CN115653020A - 桩锚结构试验装置及桩锚结构试验方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及桩锚技术领域，提供了一种桩锚结构试验装置及桩锚结构试验方法，其中桩锚结构试验装置通过设置填料箱体容纳土体和桩锚结构，竖向加载组件和侧向加载组件向土体施加竖向和侧向的压力，使用拉拔组件拉拔土体中的桩锚结构的，使用摄像机通过透明面板记录桩锚结构的拉拔过程，直观的显示土体和桩锚结构相互作用的关系；桩锚结构试验方法通过在填料箱体中设置桩锚结构后填充土体，使用竖向加载组件和侧向加载组件对土体施加竖向和侧向的压力，在拉拔组件拉拔桩锚结构的同时，使用摄像机记录桩锚结构与土体的相互作用的影像，并对影像进行分析从而可以直观准确的检测桩锚结构与土体的相互作用关系，揭示桩锚结构的锚固机理。

Description

桩锚结构试验装置及桩锚结构试验方法

技术领域

本公开涉及桩锚技术领域，尤其涉及一种桩锚结构试验装置及桩锚结构试验方法。

背景技术

目前，桩支护和锚杆(索)支护技术在岩土工程，尤其是在基坑工程和边坡支护工程中广泛应用。由于锚固结构与土体之间作用尤为复杂，且无法直观研究，其相互作用原理仍是亟待解决的重要问题。为探究抗拔桩和锚杆(索)等锚固结构的抗拔力以及其锚固机理，研究者们常针对不同截面尺寸和类型的锚固结构在不同土体、不同土体密度以及不同埋深等情况进行试验研究，目前常使用的试验装置存在着诸多的缺陷，不能完整的呈现加载过程中锚固结构周围土体颗粒的运动轨迹，无法将土体颗粒相互作用的复杂过程可视化，亦无法直观真实地揭示土锚相互作用机理。

发明内容

为了解决上述技术问题，本公开提供了一种桩锚结构试验装置及桩锚结构试验方法。

本公开提供一种桩锚结构试验装置，包括填料箱体、竖向加载组件、侧向加载组件及拉拔组件；

所述填料箱体适于容纳土体及桩锚结构，所述填料箱体的第一侧面设有透明面板，所述透明面板适于摄像机拍摄所述填料箱体内部的桩锚结构与土体，所述拉拔组件和所述竖向加载组件均设置于所述填料箱体的上方，所述侧向加载组件设置于所述填料箱体的第二侧面，所述竖向加载组件适于对所述填料箱体中的土体施加竖向压力，所述侧向加载组件适于对所述填料箱体中的土体施加侧向压力，所述拉拔组件适于在竖直方向拉拔所述填料箱体中的桩锚结构，所述填料箱体的第三侧面设有活动面板，所述活动面板可拆卸的连接于所述第三侧面。

可选的，所述侧向加载组件包括加载驱动装置和加载端头，所述填料箱体的第二侧面设有承力面板，所述填料箱体的外侧设有加载面板，所述加载面板与所述承力面板相对设置，所述侧向加载组件设置于所述加载面板与所述承力面板之间，所述加载驱动装置设置于所述加载面板上，所述加载端头设置于所述加载驱动装置的输出端上，所述加载端头与所述承力面板抵触，以使所述承力面板能够在加载驱动装置的驱动作用下朝向所述填料箱体内部移动。

可选的，所述拉拔组件包括反力架和拉拔装置，至少部分所述反力架位于所述填料箱体上方，所拉拔装置设置于所述反力架上，适于与所述桩锚结构连接。

可选的，所述反力架包括横梁和两个立柱，两个所述立柱垂直设置于所述横梁的两端，所述立柱的底部与地面固定连接，两个所述立柱垂直于地面设置，所述填料箱体位于两个所述立柱之间，至少部分所述横梁位于所述填料箱体上方，所述拉拔装置设置于所述横梁上。

可选的，所述拉拔装置包括托架、液压伺服作动器、传力杆和千分表，所述托架固定在所述反力架上，所述传力杆竖直设置于所述托架上，所述传力杆的一端与所述液压伺服作动器连接，另一端与所述桩锚结构连接，所述传力杆上设有所述千分表。

可选的，所述竖向加载组件包括液压千斤顶和盖板，所述盖板位于所述填料箱体的顶面，适于覆盖于所述填料箱体内部的土体的上方，所述盖板上设有供所述桩锚结构通过的缺口，所述液压千斤顶设置于所述反力架上，适于向所述盖板施加朝向所述填料箱体内部的压力。

可选的，所述填料箱体的顶部设有落砂组件，所述落砂组件包括落砂箱体和多个竖向设置的调节支架，所述填料箱体的顶部设有滑轨，所述调节支架的一端与所述滑轨滑动连接，另一端与所述落砂箱体连接，所述落砂箱体通过多个所述调节支架支撑在所述填料箱体的上方，所述调节支架适于调节所述落砂箱体与所述填料箱体的顶部之间的距离。

可选的，所述填料箱体设有给水部件和排水部件，所述给水部件与所述填料箱体的内部连接，适于向所述填料箱体内部添加水，所述排水部件位于所述填料箱体的内部，适于排出所述填料箱体内部的水。

