CN114136774A - 一种装配式半面桩试验压实-加载一体化模型箱 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种装配式半面桩试验压实‑加载一体化模型箱，包括模型箱箱体，模型箱箱体内部安装有约束构件，模型箱箱体的一侧安装有模型箱箱板，模型箱箱板的底部形成有桩口小块放置口，用于安装黏土‑桩口小块或砂土‑桩口小块；模型箱箱体的两侧安装有液压活塞抬升系统，用于将模型箱箱体由竖向状态旋转为横向状态。本发明将模型桩试验中对土体的压实阶段与正式试验对桩加载阶段进行二合一，实现土体压实与试验加载的无缝衔接，且提前定好模型桩位置进行埋入，避免后续埋桩对桩周土体的扰动，最大程度规避整个试验过程中对土体性质的影响，规避埋桩过程对模型桩与土体之间关联的破坏，使得整个试验更加精确的接近实际工程状况。

Description

一种装配式半面桩试验压实-加载一体化模型箱
技术领域
本发明涉及桩型、土质的室内模拟试验领域，尤其涉及一种装配式半面桩试验压实-加载一体化模型箱。
背景技术
目前，模型桩室内试验装置，已被广泛应用在土木工程、交通工程、海洋工程等领域中，进行各种桩型、各种土质的室内模拟试验。然而，现有的设备通常具有以下不足：
1、现有大多设备为后埋桩处理，即先进行土体密实或重塑固结，在土体成型后于表面进行开缝埋桩，该处理在开缝埋桩时不可避免的会对桩周土体和桩土结合效果产生扰动，影响试验精度。
2、目前有关模型桩相关试验，多为加压压实阶段与试验加载阶段分离，先进行土体重塑或密实，然后将重塑、密实完成的土体转移至试验所用箱体进行埋桩和加载试验，重塑、密实过程与试验过程所用箱体分离，需转移土体，此过程中将很大程度产生对桩周土体的扰动与破坏，影响试验精确性，且转移方式不方便，费时费力。
3、对于砂土和黏土相关的试验，目前都为分开使用不同的试验用箱进行试验，加大了试验成本，试验受到限制。
4、目前的模型箱尺寸通常比较大，不方便土样切割、搬运。
发明内容
本发明针对上述技术问题，提供一种装配式半面桩试验压实-加载一体化模型箱，将模型桩试验中对土体的压实阶段与正式试验对桩加载阶段进行二合一，实现土体压实与试验加载的无缝衔接，且提前定好模型桩位置进行埋入，避免后续埋桩对桩周土体的扰动，最大程度规避整个试验过程中对土体性质的影响，规避埋桩过程对模型桩与土体之间关联的破坏，使得整个试验更加精确的接近实际工程状况。所用试验土体可为各种种类土体，减少试验时间、试验成本、节省人力。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种装配式半面桩试验压实-加载一体化模型箱，包括模型箱箱体，所述模型箱箱体内部安装有约束构件，所述约束构件由上至下依次设置固定板、持力板和底板，所述固定板预留加载设备孔洞，用于加入砂土或黏土，所述持力板用于盖压在砂土或黏土上施加荷载，所述底板包括两层，第一层底板内部形成有圆形孔洞，用于放入透水石，第一层底板四周形成有渗水缝，两层底板之间形成空隙，用于重塑土体时渗水；所述模型箱箱体的一侧安装有模型箱箱板，模型箱箱板的底部形成有桩口小块放置口，用于安装黏土-桩口小块或砂土-桩口小块；所述模型箱箱体的两侧安装有液压活塞抬升系统，用于将模型箱箱体由竖向状态旋转为横向状态。
进一步地，所述模型箱箱体的内壁底部形成有钢化玻璃卡槽，用于插入钢化玻璃板；所述模型箱箱体的底部形成有固定底板螺丝孔，用于安装固定底板；所述模型箱箱体的两侧壁顶部分别形成有对称设置的固定板卡槽与固定板固定螺丝孔，用于将固定板卡入并固定于箱体上；所述模型箱箱体的两侧壁外侧分别形成有对称设置的旋转螺杆，用于连接安装液压活塞抬升系统；所述模型箱箱体的一侧形成有固定箱板螺丝孔，用于安装模型箱箱板。
进一步地，所述模型箱箱板的两侧边缘形成有箱板固定螺丝孔，通过螺栓固定于模型箱箱体的一侧。
