CN212427270U - 模拟土体位移边界条件的被动桩试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟土体位移边界条件的被动桩试验装置，包括外部框架、内部框架、模型桩、桩底嵌固装置，内部框架置于外部框架内，内部框架包括依次堆叠的下层框体、中层框体、上层框体，外部框架内设固定钢板，固定钢板位于内部框架内，外部框架经水平加载千斤顶连接内部框架，模型桩安装在内部框架内，本装置内部框架分为三层，且每层可独立或联合工作，可模拟不同区域土体水平位移对邻近桩基影响的模型试验，能够较好地应对实际工程中丰富多样的工况，模型桩安装位置可调，能模拟不同单桩或群桩距加载边界的距离，加载过程中受力均衡，可以较好地模拟土体水平位移边界条件，使得测试结果更为准确。

Description

模拟土体位移边界条件的被动桩试验装置

技术领域

本发明属于岩土工程试验领域，特别涉及一种模拟土体位移边界条件的被动桩试验装置。

背景技术

随着国民对城市交通和美好生活的需求不断提高，国家对城市建设的投入不断加大，新建工程对既有项目的交叉影响屡见不鲜，如填海造路引起土体侧移对邻近桥梁桩基的影响、打桩引起挤土效应和新隧道开挖对邻近桩基的影响问题等，此类问题均属于典型的被动桩问题。桩基础一旦发生破坏，将失去对既有结构物的支撑作用，结构物轻则发生不均匀沉降、结构开裂；重则发生倒塌、严重倾斜，存在较大的安全隐患。

然而目前国内相关规范中尚没有相关的计算方法可供参考，一方面是由于丰富多样的施工行为引起土体水平侧移打破了原始地层的应力平衡，使得土体的应力状态发生不同程度的变化；另一方面，既有结构物内力与变形的影响因素众多，如其周围的施工工况的变化、其自身应力水平等等。因此，国内外学者尚对该类问题还在探索中，寻求合理的计算方法进行评估与预测。

目前对土体水平位移引起邻近桩基破坏的研究主要采用现场监测、数值模拟和室内模型试验三种方法。其中，室内模型试验因其成本较低、数据可靠和可操作性强等优点，受到越来越多学者们的重视。但是，室内模型试验所用模型箱往往需要根据实验工况定制，且大多只能模拟一种工况，无法很好地解决实际工程中丰富多样的工况，重复利用率低，从而造成不必要的资源浪费。

发明内容

本发明提出一种模拟土体位移边界条件的被动桩试验装置。

本发明解决技术问题所采用的方案是，一种模拟土体位移边界条件的被动桩试验装置，包括外部框架、内部框架、模型桩、桩底嵌固装置，内部框架置于外部框架内；

所述内部框架包括依次堆叠的下层框体、中层框体、上层框体，下层框体、中层框体、上层框体的前后两侧均经有机玻璃板封闭，下层框体、中层框体、上层框体的右两侧均经加载钢板封闭，加载钢板右侧面中部安装有U型支座A，加载钢板右侧面左右对称安装两个开设有竖向插孔的锁扣，锁扣内能插设T形插销；

所述外部框架包括底板，底板左右两侧竖直安装有反力钢板，反力钢板外侧面经三角撑板与底板相连接，两个反力钢板之间设置有竖置的固定钢板，固定钢板经薄壁方管与左侧的反力钢板相连接，固定钢板位于内部框架内，固定钢板下端与底板连接固定，固定钢板前后两端与内部框架贴合，右侧的反力钢板内侧面中部由上至下间隔安装三个U型支座B，U型支座B与U型支座A同高度的相配合，U型支座B内安装有横置的水平加载千斤顶，水平加载千斤顶与反力钢板锁固，两侧的反力钢板前后侧均经横置的圆钢相连接，圆钢上套装有滑动套，滑动套经螺钉与圆钢锁固，滑动套上水平安装有滑动轴承，下层框体、中层框体、上层框体的上下端的框杆外侧各设置一根圆钢，滑动轴承与内部框架贴合；

模型桩位于内部框体内，桩底嵌固装置安装在模型桩下端，桩底嵌固装置锁固在底板上；

固定钢板与内部框架内壁围成的区间内填充有试验用土。

进一步的，所述桩底嵌固装置包括基板，基板中部安装有套筒，套筒与模型桩下端嵌装，基板上于套筒外周开设有通孔，底板上阵列有若干螺栓孔，基板经穿设通孔、螺栓孔的螺栓与底板相连接。