可选的，所述给水部件包括注水管和水位指示计，所述注水管竖直设置于所述填料箱体的内部，所述注水管上设有多个注水口，多个所述注水口沿所述注水管的长度方向间隔设置，所述水位指示计的一端位于所述填料箱体外侧，另一端与所述填料箱体内部连通；

所述排水部件包括排水槽和可开关式地漏，所述可开关式地漏设置于所述填料箱体的底面，所述排水槽位于所述填料箱体内部，所述排水槽与所述可开关式地漏连接，适于水通过所述可开关式地漏排出所述填料箱体。

本公开提供的桩锚结构试验装置，通过设置填料箱体、竖向加载组件、侧向加载组件及拉拔组件，填料箱体适于容纳土体及桩锚结构，填料箱体的第一侧面设有透明面板，透明面板适于摄像机拍摄填料箱体内部的桩锚结构与土体，拉拔组件和竖向加载组件均设置于填料箱体的上方，侧向加载组件设置于填料箱体的第二侧面，竖向加载组件适于对填料箱体中的土体施加竖向压力，侧向加载组件适于对填料箱体中的土体施加侧向压力，填料箱体的第三侧面设有活动面板，活动面板可拆卸的连接于第三侧面。拉拔组件适于在竖直方向拉拔填料箱体中的桩锚结构，桩锚结构在填料箱体中的土体中进行拉拔试验时，实验人员使用摄像机记录桩锚结构与土体相互作用的影像，并通过分析软件对影像进行分析，揭示桩锚结构与土体颗粒的相互作用机理，并且通过拆卸活动面板，快速更换填料箱体中的土体，提高试验效率。

本公开还提供了一种桩锚结构试验方法，使用上述的桩锚结构试验装置，包括以下步骤：

在填料箱体中设置桩锚结构，所述桩锚结构的侧面与所述填料箱体的透明面板贴合，向所述填料箱体中填充土体，使所述桩锚结构的一端埋入所述土体中，所述桩锚结构的另一端与拉拔组件连接；

使用竖向加载组件对所述填料箱体中的所述桩锚结构施加竖向压力，使用所述侧向加载组件对所述填料箱体中的所述桩锚结构施加侧向压力，通过所述拉拔组件竖直向上拉拔所述桩锚结构，使用摄影机透过所述透明面板记录所述桩锚结构与所述土体在拉拔过程中的影像；

使用分析软件对所述摄影机记录的所述影像进行分析，得出所述桩锚结构的锚固机理。

本公开还提供了一种桩锚结构试验方法，在填料箱体中设置桩锚结构，桩锚结构的侧面与填料箱体的透明面板贴合，向填料箱体中填充土体，使桩锚结构的一端埋入土体中，桩锚结构的另一端与拉拔组件连接；使用竖向加载组件对填料箱体中的桩锚结构施加竖向压力，使用侧向加载组件对填料箱体中的桩锚结构施加侧向压力，通过拉拔组件竖直向上拉拔桩锚结构，使用摄影机透过透明面板记录桩锚结构与土体在拉拔过程中的影像；使用分析软件对摄影机记录的影像进行分析，得出桩锚结构的锚固机理，通过对桩锚结构与土体颗粒的相互作用过程图像进行分析，直观准确的揭示了桩锚结构和土体的相互作用机理。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例所述桩锚结构试验装置的结构示意图；

图2为本公开实施例所述桩锚结构试验装置的主视图；

图3为本公开实施例所述桩锚结构试验装置的侧视图；

图4为本公开实施例所述桩锚结构试验装置的俯视图；

图5为本公开实施例所述活动面板的结构示意图；

图6为本公开实施例所述侧面加载装置的结构示意图；

图7为本公开实施例所述箱体内部的俯视图；

图8为本公开实施例所述注水管的结构示意图。

其中，1、填料箱体；11、透明面板；12、活动面板；13、移动部件；2、试验组件；21、反力架；211、立柱；212、横梁；22、拉拔组件；221、液压伺服作动器；222、传力杆；223、千分表；224、托架；3、侧向加载组件；31、加载端头；32、加载驱动装置；33、加载面板；4、竖向加载组件；41、液压千斤顶；42、盖板；5、落砂组件；51、落砂箱体；52、调节支架；61、水位指示计；62、注水管；63、可开关式地漏。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1至图8所示，本公开实施例提供了一种桩锚结构试验装置，包括填料箱体1、竖向加载组件4、侧向加载组件3及拉拔组件22；填料箱体1适于容纳土体及桩锚结构，填料箱体1的第一侧面设有透明面板11，透明面板11适于摄像机拍摄填料箱体1内部的桩锚结构与土体，拉拔组件22和竖向加载组件4均设置于填料箱体1的上方，侧向加载组件3设置于填料箱体1的第二侧面，竖向加载组件4适于对填料箱体1中的土体施加竖向压力，侧向加载组件3适于对填料箱体1中的土体施加侧向压力，拉拔组件22适于在竖直方向拉拔填料箱体1中的桩锚结构，填料箱体的第三侧面设有活动面板12，活动面板12可拆卸的连接于第三侧面。

