CN205475365U - 一种固定侧限嵌岩桩的不排水载荷试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种固定侧限嵌岩桩的不排水载荷试验装置，涉及岩体力学嵌岩桩技术。本装置是：自下而上，下盖板、压力室和上盖板依次连接组成主体结构；岩样放置在压力室内，在岩样的钻孔内嵌入PVC‑U管，模型桩通过中心导向管竖直插入PVC‑U管内；密封螺帽旋进注浆排气孔，螺杆穿过穿孔，拧螺杆螺帽使螺杆旋进下盖板的螺纹孔内；拧开注浆排气孔浇筑水泥浆，在水泥浆凝结硬化达到设计强度后，打开上盖板，将装置放置在水中抽真空饱和；在试样饱和后将装置放置在加载系统内进行载荷试验。本实用新型可以模拟嵌岩桩在岩石中的端承特性，得到桩端破坏时，孔压和承载力变化的规律。装置标准统一，可实现多次工业复制，适用于各类嵌岩桩的浇筑和试验。

Description

一种固定侧限嵌岩桩的不排水载荷试验装置

技术领域

本实用新型涉及岩体力学嵌岩桩技术，尤其涉及一种固定侧限嵌岩桩的不排水载荷试验装置。

背景技术

桩端嵌入岩体中的桩称为嵌岩桩，嵌入不同特性岩体中的嵌岩桩其特性的差异是由岩体特性的差异所引起的。为了模拟嵌岩桩的受力和破坏模式，国内外研究人员开展以一系列等尺寸嵌岩桩的载荷试验和等比例室内模型试验。等尺寸嵌岩桩载荷试验可以很好地得到桩身承载力数据，但试验的周期长、现场的不确定性大。因此，采用室内模型试验可以弥补上述缺陷。

目前，关于嵌岩桩的模型试验装置比较简单且不够系统和规范，考虑的实际条件不够充分，对饱和状态时不排水破坏模式和实际地层内的围压条件考虑较少。在室内的模型试验中，大多采用在取样的大块岩石上进行钻孔，修平孔底，清孔以后在孔内浇筑钢筋混凝土的模型桩，凝结达到设计强度后在压力机上进行试验。这种方法得到的试验结果受到人为误差影响较大：试验所用的岩块大小不一造成尺寸效应的影响，浇筑及养护混凝土的工艺差别较大也影响模型桩的强度；同时模型桩受到的围压仅仅为桩周岩体结构作用，围压作用小，不能反应嵌岩桩在一定深度的围压效应。

在嵌岩桩的破坏性载荷试验时，桩端的突然破坏和渐进性破坏导致的孔隙水压力的消散方式不同，会导致因孔隙水压力升高造成的桩端承载力不同。现有的试验未能考虑桩端孔压变化对桩端承载力的影响。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于考虑不排水条件下，孔压对桩端承载力的影响，同时克服现有嵌岩桩模型试验在制样和制桩上的人为误差及无侧限问题，提供一种固定侧限嵌岩桩的不排水载荷试验装置，可以避免上述误差，有效模拟嵌岩桩在岩层中破坏时的端承特性。