进一步地，所述持力板与固定板之间设有两块持力块，两块持力块紧贴箱体两侧内壁，使用螺丝固定于模型箱箱体的持力块固定螺丝孔处，进而固定持力板并连接持力板与固定板。
进一步地，所述固定板两侧形成突块，用于卡于固定板卡槽内并通过螺杆固定于固定板固定螺丝孔。
进一步地，所述固定板包括两个插接的分体。
进一步地，所述底板与模型箱箱板相邻的一侧形成有模型桩固定口，模型桩固定口位于桩口小块放置口的外侧。
进一步地，所述液压活塞抬升系统包括液压油泵、杠杆握柄、送油阀门、送油管和两个液压旋转支架组件，杠杆握柄、送油阀门位于液压油泵上，两个液压旋转支架组件通过两根送油管以同一液压油泵与送油阀门控制，实现同升同降及将模型箱由竖向状态旋转为横向状态。
进一步地，所述液压旋转支架组件包括滚珠滑轮接口轴承、液压活塞千斤顶和底座支架，所述底座支架固定于加载平台之上且与液压活塞千斤顶、滚珠滑轮轴承连接为一体，所述底座支架连接于液压活塞千斤顶的下端，所述滚珠滑轮接口轴承连接于液压活塞千斤顶的上端，用以套入箱体旋转螺杆后以使模型箱箱体转动。
进一步地，所述杠杆握柄还连接有数显仪表盘。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明提供的装配式半面桩试验压实-加载一体化模型箱，实现提前预埋桩，减少后期埋桩对桩周土体的扰动，可使桩土之间的结合更接近于实际工程，避免对桩周土体和桩土结合效果产生扰动，保证试验精度。
2、本发明将土体的重塑、密实与后期试验所用箱体合二为一，实现加压压实、试验加载功能，简化了原有试验过程，使试验可以无缝衔接，降低了对土体的扰动，保证试验精度，节约了时间与人力成本。
3、本发明配备有不同的底部装置，可用于不同类型土体的重塑，可根据试验需求选择不同土体进行试验，用以满足砂土和各类黏性土的埋桩与试验观测需求。若研究桩-砂土等相关试验，则将预制好的模型桩放入模型箱内即可压实与试验，若研究桩-黏土等相关试验，则可实现重塑土固结技术。
4、本发明设置有液压活塞抬升系统，方便模型箱的抬升与放置，降低模型箱在搬运过程中对桩和土产生的扰动，保证试验精度，并且实现了一人即可进行整个试验流程操作，节省人力。
5、本发明为装配式结构，所有构件均可在工厂预制完成后现场组装，可成批制作。所有部件及试验材料都可重复使用，大大降低了试验成本，各种构件皆可替换。
6、本发明为小型的模型箱，更为轻便，便于土样切割、搬运。
7、本发明应用范围广，可实现针对土体的密实度、含水率、颗粒粒径、固结时间、固结压力等参数的对比试验分析，以及监测土体在重塑过程中的固结压力与位移的关系等。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的装配式半面桩试验压实-加载一体化模型箱的整体结构示意图一。
图2为本发明实施例提供的装配式半面桩试验压实-加载一体化模型箱的整体结构示意图二。
图3为本发明实施例提供的模型箱箱体的结构图。
图4为本发明实施例提供的模型箱箱板结构图。
图5为本发明实施例提供的约束构件结构图。
图6为本发明实施例提供的液压活塞抬升系统。
图7为本发明实施例提供的模型箱上升状态。
图8为本发明实施例提供的模型箱旋转状态。
图9为本发明实施例提供的模型箱水平下降状态。
附图标记说明：
100模型箱箱体；101持力块固定螺丝孔；102固定板卡槽；103固定箱板螺丝孔；104固定板固定螺丝孔；105钢化玻璃卡槽；106旋转螺杆；107固定底板螺丝孔；
200模型箱箱板；201箱板固定螺丝孔；202黏土-桩口小块；203砂土-桩口小块；204桩口小块放置口；
300约束构件；301固定板；302预留加载设备孔洞；303突块；304持力块；305持力板；306底板；307模型桩固定口；308底板固定螺丝孔；309圆形孔洞；310渗水缝；
400液压活塞抬升系统；401液压油泵；402杠杆握柄；403数显仪表盘；404送油阀门；405送油管；406滚珠滑轮接口轴承；407液压活塞千斤顶；408底座支架。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细介绍。