具体的，填料箱体1可以选择为长方形的箱体，在填料箱体1的底部可以设置移动部件13，移动部件13可以为移动轮，也可以为移动轨道。填料箱体1的第一侧面可以为填料箱体1垂直于地面的一个侧面，透明面板11可以选择使用有机玻璃板，当然也可以选择使用高强工程塑料板，可以选择在填料箱体1的第一侧面上开设长方形的通孔，在通孔的侧壁设置安装槽，将透明面板11插入安装槽中，使透明面板11设置于第一侧面上，或者也可以选择将透明面板11镶嵌在第一侧面开设的通孔中；在透明面板11的外侧可以选择设置强化板，强化板可以选择设置在填料箱体1的外侧，当然也可以选择设置在填料箱体1的内侧，强化板垂直于第一侧面，强化板可以为多个，并且围绕透明面板11设置，只要达到强化板在第一侧面上可以承受压力，避免透明面板11在桩锚结构拉拔过程中破碎或者与填料箱体1脱离的效果即可。

上述的桩锚结构为沿桩锚的对称面切割形成的桩锚模具，桩锚模具设置在填料箱体1中时，桩锚结构的切割面贴合于透明面板11，拉拔组件22、竖向加载组件4和侧向加载组件3作为桩锚结构试验装置的试验组件2，拉拔组件22设置在透明面板11的上方，使桩锚结构拉拔过程中受到竖直向上的拉拔作用力，竖向加载组件4可以选择位于填料箱体1的中部的上方，当然可以选择位于填料箱体1靠近透明面板11一侧的上方设置竖向加载组件4，设置侧向加载组件3的第二侧面可以选择为填料箱体1靠近第一侧面的一个侧面，当然也可以选择第二侧面为填料箱体1中相对第一侧面的侧面，承力面板可以选择使用柔性材料，使侧向加载组件3可以通过承力面板对填料箱体1中的土体施加侧向压力，当然也可以选择在填料箱体1内设置滑槽，承力面板安装在滑槽中使承力面板可以相对填料箱体1朝向填料箱体1的内部运动，从而对填料箱体1内部的土体施加压力。

上述的第三侧面可以为填料箱体1中与第一侧面相对的一侧面，当然也可以选择第三侧面为填料箱体1中靠近第一侧面的一侧面，第三侧面可以选择与第二侧面相对设置。可以选择多个槽钢沿第三侧面的高度方向依次排列形成活动面板12，或者可以选择使用长方形的钢板作为活动面板12，活动面板12可以选择通过螺栓与填料箱体1可拆卸连接，当然也可以选择在活动面板12上开设定位孔，在填料箱体1上开设安装槽，将活动面板12插入安装槽中，使用定位销穿过定位孔，使活动面板12可拆卸的连接于填料箱体1上。

具体使用时，在填料箱体1内设置桩锚结构，桩锚结构贴合于透明面板11，向填料箱体1中添加土体，桩锚结构位于土体中，将拉拔组件22与填料箱体1中的土体连接，使用竖向加载装置和侧向加载装置对填料箱体1中的土体施加竖向和侧向的压力，以模拟桩锚结构在实际应用中所受的土体压力，使用拉拔组件22将填料箱体1中桩锚结构从土体中沿竖直方向拔出，使用摄像机通过透明面板11拍摄填料箱体1中桩锚结构与土体的相互作用的影像，使用分析软件对影像进行分析，更换填料箱体1中的土体时，拆卸活动面板12，使土体通过第三侧面从填料箱体1中移除。

通过设置填料箱体1、竖向加载组件4、侧向加载组件3及拉拔组件22，使填料箱体1中可以设置桩锚结构并且填充土体，使用竖向加载组件4和侧向加载组件3向填料箱体1中的土体施加压力，实现在填料箱体1中模拟桩锚结构在不同受力结构的土体中的环境，拉拔组件22可以为桩锚结构在竖直方向提供稳定的驱动力，使桩锚结构与土体颗粒之间的相互作用直观、准确的被记录，可拆卸的活动面板12位于填料箱体1的侧面，当活动面板12从填料箱体1的侧面拆卸后，填料箱体1中的土体可以通过第三侧面快速从填料箱体1中排出，提升试验效率。

参照图1至图6所示，在一些实施例中，侧向加载组件3包括加载驱动装置32和加载端头31，填料箱体1的第二侧面设有承力面板，填料箱体1的外侧设有加载面板33，具体可以选择加载面板33为刚性板，加载面板33可以选择通过螺栓固定连接于地面，当然也可以选择加载面板33放置在地面上依靠自重保持稳定，加载面板33与承力面板相对设置，侧向加载组件3设置于加载面板33与承力面板之间，加载驱动装置32设置于加载面板33上，加载端头31设置于加载驱动装置32的输出端上，加载端头31与承力面板抵触，以使承力面板能够在加载驱动装置32的驱动作用下朝向填料箱体1内部移动，从而对填料箱体1中的土体施加竖直方向的压力。