本实用新型的目的是这样实现的：

一、固定侧限嵌岩桩的不排水载荷试验装置（简称装置）

本装置包括模型桩、上盖板、压力室、下盖板、上密封圈、下密封圈、螺杆、PVC-U管、密封螺帽、水泥浆和岩样；

在模型桩的底部开孔埋入孔压传感器，孔压传感器的底部设置过滤铜塞，孔压传感器的引线从内孔中引出；

在上盖板上设置有中心导向管、注浆排气孔、穿孔和密封圈；

在下盖板上设置有螺纹孔；

其位置和连接关系是：

自下而上，下盖板、压力室和上盖板依次连接组成主体结构；

岩样放置在压力室内，在岩样的钻孔内嵌入PVC-U管，模型桩1通过中心导向管竖直插入PVC-U管内；

密封螺帽旋进注浆排气孔，螺杆穿过穿孔，拧螺杆螺帽使螺杆旋进下盖板的螺纹孔内；

拧开注浆排气孔浇筑水泥浆，在水泥浆凝结硬化达到设计强度后，打开上盖板，将装置放置在水中抽真空饱和。

二、固定侧限嵌岩桩的不排水载荷试验方法（简称方法）

本方法包括下列步骤：

①组装

将下盖板放置底部，在其上放置压力室，在压力室上下底面沿圆环中心分别嵌固上密封圈和下密封圈，防止水泥浆外溢；

②放样

将加工好的岩样的上部居中钻直径20毫米的孔，孔底距离岩样的底部50毫米；在压力室内调整岩样使钻孔居中，将外径20毫米、壁厚1.35毫米和长70毫米的PVC-U管嵌入钻孔内，在PVC-U管顶部沿周长裹一圈塑料薄膜，防止灌注水泥浆流入孔内；

③固定

将模型桩通过上盖板的中心导向管插入PVC-U管内，固定上盖板，使螺杆穿过上盖板的穿孔，拧螺帽使螺杆旋入下盖板中的螺纹孔内；利用4个固定螺杆使上盖板、下盖板和压力室达到固定；

④注浆

拧开上盖板的4个密封螺帽，将搅拌好的高流动性水泥浆通过注浆排气孔注入试样与压力室内壁之间的空隙，在水泥浆填充满后拧紧密封螺帽；

⑤饱和

在水泥浆凝结硬化达到设计强度后，打开上盖板，将试样放置在水中抽真空饱和；

⑥加载

在试样完全饱和后，将整个试验装置放在压力机上进行加载，通过荷载位移传感器和孔压采集仪实时采集数据。

本实用新型具有下列优点和积极效果：

①可将大小不一的岩样浇筑成统一尺寸，避免尺寸不一带来的试验影响；

利用本装置浇筑的试样为统一标准：直径90毫米，高120毫米的圆柱体试样；

②利用钢制圆杆的模型桩取代传统的钢筋混凝土浇筑模型桩，避免了浇筑模型桩的人为误差；

③上盖板的4个注浆排气孔与4个穿孔绕盖板中心呈45度夹角交替分布，使注浆孔处预留较多活动空间，方便注浆操作；

④运用压力室和上下盖板提供固定侧限，模拟岩样在实际地层中受到的围压作用；

⑤可以得到承载力随桩端位移变化的规律，计算桩端承载力；

⑥运用孔压传感器可以实时采集数据，得到桩端在破坏时的孔压变化；

⑦可拆卸，方便脱模后二次使用。

总之，本装置运用固定侧限的作用模拟嵌岩桩在实际岩层里的围压条件，可以模拟嵌岩桩在岩石中的端承特性，得到桩端破坏时，孔压和承载力变化的规律。装置标准统一，可实现多次工业复制，适用于各类嵌岩桩的浇筑和试验。