如图1-9所示，本发明提供的装配式半面桩试验压实-加载一体化模型箱，包括模型箱箱体100、模型箱箱板200、约束构件300、液压活塞抬升系统400几部分。
如图1和图3所示，所述模型箱箱体100的内壁底部形成有钢化玻璃卡槽105，用于插入钢化玻璃板；所述模型箱箱体100的底部形成有固定底板螺丝孔107，用于安装固定底板306；所述模型箱箱体100的两侧壁顶部分别形成有对称设置的固定板卡槽102与固定板固定螺丝孔104，用于将固定板301卡入并固定于模型箱箱体100上；所述模型箱箱体100的两侧壁外侧分别形成有对称设置的旋转螺杆106，用于连接安装液压活塞抬升系统400；所述模型箱箱体100的一侧形成有固定箱板螺丝孔103，用于安装模型箱箱板200。
如图1和图4所示，所述模型箱箱体100的一侧安装有模型箱箱板200，所述模型箱箱板200的两侧边缘形成有箱板固定螺丝孔201，通过螺栓固定于模型箱箱体100的固定箱板螺丝孔103处。模型箱箱板200的底部形成有桩口小块放置口204，用于安装黏土-桩口小块202或砂土-桩口小块203。
如图1和图5所示，所述模型箱箱体100内部安装有约束构件300，所述约束构件300由上至下依次设置固定板301、持力块304、持力板305和底板306。所述固定板301预留加载设备孔洞302，用于在不卸载加载设备的情况下安装固定板301，所述固定板301包括两个插接的分体，便于安装和拆卸。所述固定板301两侧形成突块303，用于卡于固定板卡槽102内并通过螺杆固定于固定板固定螺丝孔104。所述持力板305用于盖压在砂土或黏土上施加荷载，所述持力板305与固定板301之间设有两块持力块304，两块持力块304紧贴箱体两侧内壁，使用螺丝固定于模型箱箱体100的持力块固定螺丝孔处101，进而固定持力板305并连接持力板305与固定板301。所述底板306包括两层，第一层底板内部形成有圆形孔洞309，用于放入透水石，第一层底板四周形成有渗水缝310，两层底板之间形成空隙，用于重塑土体时渗水。所述底板306与模型箱箱板200相邻的一侧形成有模型桩固定口307，模型桩固定口307位于桩口小块放置口204的外侧。
如图1和图6所示，所述模型箱箱体100的两侧安装有液压活塞抬升系统400，用于将模型箱箱体100由竖向状态旋转为横向状态。具体地，所述液压活塞抬升系统400包括液压油泵401、杠杆握柄402、数显仪表盘403、送油阀门404、送油管405和两个液压旋转支架组件，杠杆握柄402、送油阀门404位于液压油泵401上，两个液压旋转支架组件通过两根送油管405以同一液压油泵401与送油阀门404控制，实现同升同降及将模型箱由竖向状态旋转为横向状态。进一步地，所述液压旋转支架组件包括滚珠滑轮接口轴承406、液压活塞千斤顶407和底座支架408，所述底座支架408固定于加载平台之上且与液压活塞千斤顶407、滚珠滑轮轴承406连接为一体，所述底座支架408连接于液压活塞千斤顶407的下端，所述滚珠滑轮接口轴承406连接于液压活塞千斤顶407的上端，用以套入箱体旋转螺杆106后以使模型箱箱体转动。
实施例1
本发明提供的装配式半面桩试验压实-加载一体化模型箱，包括模型箱箱体100、模型箱箱板200、约束构件300、液压活塞抬升系统400四部分。
一、模型箱箱体
模型箱箱体100内径尺寸：300mm×300mm×400mm，箱体顶部左右开有尺寸为30mm×100mm×5mm的固定板卡槽102与固定板固定螺丝孔104，用于将固定板卡入并固定于箱体上，两侧固定板固定螺丝孔104下方有用于使用液压活塞抬升系统的旋转螺杆106，底部有用于卡入钢化玻璃板的开槽105和固定底板的固定底板螺丝孔107。
二、模型箱箱板