具体的，加载驱动装置32可以选择为油缸机，油缸机的输出端上可以选择设置长方形的加载端头31，当然也可以选择使用液压机作为加载驱动装置32，在液压机的输出端可以选择设置圆形的加载端头31，加载端头31可以通过螺栓与加载端头31连接，当然也可以选加载端头31通过焊接的方式与加载驱动装置32连接，承力面板可以选择为柔性材料的面板，在侧向加载组件3的作用下，柔性材料的承力面板朝向填料箱体1的内部变形，对填料箱体1内部的土体施加侧向的压力，当然也可以选择承力面板为刚性板，侧向加载组件3对承力面板施加压力后，承力面板朝着填料箱体1内部移动，对填料箱体1中的土体施加侧向的压力。

上述的加载驱动装置32和加载端头31的数量为多个，加载端头31和加载驱动装置32的输出端一一对应连接，加载端头31和加载驱动装置32在承力面板上均匀分布，侧向加载组件3使用时，可以选择在竖直方向上的一列加载驱动装置32对承力面板施加压力，当然也可以选择在水平方向上的一行加载驱动装置32对承力面板施加压力，或者也不限于全部加载驱动装置32均对承力面板施加压力。

通过设置侧向加载装置，并且在填料箱体1的第二侧面设有承力面板，在填料箱体1的外侧设有加载面板33，加载面板33和承力面板相对设置，加载面板33和承力面板之间设有加载驱动装置32和加载端头31，使加载驱动装置32可以向承力面板施加压力，使填料箱体1中的土体受到侧向的压力，调整填料箱体1中的桩锚结构在侧向上受土体的压力，实现对不同桩锚结构受力环境的模拟，以锚板为例，当研究不同埋置深度的锚板的承载机理时，侧向加压装置可进行四种梯度的应力加压，根据相似比等效为不同埋置深度的应力状态，从而真实的反映出不同埋置深度下锚板的承载特性。

参照图1至图4所示，在一些实施例中，拉拔组件22包括反力架21和拉拔装置，至少部分反力架21位于填料箱体1上方，所拉拔装置设置于反力架21上，适于与桩锚结构连接，具体可以选择反力架21为钢材制作，拉拔装置可以选择通过螺栓与反力架21连接，当然也可以选择通过铆钉连接的方式使反力架21与螺栓连接，反力架21可以选择使用螺栓与地面固定连接，当然也可以选择反力架21使用铆接的方式与地面固定连接。

通过设置反力架21和拉拔装置作为拉拔组件22，并且至少部分反力架21位于填料箱体1的上方，拉拔装置设置于反力架21上，适于与桩锚结构连接，使拉拔装置在拉拔桩锚结构时，拉拔装置承受的反作用力通过反力架21传递至地面，提升拉拔组件22在桩锚结构试验装置使用时的稳定性。

参照图1至图4所示，在一些实施例中，反力架21包括横梁212和两个立柱211，两个立柱211垂直设置于横梁212的两端，具体可以选择立柱211通过螺栓与横梁212的两端连接，当然也可以选择通过焊接的方式连接横梁212与立柱211，立柱211的底部与地面固定连接，两个立柱211垂直于地面设置，填料箱体1位于两个立柱211之间，至少部分横梁212位于填料箱体1上方，拉拔装置设置于横梁212上，拉拔装置可以选择设置于横梁212位于填料箱体1上方的部分，立柱211的底部可以选择通过螺栓与地面固定连接，或者也可以选择通过水泥使立柱211的底部与地面固定连接。

通过设置反力架21包括两个立柱211和横梁212，两个立柱211垂直设置于横梁212的两端，立柱211的底部与地面固定连接，两个立柱211垂直于地面设置，填料箱体1位于两个立柱211之间，并且至少部分横梁212位于填料箱体1的上方，拉拔装置设置于横梁212上，拉拔装置设置于横梁212上，方便与填料箱体1中的桩锚结构连接，使桩锚结构可以受到竖直向上的作用力，位于填料箱体1两侧的立柱211使拉拔装置在工作时的压力通过立柱211分散传递至地面，提升了反力架21在拉拔装置工作时的稳定性。

参照图1至图4所示，在一些实施例中，拉拔装置包括托架224、液压伺服作动器221、传力杆222和千分表223，托架224固定在反力架21上，传力杆222竖直设置于托架224上，传力杆222的一端与液压伺服作动器221连接，另一端与桩锚结构连接，传力杆222上设有千分表223。

具体的，托架224可以选择通过螺栓连接在反力架21远离填料箱体1的一面，液压伺服作动器221可以通过螺栓或者铆钉连接在托架224上，传力杆222竖直设置于托架224上，可以选择在反力架21上开设竖直方向的通孔，传力杆222穿过通孔与托架224连接，或者也可以选择部分托架224延伸出反力架21，传力杆222与位于反力架21外侧的托架224连接。传力杆222的一端可以通过螺栓与液压伺服作动器221连接，或者也可以选择通过铆钉与液压伺服作动器221连接，可以选择在桩锚结构上设置插槽，在传力杆222的另一端设置定位孔，将传力杆222的插入插槽中并且使用定位销穿过定位孔，实现传力杆222与桩锚结构的连接，当然也可以选择使用螺栓连接传力杆222与桩锚结构。千分表223可以选择通过螺栓连接在传力杆222上，也可以选择通过卡扣连接的方式连接在传力杆222上。