附图说明

图1是本装置的结构示意图；

图2是本装置上盖板俯视图及剖切线示意图；

图3是径向沿穿孔中心线A-A的纵剖面示意图；

图4是径向沿注浆排气孔中心线B-B的纵剖面示意图；

图5是装置的加载示意图。

图中：

1—模型桩，

1-1—孔压传感器，1-2—过滤铜塞，1-3—内孔，1-4—引线；

2—上盖板，

2-1—中心导向管，2-2—注浆排气孔，2-3—穿孔，2-4密封圈；

3—压力室；

4—下盖板，

4-1—螺纹孔；

5—上密封圈；

6—下密封圈；

7—螺杆，

7-1—螺帽；

8—PVC-U管；

9—密封螺帽；

10—水泥浆；

11—岩样；

M—荷载位移传感器；

N—孔压采集仪。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本装置详细说明：

1、总体

如图1、2、3、4，本装置包括模型桩1、上盖板2、压力室3、下盖板4、上密封圈5、下密封圈6、螺杆7、PVC-U管8、密封螺帽9、水泥浆10和岩样11；

在模型桩1的底部开孔埋入孔压传感器1-1，孔压传感器1-1的底部设置过滤铜塞1-2，孔压传感器1-1的引线1-4从内孔1-3中引出；

在上盖板2上设置有中心导向管2-1、注浆排气孔2-2、穿孔2-3和密封圈2-4；

在下盖板4上设置有螺纹孔4-1；

其位置和连接关系是：

自下而上，下盖板4、压力室3和上盖板2依次连接组成主体结构；

岩样11放置在压力室3内，在岩样11的钻孔内嵌入PVC-U管8，模型桩1通过中心导向管2-1竖直插入PVC-U管8内；

密封螺帽9旋进注浆排气孔2-2，螺杆7穿过穿孔2-3，拧螺杆螺帽7-1使螺杆7旋进下盖板4的螺纹孔4-1内；

拧开注浆排气孔2-2浇筑水泥浆10，在水泥浆10凝结硬化达到设计强度后，打开上盖板2，将装置放置在水中抽真空饱和。

工作机理：

本装置的主要功能部件均为钢制件，可拆卸；主体结构由下盖板4、压力室3和上盖板2依次连接组成，由四根螺杆7固定；压力室3与上盖板2和下盖板4接触处分别放置有上密封圈5和下密封圈6，用于密封浇注的水泥浆10；上盖板2上设置有4个注浆排气孔2-2便于注浆；水泥浆10凝固硬化达到指定龄期和强度后，打开上盖板2，将装置放置在水中抽真空饱和；在岩样11饱和后将整个试验装置放在压力机上进行试验；荷载位移传感器M可以实时采集桩端位移和端承力大小，孔压采集仪N可以实时采集桩端孔压数据。

2、功能部件

01）模型桩1

模型桩1是一种钢制圆杆，直径16毫米，长度220毫米。

其功能是：模拟钢筋混凝土嵌岩桩，刚度大，自身应变小。

*孔压传感器1-1为微型传感器，埋入模型桩1的底部，用于测量桩端孔压变化。

*过滤铜塞1-2位于模型桩1的端部，孔压传感器1-1的下部，可以过滤岩样11中的破碎颗粒，保护孔压传感器1-1。

*内孔1-3位于模型桩1内部，与外界连通，引线1-4可通过内孔1-3引出。

*引线1-4的两端分别与孔压传感器1-1和孔压采集仪N相连，孔压采集仪N可以通过引线1-4的作用，实时获得孔压传感器1-1的数据。

02）上盖板2

上盖板2是一种钢制圆形板，直径180毫米，厚20毫米，设置有1个中心导向管2-1、4个注浆排气孔2-2和4个穿孔2-3，在上盖板2的下底面设置有凹槽；

4个注浆排气孔2-2和4个穿孔2-3围绕上盖板2的中心呈均匀交替分布（即呈45度夹角的中心对称）；

* 中心导向管2-1

中心导向管2-1位于上盖板2中心，外径26毫米，内径17毫米，壁厚4.5毫米，用于保证模型桩1竖直插入压力室3内。

* 注浆排气孔2-2

注浆排气孔2-2位于上盖板2中，一共4个，孔底外边缘紧贴压力室3内壁，直径为10毫米，孔深17毫米，孔内壁刻有螺纹；孔中心距离上盖板2圆心的轴距为40毫米，4个注浆排气孔2-2均匀分布在以40毫米为半径的圆周上；在注浆过程中，打开注浆排气孔2-2，可使水泥浆10在空隙中流动，注浆完成后，密封螺帽9拧进注浆排气孔2-2内，密封注浆排气孔2-2。

* 穿孔2-3

穿孔2-3位于上盖板2中，直径10.3毫米，孔深20毫米，一共4个，孔中心距离上盖板2圆心的轴距为77毫米，均匀分布在以77毫米为半径的圆周上，可使螺杆7穿过；4个穿孔2-3与4个注浆排气孔2-2绕上盖板2中心呈45度夹角交替分布。

