珊瑚礁砂表面设置为静力加载杆22提供支点的荷载传递装置4，荷载传递装置4的底部安装有与珊瑚礁砂表面接触的载荷板5，载荷板5上设有至少一个位移计6，动力加载机构与荷载传递装置4的顶部相接。进一步地，静力加载杆22采用矩形钢管，在静力加载杆22的另一端开有若干沿静力加载杆 22长度方向分布的加载孔，通过将荷载挂于不同加载孔中，即可对加载的中心距进行调节，进而有效调节加载的比例。

此珊瑚礁砂地基动静荷载下的承载力试验系统，试验箱1上方设置有静力加载机构和动力加载机构，可以同时或者分别模拟静载荷、动载荷情况下的珊瑚礁砂地基的承载能力，有效确定多种不同情况下珊瑚礁砂地基承载特性；且静力加载装置包括了支座21和一端铰接在支座21上的静力加载杆22，利用杠杆原理通过荷载传递装置对试验箱1内的珊瑚礁砂地基进行加载，对静荷载的调节把控简单可靠对静荷载的调节把控简单可靠，试验操作更加便捷。

本实施例中更具体地，该试验箱1呈长方体结构，并通过五面钢板焊接而成；试验箱1的正面钢板中部设有矩形开口，矩形开口处安装玻璃板11；同时，在试验箱1的两侧钢板中部沿高度方向开设有三个通孔12，各通孔12之间的间距一致，且各通孔12内分别焊接一带内螺纹的连接件，各连接件内装设有渗压计。两侧通孔12的设置，在试验中起到有效排出珊瑚礁砂内多余的水分的作用。进一步作为优选地，玻璃板11采用钢化有机玻璃，同时试验箱1的内侧各角端加设角钢，并在各钢板的内侧底部布置至少一件肋板，以增强试验箱1的整体刚度和抗压强度，提高试验箱1的使用寿命。再进一步地，试验箱1的底部四个角端分别装有垫板13，各垫板13的角端上均预留大小相同的孔洞以方便安装滑轮等。

进一步地，在PIV测试装置旁侧设置至少一件反光板，以应对昏暗环境下无法正常拍摄的情况。本实施例的PIV测试装置的镜头正对于玻璃板11；在试验过程中，通过镜头透过玻璃板11对试验箱1内的珊瑚礁砂进行照相。试验完成后，将拍摄的照片通过GeoPIV图像处理技术进行分析，从而确定试验箱1 内珊瑚礁砂地基各点的位移情况以及珊瑚礁砂的变形特性。

参照图1、图3，本实施例中，荷载传递装置4包括固定在载荷板5上的竖直圆管41和装在竖直圆管41顶部的球支座42，球支座42上装有两相对而设的侧挡板43，两侧挡板43的上方盖设有顶板44，静力加载杆22从顶板44下方的两侧挡板43的中间空隙穿过；侧挡板43的设置，有效保证了在加载过程中静力加载杆22不会发生偏移。更具体地，球支座42的上表面挖设有一弧面型凹槽，弧面型凹槽内置有钢球45，静力加载杆22的底部与钢球45顶部相接触，从而确保了在加载的传力过程中不会产生偏心荷载。进一步在本实施例中优选地，两侧挡板43分别采用弧形板，以实现对钢球45的更好限位保护，避免钢球45易位的情况发生；同时，竖直圆管41通过螺栓固定在载荷板5上，在某些实施例中，竖直圆管41可根据试验所需进行替换，实现高度的调节。

本实施例当中，动力加载机构包括安装在一主体框架上的伺服电机31，该主体框架包含竖向间隔分布的基座321及上盖板322，基座321与上盖板322之间通过四根位于角端的立柱323相连，伺服电机31的缸体和试验箱1分别固定在上盖板322和基座321上。作为优选地，顶板44上表面设有凹坑供伺服电机 31的加载轴的端部卡入，伺服电机31的加载轴上安装有压力传感器。进一步地，各立柱323的两端分别设置外螺纹，基座321和上盖板322的角端分别开设供各立柱323的端部旋接的内螺纹；该设置，使得试验人员可对主体框架的整体高度进行有效调整，以便于试验的顺利进行。