进一步的，所述桩底嵌固装置有左右对称设置的两个单元件拼合组成。

进一步的，所述圆钢为镀铬圆钢。

进一步的，所述薄壁方管上下对称设置两组，每组包括左右对称设置的两根薄壁方管。

进一步的，所述模型桩的桩身上安装有应变片和土压力传感器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：结构简单，设计合理，内部框架分为三层，且每层可独立或联合工作，可模拟不同区域土体水平位移对邻近桩基影响的模型试验，能够较好地应对实际工程中丰富多样的工况，模型桩安装位置可调，能模拟不同单桩或群桩距加载边界的距离，加载过程中受力均衡，可以较好地模拟土体水平位移边界条件，使得测试结果更为准确。

附图说明

下面结合附图对本发明专利进一步说明。

图1为本装置的结构示意图；

图2为外部框架的结构示意图；

图3为内部框架的结构示意图；

图4为模型桩的安装结构示意图。

图中：

1-外部框架；11-三角撑板；12-反力钢板；13-薄壁方管；14-固定钢板；15-圆钢；16-滑动轴承；17-水平加载千斤顶；18-U型支座B；2-内部框架；21-上层框体；22-中层框体；23-下层框体；24-机玻璃板；25- U型支座A；26-锁扣；27-T形插销；28-加载钢板；3-底板；31-螺栓孔；32-桩底嵌固装置；33-螺栓；34-模型桩。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1~4所示，一种模拟土体位移边界条件的被动桩试验装置，包括外部框架1、内部框架2、模型桩34、桩底嵌固装置31，内部框架置于外部框架内，外部框架为内部框架水平运动提供稳固的反力，水平推动力恒置于模型边界中心；

所述内部框架包括依次堆叠的下层框体23、中层框体22、上层框体21，下层框体、中层框体、上层框体的前后两侧均经有机玻璃板24封闭，下层框体、中层框体、上层框体的右两侧均经加载钢板28封闭，加载钢板右侧面中部安装有U型支座A25，加载钢板右侧面左右对称安装两个开设有竖向插孔的锁扣26，锁扣内能插设T形插销27；

所述外部框架包括底板3，底板左右两侧竖直安装有反力钢板12，反力钢板外侧面经三角撑板11与底板相连接，两个反力钢板之间设置有竖置的固定钢板14，固定钢板经薄壁方管13与左侧的反力钢板相连接，固定钢板位于内部框架内，固定钢板下端与底板连接固定，固定钢板前后两端与内部框架贴合，右侧的反力钢板内侧面中部由上至下间隔安装三个U型支座B18，U型支座B与U型支座A25同高度的相配合，U型支座B内安装有横置的水平加载千斤顶17，水平加载千斤顶与反力钢板锁固，两侧的反力钢板前后侧均经横置的圆钢15相连接，圆钢上套装有滑动套，滑动套经螺钉与圆钢锁固，滑动套上水平安装有滑动轴承16，下层框体、中层框体、上层框体的上下端的框杆外侧各设置一根圆钢，滑动轴承与内部框架贴合；

模型桩位于内部框体内，桩底嵌固装置安装在模型桩下端，桩底嵌固装置锁固在底板上；

固定钢板与内部框架内壁围成的区间内填充有试验用土。

在本实施例中，所述桩底嵌固装置包括基板，基板中部安装有套筒，套筒与模型桩下端嵌装，基板上于套筒外周开设有通孔，底板上阵列有若干设有内螺纹的螺栓孔31，基板经穿设通孔、螺栓孔的螺栓33与底板相连接。

在本实施例中，所述桩底嵌固装置由左右对称设置的两个单元件拼合组成。

在本实施例中，所述圆钢为镀铬圆钢。

在本实施例中，所述薄壁方管上下对称设置两组，每组包括左右对称设置的两根薄壁方管。

在本实施例中，所述模型桩的桩身上安装有应变片和土压力传感器。

用本装置进行实验按以下步骤进行：

（1）向固定钢板与内部框架内壁围成的区间内填充试验用土；

（2）通过水平加载千斤顶缓慢施加水平位移，通过控制油泵进油量和出油量，调节千斤顶位移速率，施加水平力和位移，同时通过提前布置在桩身的应变片和土压力传感器实时采集桩身内力、变形和桩侧土压力等桩身状态量，记录不同速率条件下，不同加载钢板位移和模型桩内力与变形的关系曲线，当模型桩出现破坏或加载板位移达到设计值，停止加载；