*密封圈2-4位于上盖板2内，用于密封模型桩1与上盖板2之间的孔隙，在试验中防止岩样11中水溢出。

* 凹槽

深3毫米，直径120毫米（和压力室3的直径适配），用于固定压力室3。

03）压力室3

压力室3为一种钢制圆筒，外径120毫米，内径90毫米，壁厚15毫米，高120毫米；压力室3的上下底面圆环分别居中设置有凹槽，凹槽外径105毫米，凹槽截面为正方形，槽深2毫米，槽宽2毫米；

凹槽内放置上密封圈5和下密封圈6。

04）下盖板4

下盖板4为一种钢制圆形板，直径180毫米，厚20毫米，设置有4个螺纹孔4-1（和上盖板2的4个穿孔2-3的位置对应）；

* 螺纹孔4-1

位于下盖板4中，一共4个，用于固定螺杆7，直径10毫米，孔深10毫米，孔中心距离下盖板4圆心的轴距为77毫米，均匀分布在以77毫米为半径的圆周上。固定时，调整上盖板2使螺纹孔4-1中心与穿孔2-3中心在竖直方向重合。

* 凹槽

在下盖板4的上底面居中设置有凹槽，凹槽深3毫米，直径120毫米，用于固定压力室3。

05）上密封圈5

上密封圈5为一种橡胶密封圈，规格为105×2，放置在压力室3上底面沿圆环中心的凹槽内，用于密封压力室3和上盖板2之间的间隙，防止水泥浆10的外溢。

06）下密封圈6

下密封圈6为一种橡胶密封圈，规格为105×2，放置在压力室3下底面沿圆环中心的凹槽内，用于密封压力室3和下盖板4之间的间隙，防止水泥浆10的外溢。

07）螺杆7

螺杆7的直径为10毫米，螺杆7的顶部设置有螺帽7-1, 螺杆7的下部可旋进螺纹孔4-1。

08）PVC-U管8

PVC-U管8为外径20毫米，壁厚1.35毫米，长70毫米，作为密封和导向管，嵌在岩样11的钻孔中，在PVC-U管8顶部沿周长裹一圈塑料薄膜，可防止灌浆时水泥浆10流入钻孔内。

09）密封螺帽9

密封螺帽9为一种M10螺帽标准件，一共四个，用于拧开和密封注浆排气孔2-2。

10）水泥浆10

水泥浆10用于灌注岩样11与压力室3之间的空隙，流动性大可方便灌浆，水灰比小可使凝结后的水泥浆强度大。

11）岩样11

岩样11的高度：100-120毫米，直径：60-90毫米，居中钻入直径20毫米的孔，孔底距离岩样11底部50毫米。

Claims (1)

1.一种固定侧限嵌岩桩的不排水载荷试验装置，其特征在于：

本装置包括模型桩（1）、上盖板（2）、压力室（3）、下盖板（4）、上密封圈（5）、下密封圈（6）、螺杆（7）、PVC-U管（8）、密封螺帽（9）、水泥浆（10）和岩样（11）；

在模型桩（1）的底部开孔埋入孔压传感器（1-1），孔压传感器（1-1）的底部设置过滤铜塞（1-2），孔压传感器（1-1）的引线（1-4）从内孔（1-3）中引出；

在上盖板（2）上设置有中心导向管（2-1）、注浆排气孔（2-2）、穿孔（2-3）和密封圈（2-4）；

在下盖板（4）上设置有螺纹孔（4-1）；

其位置和连接关系是：

自下而上，下盖板（4）、压力室（3）和上盖板（2）依次连接组成主体结构；

岩样（11）放置在压力室（3）内，在岩样（11）的上部中心钻孔内嵌入PVC-U管（8），模型桩（1）通过中心导向管（2-1）竖直插入PVC-U管（8）内；

密封螺帽（9）旋进注浆排气孔（2-2），螺杆（7）穿过穿孔（2-3），拧螺杆螺帽（7-1）使螺杆（7）旋进下盖板（4）的螺纹孔（4-1）内；

拧开注浆排气孔（2-2）浇筑水泥浆（10），在水泥浆（10）凝结硬化达到设计强度后，打开上盖板（2），将装置放置在水中抽真空饱和。