模型箱箱板200尺寸：390mm×400mm×5mm，模型箱箱板200底部有可拆卸的开有所用桩桩径大小小孔的桩口小块，用于漏出桩头，固定桩身，在加压压实阶段起到固定桩身，约束砂土的作用，试验加载阶段去除。
三、约束构件
持力板305尺寸：300mm×300mm×5mm，在箱体、钢化玻璃、箱板、底板拼装完成并加入砂土或黏土后盖压在砂土或黏土上，施加荷载即可加压密实或进行土体重塑；
持力块304尺寸：150mm×60mm×5mm，两块持力块放置在持力板上，紧贴箱体左右内壁，使用螺丝固定于箱体后可固定持力板并连接持力板与固定板；
固定板301尺寸：300mm×300mm×5mm，将固定板左右突出卡扣卡入箱体上部卡槽，压于持力块上固定，即可保持箱内土体状态不变。
底板306：第一层尺寸：340mm×340mm×5mm，内部有4个圆形孔洞309用于放入透水石，四周细缝为渗水缝310，当试验所用为黏土时以此面为正面向上；底板第二层尺寸：300mm×300mm×5mm，两层之间空隙为重塑土体时渗水所用，当试验所用为砂土时以此面为反面向上，与钢化玻璃板贴合。
四、液压活塞抬升系统
液压活塞抬升系统用于将装满压实或重塑完成后的模型箱，由竖向状态变为横向状态，以展开后续试验加载。
液压活塞抬升系统400由液压油泵401、杠杆握柄402、数显仪表盘403、送油阀门404、两根送油管405、两个滚珠滑轮接口轴承406、两个液压活塞千斤顶407、两个底座支架408组成。
两个底座支架可固定于加载平台之上且与液压活塞千斤顶、滚珠滑轮轴承为一体，两个液压活塞千斤顶以同一液压油泵与送油阀门控制，以达到模型箱同升同降保持水平的要求，液压活塞千斤顶上端有滚珠滑轮轴承，用以套入箱体旋转螺杆后，能使模型箱转动。
1、当土体完成压实或重塑后，于模型箱左右两侧旋转螺杆处安装上液压活塞抬升系统，拧紧送油阀门404，下压杠杆握柄402，将模型箱抬升至适当高度，如图7所示；
2、由于试验土体大多汇集在箱子底部，能够保证模型箱在空中不会有较大晃动，推动模型箱，将其偏至适当角度，如图8所示；
3、随后松开送油阀门404将千斤顶407活塞退油，由重力作用将模型箱平稳放下，使其旋转为水平位置，如图9所示。
随后即可进行后续测试试验。
实施例2
本发明提供的装配式半面桩试验压实-加载一体化模型箱，针对砂土与黏性土试验步骤是不同的。针对于砂土，试验步骤为：
(1)将箱体竖向放置，于底部内槽处插入钢化玻璃板，再将底板反向置于钢化玻璃板下方并与箱体固定。
(2)将箱板固定于箱体，选择砂土-桩口小块，将模型桩放置并固定于钢化玻璃板上。
(3)根据试验需求，按所需方式加入砂土。
(4)扣上持力板，并与持力板上进行加压密实操作。
(5)将两个持力块紧贴箱体内壁，固定于持力板上，再将固定板左右拼合扣入箱体开槽，覆盖于持力块上并与箱体连接固定。
(6)将液压活塞抬升系统安装于箱体左右旋转螺杆处，再将液压活塞抬升系统底座支架固定于底部平台，然后使用液压活塞千斤顶将模型箱顶起。
(7)推动模型箱，使其有一定角度后打开液压活塞抬升系统送油阀门卸力，使模型箱横向放置于平台上，即可开始加载试验。
实施例3
本发明提供的装配式半面桩试验压实-加载一体化模型箱，针对于黏性土，试验步骤为：
(1)将箱体竖向放置，底板正向的与箱体固定，再将透水石放入底板凹槽。
(2)箱板固定于箱体，选择黏土-桩口小块，将模型桩放置并固定于底板上。
(3)根据试验需求，按所需方式加入黏土。
(4)扣上持力板，并与持力板上施加荷载，以进行加压密实或土体的固结，若是进行重塑土体的固结操作，只需增加位移计，就可得知固结过程的位移变化。
(5)待加压密实或是重塑固结完成后，将两个持力块紧贴箱体内壁，固定于持力板上，再将固定板左右拼合扣入箱体开槽，覆盖于持力块上并与箱体连接固定。
(6)将液压活塞抬升系统安装于箱体左右旋转螺杆处，再将液压活塞抬升系统底座支架固定于底部平台，然后使用液压活塞千斤顶将模型箱顶起。
(7)推动模型箱，使其有一定角度后打开液压活塞抬升系统送油阀门卸力，使模型箱横向放置于平台上，即可开始加载试验。