通过设置托架224、液压伺服作动器221、传力杆222和千分表223作为拉拔装置，托架224固定在反力架21上，传力杆222竖直设置于托架224上，使传力杆222上的力可以沿托架224传递至反力架21上，提升传力杆222在使用时的稳定性，传力杆222的一端与液压伺服作动器221连接，另一端与桩锚结构连接，使传力杆222可以受液压伺服作动器221的控制和驱动，对位于填料箱体1内部土体中的桩锚结构施加竖直向上的拉力，完成桩锚结构的拉拔工作，传力杆222上设置千分表223可以具体显示传力杆222在使用时所受拉力，为分析软件对桩锚结构和土体相互作用时影像的分析提供精确数据。

参照图1至图4所示，在一些实施例中，竖向加载组件4包括液压千斤顶41和盖板42，盖板42位于填料箱体1的顶面，适于覆盖于填料箱体1内部的土体的上方，盖板42上设有供桩锚结构通过的缺口，液压千斤顶41设置于反力架21上，适于向盖板42施加朝向填料箱体1内部的压力。

具体的，可以选择盖板42为两块长方形的钢板，两块长方形长度的边缘互相抵接后形成盖板42，当然也可以选择盖板42为一块钢板，盖板42的尺寸可以选择小于填料箱体1的尺寸，使盖板42覆盖于填料箱体1的顶部后可以沿填料箱体1的高度方向移动，盖板42位于靠近透明面板11的一侧边缘可以选择设置长方形的缺口，或者也可以选择设置圆形的缺口，只要达到传力杆222可以通过缺口连接桩锚结构，并且避免盖板42阻碍桩锚结构在传力杆222的拉力下竖向向上移动最终脱离土体的效果即可。

上述的液压千斤顶41可以选择通过滑轨组件设置在反力架21上，可以选择在反力架21上设置滑轨和与滑轨配套连接的滑块，将液压千斤顶41通过螺栓连接在滑块上，滑轨组件的滑动方向与反力架21的横梁212的长度方向一致，滑轨组件位于横梁212和填料箱体1之间，可以选择在滑轨组件上设置两个液压千斤顶41，也可以选择在滑轨组件上设置其他数量的液压千斤顶41。当然，也可以选择液压千斤顶41通过螺栓设置在横梁212靠近填料箱体1的一面。

通过设置液压千斤顶41和盖板42作为竖向加载组件4，使盖板42位于填料箱体1的顶面，覆盖于填料箱体1内部的土体的上方，液压千斤顶41设置于反力架21上，适于向盖板42施加朝向填料箱体1内部的压力，使填料箱体1内部的土体可以受到竖直方向的压力，实现模拟不同深度土体的桩锚结构的受力环境，并且盖板42身上设有供桩锚结构通过的缺口，避免了盖板42影响桩锚结构在竖直方向上的移动，以抗滑桩为例，当研究双排抗滑桩的承载机理时，侧向加载组件3能提供均匀的水平推力，竖向加载组件4能对土体和桩锚结构提供竖直方向的压力，因此可研究施加水平推力荷载的过程中，桩锚结构周围的土体对基桩产生沿坡向的推力及抗力与桩锚结构的相互作用关系。

参照图1至图4所示，在一些实施例中，填料箱体1的顶部设有落砂组件5，落砂组件5包括落砂箱体51和多个竖向设置的调节支架52，填料箱体1的顶部设有滑轨，调节支架52的一端与滑轨滑动连接，另一端与落砂箱体51连接，落砂箱体51通过多个调节支架52支撑在填料箱体1的上方，调节支架52适于调节落砂箱体51与填料箱体1的顶面之间的距离。

具体的，落砂箱体51可以选择为长方形的箱体，落砂箱体51的底面设置钢丝网，用于使通过落砂箱体51落下的土体形状和体积均匀；可以选择在填料箱体1的顶部设置两条滑轨，在调节支架52的一端通过螺栓连接滑块，滑块与滑轨配合连接使调节支架52与填料箱体1滑动连接，调节支架52可以选为长方形支架，沿调节支架52的长度方向间隔设置多个定位孔，在落砂箱体51的两侧分别设置两个定位柱，在填料箱体1的顶部设置四个调节支架52，落砂箱体51通过，通过定位柱插入定位孔中，使落砂箱体51与调节支架52连接。通过落砂箱体51上定位柱和调节支架52上不同高度的定位孔连接，实现调节落砂箱体51与填料箱体1的顶部之间的距离。

通过在填料箱体1的顶部设置落砂组件5，落砂组件5包括落砂箱体51和多个竖向设置的调节支架52，填料箱体1的顶部设有滑轨，调节支架52的一端与滑轨滑动连接，另一端与落砂箱体51连接，落砂箱体51通过多个调节支架52支撑在填料箱体1的上方，调节支架52适于调节落砂箱体51与填料箱体1的顶部之间的距离，使土体可以放入落砂箱体51中，通过不同高度的落砂箱体51中的土体进入填料箱体1中，实现对填料箱体1中土体的密实度的调控。