如图2所示，本实施例当中，支座21分为底座板211、两固定在底座板211 上的间隔相对设置的立板212，两立板212上沿竖直方向对称开设若干穿孔，静力加载杆22的端部通过穿过两立板212上对应穿孔的螺杆213与支座21相连，为了加强立板212的稳固性，两立板212的外侧下端分别安装两件肋板214。进一步地，支座21固定于试验箱1的顶部，试验箱1的顶部外周焊接供支座21 安装的固定板14，固定板14与底座板211之间通过分别位于两侧的两对螺栓连接。作为优选地，为了提高固定板14的强度，在固定板14的下方设置若干加强肋，各加强肋等距分布。

以下是利用本实施例进行动静荷载作用下珊瑚礁砂地基承载力室内试验的操作过程：首先试验箱1装填珊瑚礁砂，并在相应位置埋置土压力盒。将试验箱1两侧的通孔12经由连接件与渗压计连接，以检查试验箱1中的珊瑚礁砂是否达到饱和状态。

静力载荷试验的操作流程：先打开PIV测试装置，使其镜头对准试验箱1 上的玻璃板11，并设定一定的拍照频率，调整静力加载杆22的位置和检查装置是否稳定，在静力加载杆22的加载孔上通过U型连接件挂上托盘，加载方式按照《建筑地基基础设计规范》进行，加载过程中可以通过实时监测珊瑚礁砂的沉降，通过位移计6上的数据观察发生的竖向位移，每级荷载的读数直到变形稳定为止，与此同时，记录土压力盒的读数，以验证荷载在饱和珊瑚礁砂中的传递深度。

动力载荷试验的操作流程：先打开PIV测试装置，并使其镜头对准试验箱1 上的玻璃板11，并设定一定的拍照频率；再者，打开伺服电机，开始对载荷板 5施加一级动力荷载，加载过程中可以实时监测珊瑚礁砂的沉降，通过位移计6 上的数据观察发生的竖向位移，每级动荷载的读数直到变形稳定为止，与此同时，记录土压力盒的读数，以验证荷载在饱和珊瑚礁砂中的传递深度。

动静联合载荷试验操作流程：动静联合加载试验操作是在上述静力载荷试验的同时，打开伺服电机，通过载荷板5对珊瑚礁砂地基进行联合加载，其他操作步骤和上述静力载荷和动力载荷试验保持一致，再次不再赘述。

当然，本发明的设计创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (5)

1.一种珊瑚礁砂地基动静荷载下的承载力试验系统，其特征在于：包括顶部开口的试验箱、置于所述试验箱旁侧的PIV测试装置，所述试验箱内装填有珊瑚礁砂，所述珊瑚礁砂在不同厚度位置埋置若干土压力盒，所述试验箱的上方设有动静组合加载装置，所述动静组合加载装置分为静力加载机构和动力加载机构，所述静力加载机构包括铰接支座、一端铰接在所述铰接支座上的静力加载杆，所述珊瑚礁砂的表面设置有为静力加载杆提供杠杆支点的荷载传递装置。

2.根据权利要求1所述的珊瑚礁砂地基动静荷载下的承载力试验系统，其特征在于：所述荷载传递装置包括固定在一载荷板上的竖直圆管，所述竖直圆管顶部设有球支座。

3.根据权利要求2所述的珊瑚礁砂地基动静荷载下的承载力试验系统，其特征在于：所述球支座的上表面挖设一弧面型凹槽，所述弧面型凹槽内置有钢球，所述静力加载杆的底部与钢球顶部相接触。

4.根据权利要求1所述的珊瑚礁砂地基动静荷载下的承载力试验系统，其特征在于：所述静力加载杆的另一端开有若干沿静力加载杆长度方向分布的加载孔。

5.根据权利要求1所述的珊瑚礁砂地基动静荷载下的承载力试验系统，其特征在于：所述动力加载机构为安装在一主体框架的动力加载装置，所述主体框架包括通过立柱相连的基座及上盖板，所述动力加载装置和试验箱分别固定在上盖板和基座上。

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