本发明将模型桩试验中对土体的压实阶段与正式试验对桩加载阶段进行二合一，实现土体压实与试验加载的无缝衔接，且提前定好模型桩位置进行埋入，避免后续埋桩对桩周土体的扰动，最大程度规避整个试验过程中对土体性质的影响，规避埋桩过程对模型桩与土体之间关联的破坏，使得整个试验更加精确的接近实际工程状况。所用试验土体可为各种种类土体，若研究桩-砂土等相关试验，则将预制好的模型桩放入模型箱内即可压实与试验，若研究桩-黏土等相关试验，则可实现重塑土固结技术。减少试验时间、试验成本、节省人力。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种装配式半面桩试验压实-加载一体化模型箱，包括模型箱箱体，其特征在于，所述模型箱箱体内部安装有约束构件，所述约束构件由上至下依次设置固定板、持力板和底板，所述固定板预留加载设备孔洞，用于加入砂土或黏土，所述持力板用于盖压在砂土或黏土上施加荷载，所述底板包括两层，第一层底板内部形成有圆形孔洞，用于放入透水石，第一层底板四周形成有渗水缝，两层底板之间形成空隙，用于重塑土体时渗水；所述模型箱箱体的一侧安装有模型箱箱板，模型箱箱板的底部形成有桩口小块放置口，用于安装黏土-桩口小块或砂土-桩口小块；所述模型箱箱体的两侧安装有液压活塞抬升系统，用于将模型箱箱体由竖向状态旋转为横向状态。
2.根据权利要求1所述的装配式半面桩试验压实-加载一体化模型箱，其特征在于，所述模型箱箱体的内壁底部形成有钢化玻璃卡槽，用于插入钢化玻璃板；所述模型箱箱体的底部形成有固定底板螺丝孔，用于安装固定底板；所述模型箱箱体的两侧壁顶部分别形成有对称设置的固定板卡槽与固定板固定螺丝孔，用于将固定板卡入并固定于箱体上；所述模型箱箱体的两侧壁外侧分别形成有对称设置的旋转螺杆，用于连接安装液压活塞抬升系统；所述模型箱箱体的一侧形成有固定箱板螺丝孔，用于安装模型箱箱板。
3.根据权利要求1所述的装配式半面桩试验压实-加载一体化模型箱，其特征在于，所述模型箱箱板的两侧边缘形成有箱板固定螺丝孔，通过螺栓固定于模型箱箱体的一侧。
4.根据权利要求1所述的装配式半面桩试验压实-加载一体化模型箱，其特征在于，所述持力板与固定板之间设有两块持力块，两块持力块紧贴箱体两侧内壁，使用螺丝固定于模型箱箱体的持力块固定螺丝孔处，进而固定持力板并连接持力板与固定板。
5.根据权利要求1所述的装配式半面桩试验压实-加载一体化模型箱，其特征在于，所述固定板两侧形成突块，用于卡于固定板卡槽内并通过螺杆固定于固定板固定螺丝孔。
6.根据权利要求1所述的装配式半面桩试验压实-加载一体化模型箱，其特征在于，所述固定板包括两个插接的分体。
7.根据权利要求1所述的装配式半面桩试验压实-加载一体化模型箱，其特征在于，所述底板与模型箱箱板相邻的一侧形成有模型桩固定口，模型桩固定口位于桩口小块放置口的外侧。
8.根据权利要求1所述的装配式半面桩试验压实-加载一体化模型箱，其特征在于，所述液压活塞抬升系统包括液压油泵、杠杆握柄、送油阀门、送油管和两个液压旋转支架组件，杠杆握柄、送油阀门位于液压油泵上，两个液压旋转支架组件通过两根送油管以同一液压油泵与送油阀门控制，实现同升同降及将模型箱由竖向状态旋转为横向状态。
9.根据权利要求8所述的装配式半面桩试验压实-加载一体化模型箱，其特征在于，所述液压旋转支架组件包括滚珠滑轮接口轴承、液压活塞千斤顶和底座支架，所述底座支架固定于加载平台之上且与液压活塞千斤顶、滚珠滑轮轴承连接为一体，所述底座支架连接于液压活塞千斤顶的下端，所述滚珠滑轮接口轴承连接于液压活塞千斤顶的上端，用以套入箱体旋转螺杆后以使模型箱箱体转动。
10.根据权利要求8所述的装配式半面桩试验压实-加载一体化模型箱，其特征在于，所述杠杆握柄还连接有数显仪表盘。
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