参照图1至图8所示，在一些实施例中，填料箱体1设有给水部件和排水部件，给水部件与填料箱体1的内部连接，适于向填料箱体1内部添加水，排水部件位于填料箱体1的内部，适于排出填料箱体1内部的水，具体可以选择给水部件的一端连接水泵，另一端通入填料箱体1的内部，排水部件连接填料箱体1的内部和外部，可以选择排水部件设置在填料箱体1的底面。

通过设置给水部件和排水部件，可以调控填料箱体1内部的土体的含水量，探究不同土体湿度下桩锚结构与土体的相互作用的机理。

参照图1至图8所示，在一些实施例中，给水部件包括注水管62和水位指示计61，注水管62竖直设置于填料箱体1的内部，注水管62上设有多个注水口，多个注水口沿注水管62的长度方向间隔设置，水位指示计61的一端位于填料箱体1外侧，另一端与填料箱体1内部连通；排水部件包括排水槽和可开关式地漏63，可开关式地漏63设置于填料箱体1的底面，排水槽位于填料箱体1内部，排水槽与可开关式地漏63连接，适于水通过可开关式地漏63排出填料箱体1。

具体的，注水管62可以为不锈钢钢管，当然可以选择注水管62为PVC塑料管，注水管62竖直设置在填料箱体1内部的边缘，可以选择使用卡扣连接注水管62和填料箱体1，当然也可以选择使用螺栓连接注水管62和填料箱体1；可以选择沿注水管62的长度方向，在注水管62上间隔设置多个圆孔，或者也可以选择在注水管62上沿注水管62的长度方向间隔设置多个中空的圆柱体，圆柱体的内部与注水管62的内部连通。水位指示计61可以选择使用U形的水位指示计61，U形的水位指示计61的一端的指示管位于填料箱体1中，另一端的指数管位于填料箱体1外侧。

上述的排水部件中，具体可以选择在填料箱体1的内部的底面上设置排水槽，排水槽可以沿填料箱体1底面的边缘分布，或者也可以选择设置在填料箱体1底面的中部，可开关式地漏63设置在填料箱体1底面，可开关式地漏63与填料箱体1的外部连通，可开关式地漏63可以选择位于填料箱体1的底面的边缘，当然也可以选可开关式地漏63位于填料箱体1底面的中部。

通过设置注水管62和水位指示计61作为给水部件，注水管62竖直设置于填料箱体1的内部，注水管62上设有多个注水口，多个注水口沿注水管62的长度方向间隔设置，水位指示计61的一端位于填料箱体1外侧，另一端与填料箱体1内部连通，使注水管62中的水可以均匀的进入填料箱体1中的土体中。通过在填料箱体1的底面设置排水槽和可开关式地漏63，使填料箱体1中的土体中的水可以通过排水槽和可开关式地漏63快速排出。

具体使用时，将沿对称面分开的桩锚结构放入填料箱体1中，将桩锚结构的对称面贴合透明面板11，向落砂箱体51中装入土体，通过落砂箱体51向填料箱体1中填充土体，将桩锚结构与传力杆222连接，在填料箱体1的土体上方设置盖板42，启动液压千斤顶41和侧向加载组件3，使液压千斤顶41在竖直方向对盖板42施加压力，侧向加载组件3在向承力面板施加压力，使土体达到所需要的围压，使用传力杆222竖直向上拉拔桩锚结构，使用摄像机通过透明面板11拍摄桩锚结构和土体之间的相互作用过程，以研究土体密实度和桩锚结构的转化埋深对桩锚结构的影响。

在研究饱和土体及渗流条件下的桩锚结构的试验时，可以在桩锚结构设置于填料箱体1后，使用落砂箱体51向填料箱体1中填充土体，使用注水管62向土体中注水，使用水位指示计61观测土体中水含量，控制土体处于饱和状态，或者打开可开关式地漏，使土体处于渗流状态，使用传力杆222竖直向上拉拔桩锚结构的同时用摄像机记录桩锚结构与土体的相互作用过程，以研究饱和土体和渗流土体对桩锚结构的影响。

在研究不同水位下桩锚结构与土体的相互作用关系时，在桩锚结构设置于填料箱体1中土体内部后，使用注水管62向填料箱体1内注水，通过控制注水管62的注水量让水位缓慢上升至设计水位，通过拉拔组件22将桩锚结构向上拉拔，使用摄像机记录桩锚结构与土体之间的相互作用过程，以研究不同水位的桩锚结构的锚固机理。

在研究不同埋置深度的桩锚结构的承载机理时，侧向加载组件3以四种梯度的应力加压，通过拉拔组件22将桩锚结构向上拉拔，使用摄像机记录桩锚结构与土体之间的相互作用过程，根据相似比等效为不同埋置深度的应力状态，从而真实的反映出不同埋置深度下锚板的承载特性。