（3）卸载并清理试验用土，将内部框架复位；

（4）重复步骤1-3，通过调节不同模型桩距加载边界的距离、调节模型桩刚度、调节T型插销的长度改变下层框体、中层框体、上层框体之间的连接状态，进行下一个试验工况。

本装置的内部框架分为三层，每一部分可在水平轨道上独立或联合工作，使模型边界上发生均匀的水平定向运动，各层框架通过滑动轴承在水平定向轨道上稳定工作，可模拟不同区域土体水平位移对邻近桩基影响的模型试验，能够较好地应对实际工程中丰富多样的工况。

本装置的底板上设置若干螺栓孔，可以通过调整桩底嵌固装置至不同位置螺栓孔中，来模拟不同单桩或群桩距加载边界的距离。

本装置应用自平衡反力框架，可在有限的空间内，为试验提供较大的水平向反力。

本装置在加载过程中受力均衡，可以较好地模拟土体水平位移边界条件，使得测试结果更为准确。

本专利如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

在本专利的描述中，需要理解的是，术语“ 纵向”、“ 横向”、“ 上”、“ 下”、“ 前”、“ 后”、“ 左”、“ 右”、“ 竖直”、“ 水平”、“ 顶”、“ 底”、“ 内”、“ 外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种模拟土体位移边界条件的被动桩试验装置,其特征在于：包括外部框架、内部框架、模型桩、桩底嵌固装置，内部框架置于外部框架内；

所述内部框架包括依次堆叠的下层框体、中层框体、上层框体，下层框体、中层框体、上层框体的前后两侧均经有机玻璃板封闭，下层框体、中层框体、上层框体的右两侧均经加载钢板封闭，加载钢板右侧面中部安装有U型支座A，加载钢板右侧面左右对称安装两个开设有竖向插孔的锁扣，锁扣内能插设T形插销；

所述外部框架包括底板，底板左右两侧竖直安装有反力钢板，反力钢板外侧面经三角撑板与底板相连接，两个反力钢板之间设置有竖置的固定钢板，固定钢板经薄壁方管与左侧的反力钢板相连接，固定钢板位于内部框架内，固定钢板下端与底板连接固定，固定钢板前后两端与内部框架贴合，右侧的反力钢板内侧面中部由上至下间隔安装三个U型支座B，U型支座B与U型支座A同高度的相配合，U型支座B内安装有横置的水平加载千斤顶，水平加载千斤顶与反力钢板锁固，两侧的反力钢板前后侧均经横置的圆钢相连接，圆钢上套装有滑动套，滑动套经螺钉与圆钢锁固，滑动套上水平安装有滑动轴承，下层框体、中层框体、上层框体的上下端的框杆外侧各设置一根圆钢，滑动轴承与内部框架贴合；

模型桩位于内部框体内，桩底嵌固装置安装在模型桩下端，桩底嵌固装置锁固在底板上；

固定钢板与内部框架内壁围成的区间内填充有试验用土。

2.根据权利要求1所述的模拟土体位移边界条件的被动桩试验装置，其特征在于：所述桩底嵌固装置包括基板，基板中部安装有套筒，套筒与模型桩下端嵌装，基板上于套筒外周开设有通孔，底板上阵列有若干螺栓孔，基板经穿设通孔、螺栓孔的螺栓与底板相连接。

3.根据权利要求2所述的模拟土体位移边界条件的被动桩试验装置，其特征在于：所述桩底嵌固装置有左右对称设置的两个单元件拼合组成。

4.根据权利要求1所述的模拟土体位移边界条件的被动桩试验装置，其特征在于：所述圆钢为镀铬圆钢。

5.根据权利要求1所述的模拟土体位移边界条件的被动桩试验装置，其特征在于：所述薄壁方管上下对称设置两组，每组包括左右对称设置的两根薄壁方管。

6.根据权利要求1所述的模拟土体位移边界条件的被动桩试验装置，其特征在于：所述模型桩的桩身上安装有应变片和土压力传感器。

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