在研究桩锚结构为抗滑桩时，使用侧向加载组件提供均匀的水平推力，使用竖向加载组件对土体及桩锚结构进行堆载，通过拉拔组件22将桩锚结构向上拉拔，使用摄像机记录桩锚结构与土体之间的相互作用过程，以研究施加水平推力荷载的过程中，桩锚结构周围的土体对基桩产生沿坡向的推力及抗力。

本公开还提供了一种桩锚结构试验方法，使用上述的桩锚结构试验装置，包括以下步骤：

在填料箱体1中设置桩锚结构，桩锚结构的侧面与填料箱体1的透明面板11贴合，向填料箱体1中填充土体，使桩锚结构的一端埋入土体中，桩锚结构的另一端与拉拔组件22连接，具体可以选择桩锚结构沿对称面切割，将对称面与透明面板11贴合；

使用竖向加载组件4对填料箱体1中的桩锚结构施加竖向压力，使用侧向加载组件3对填料箱体1中的桩锚结构施加侧向压力，通过拉拔组件22竖直向上拉拔桩锚结构，使用摄影机透过透明面板11记录桩锚结构与土体在拉拔过程中的影像；

使用分析软件对摄影机记录的影像进行分析，得出桩锚结构的锚固机理。

具体的，沿桩锚结构的对称面切割桩锚结构形成桩锚模具，将桩锚模具的切割面贴合透明面板11，根据所需的土体密实度调整落砂箱体的高度，利用砂雨法将土体填充入填料箱体1中，将盖板放置在填料箱体1上，液压千斤顶对盖板施加竖直向下的压力，侧向加载组件对土体施加侧向的围压，通过传力杆对桩锚结构进行拉拔试验，同时用摄像机拍摄桩锚结构的拉拔过程中的图片，相邻两次拍摄图片之间的时间间隔固定，利用粒子图像测试技术(PIV)对图片进行处理，分析桩锚结构周围的土体位移场和剪应变场，揭示桩锚结构和土体的相互作用机理，研究了密实度和转化埋深对桩锚结构的影响。

上述的桩锚结构试验方法中，还可以使用注水管62向填料箱体1中注水，使用水位指示计观测土体使填料箱体1中的土体处于饱和状态或者渗流状态，然后使用传力杆拉拔桩锚结构，使用摄像机记录桩锚结构的拉拔过程的图片，使用粒子图像测试技术(PIV)对图片进行处理，分析桩锚结构周围的土体位移场和剪应变场，揭示桩锚结构和土体的相互作用机理，研究饱和土体或者渗流土体对桩锚结构的影响。

上述的桩锚结构试验方法中，还可以在桩锚结构位于填料箱体1中的土体时，使用侧向加载组件3对土体进行四种梯度的应力加载，然后使用传力杆222拉拔桩锚结构，使用摄像机记录桩锚结构的拉拔过程的图片，使用粒子图像测试技术(PIV)对图片进行处理，分析桩锚结构周围的土体位移场和剪应变场，根据相似比等效为不同埋置深度的应力状态，进行不同埋置深度的锚板的承载机理的研究。

上述的桩锚结构试验方法中，还可以在桩锚结构为抗滑桩时，使用侧向加载组件3向土体和其中的桩锚结构提供均匀的水平推力，使用竖向加载组件4进行堆载，然后使用传力杆222拉拔桩锚结构，使用摄像机记录桩锚结构的拉拔过程的图片，使用粒子图像测试技术(PIV)对图片进行处理，分析桩锚结构周围的土体位移场和剪应变场，研究水平推力载荷下，桩锚结构周围土体对桩锚结构产生的沿推力及抗力。

通过在填料箱体1中设置桩锚结构后在填料箱体1中填充土体，控制竖向加载组件4和侧向加载组件3对土体施加竖向和侧向的压力大小与分布，并且使用给水部件和排水部件调控土体的饱和程度，通过拉拔组件22拉拔桩锚结构的同时，使用摄像机记录桩锚结构与土体的相互作用的影像，对影像进行分析从而可以直观准确的检测桩锚结构与土体的相互作用关系，揭示不同条件下桩锚结构的锚固机理。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种桩锚结构试验装置，其特征在于，包括填料箱体(1)、竖向加载组件(4)、侧向加载组件(3)及拉拔组件(22)；

所述填料箱体(1)适于容纳土体及桩锚结构，所述填料箱体(1)的第一侧面设有透明面板(11)，所述透明面板(11)适于摄像机拍摄所述填料箱体(1)内部的桩锚结构与土体，所述拉拔组件(22)和所述竖向加载组件(4)均设置于所述填料箱体(1)的上方，所述侧向加载组件(3)设置于所述填料箱体(1)的第二侧面，所述竖向加载组件(4)适于对所述填料箱体(1)中的土体施加竖向压力，所述侧向加载组件(3)适于对所述填料箱体(1)中的土体施加侧向压力，所述拉拔组件(22)适于在竖直方向拉拔所述填料箱体(1)中的桩锚结构，所述填料箱体(1)的第三侧面设有活动面板(12)，所述活动面板(12)可拆卸的连接于所述第三侧面。

2.根据权利要求1所述的桩锚结构试验装置，其特征在于，所述侧向加载组件(3)包括加载驱动装置(32)和加载端头(31)，所述填料箱体(1)的第二侧面设有承力面板，所述填料箱体(1)的外侧设有加载面板(33)，所述加载面板(33)与所述承力面板相对设置，所述侧向加载组件(3)设置于所述加载面板(33)与所述承力面板之间，所述加载驱动装置(32)设置于所述加载面板(33)上，所述加载端头(31)设置于所述加载驱动装置(32)的输出端上，所述加载端头(31)与所述承力面板抵触，以使所述承力面板可以在加载驱动装置(32)的驱动作用下朝向所述填料箱体(1)内部移动。

3.根据权利要求1所述的桩锚结构试验装置，其特征在于，所述拉拔组件(22)包括反力架(21)和拉拔装置，至少部分所述反力架(21)位于所述填料箱体(1)上方，所拉拔装置设置于所述反力架(21)上，适于与所述桩锚结构连接。

4.根据权利要求3所述的桩锚结构试验装置，其特征在于，所述反力架(21)包括横梁(212)和两个立柱(211)，两个所述立柱(211)垂直设置于所述横梁(212)的两端，所述立柱(211)的底部与地面固定连接，两个所述立柱(211)垂直于地面设置，所述填料箱体(1)位于两个所述立柱(211)之间，至少部分所述横梁(212)位于所述填料箱体(1)上方，所述拉拔装置设置于所述横梁(212)上。

5.根据权利要求3所述的桩锚结构试验装置，其特征在于，所述拉拔装置包括托架(224)、液压伺服作动器(221)、传力杆(222)和千分表(223)，所述托架(224)固定在所述反力架(21)上，所述传力杆(222)竖直设置于所述托架上，所述传力杆(222)的一端与所述液压伺服作动器(221)连接，另一端与所述桩锚结构连接，所述传力杆(222)上设有所述千分表(223)。

6.根据权利要求3所述的桩锚结构试验装置，其特征在于，所述竖向加载组件(4)包括液压千斤顶(41)和盖板(42)，所述盖板(42)位于所述填料箱体(1)的顶面，适于覆盖于所述填料箱体(1)内部的土体的上方，所述盖板(42)上设有供所述桩锚结构通过的缺口，所述液压千斤顶(41)设置于所述反力架(21)上，适于向所述盖板(42)施加朝向所述填料箱体(1)内部的压力。

7.根据权利要求1所述的桩锚结构试验装置，其特征在于，所述填料箱体(1)的顶部设有落砂组件(5)，所述落砂组件(5)包括落砂箱体(51)和多个竖向设置的调节支架(52)，所述填料箱体(1)的顶部设有滑轨，所述调节支架(52)的一端与所述滑轨滑动连接，另一端与所述落砂箱体(51)连接，所述落砂箱体(51)通过多个所述调节支架(52)支撑在所述填料箱体(1)的上方，所述调节支架(52)适于调节所述落砂箱体(51)与所述填料箱体(1)的顶部之间的距离。

8.根据权利要求1至7任一项所述的桩锚结构试验装置，其特征在于，所述填料箱体(1)设有给水部件和排水部件，所述给水部件与所述填料箱体(1)的内部连接，适于向所述填料箱体(1)内部添加水，所述排水部件位于所述填料箱体(1)的内部，适于排出所述填料箱体(1)内部的水。

9.根据权利要求8所述的桩锚结构试验装置，其特征在于，所述给水部件包括注水管(62)和水位指示计(61)，所述注水管(62)竖直设置于所述填料箱体(1)的内部，所述注水管(62)上设有多个注水口，多个所述注水口沿所述注水管(62)的长度方向间隔设置，所述水位指示计(61)的一端位于所述填料箱体(1)外侧，另一端与所述填料箱体(1)内部连通；

所述排水部件包括排水槽和可开关式地漏(63)，所述可开关式地漏(63)设置于所述填料箱体(1)的底面，所述排水槽位于所述填料箱体(1)内部，所述排水槽与所述可开关式地漏(63)连接，适于水通过所述可开关式地漏(63)排出所述填料箱体(1)。

10.一种桩锚结构试验方法，使用如权利要求1至9任一项所述的桩锚结构试验装置，其特征在于，包括以下步骤：

在填料箱体(1)中设置桩锚结构，所述桩锚结构的侧面与所述填料箱体(1)的透明面板(11)贴合，向所述填料箱体(1)中填充土体，使所述桩锚结构的一端埋入所述土体中，所述桩锚结构的另一端与拉拔组件(22)连接；

使用竖向加载组件(4)对所述填料箱体(1)中的所述桩锚结构施加竖向压力，使用所述侧向加载组件(3)对所述填料箱体(1)中的所述桩锚结构施加侧向压力，通过所述拉拔组件(22)竖直向上拉拔所述桩锚结构，使用摄像机透过所述透明面板(11)记录所述桩锚结构与所述土体在拉拔过程中的影像；

使用分析软件对所述摄像机记录的所述影像进行分析，得出所述桩锚结构的锚固机理。

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