CN214574179U - 一种基桩深层侧壁摩阻力微观模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基桩深层侧壁摩阻力微观模拟装置,通过加压口向加压袋通入液体,加压袋对土体模型进行加压,以此对深层土体应力水平的有效模拟;且土体模型、基桩模型应力可实时监测,基桩模型更换便捷。本实用新型可用于超长基桩的模型试验,在缩小模型尺寸的情况下,能够有效捕捉模型的微小变形,并避免模型土体应力损失;并且能够在小尺寸的模型箱内模拟真实深层桩周土体的应力状态。本实用新型还可以与岩土工程PIV技术结合,能够有效捕捉与分析微小变形。
Description
技术领域
本实用新型涉及建筑工程技术领域,更具体地说,涉及一种基桩深层侧壁摩阻力微观模拟装置。
背景技术
桩基础是一种常见的基础形式,被广泛应用于高层建筑、高速公路、公路、港口码头、海上平台等工程中。工程的复杂程度越高,对桩基础的要求也更高,超长基桩应运而生。
对超长基桩进行研究,往往采用现场试验或者模型试验;但两种试验方法均存在相应的不足,具体如下:
在进行超长基桩的现场试验中,由于桩长和埋深的影响,试验中所埋设的元件的存活率难以保证,试验难度大、投入成本高;
在进行超长基桩的模型试验中,模型尺寸的缩小将导致模型微小变形难以捕捉、模型土体应力损失,且模型箱由于尺寸原因无法模拟真实深层桩周土体的应力状态。
现有技术中,缺少实现在超长基桩缩尺模型实验中,实现对深层桩周土体应力水平的有效模拟,同时最大程度满足对微小变形进行捕捉的技术方案。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足,提供一种基桩深层侧壁摩阻力微观模拟装置,充分考虑应力水平相关特性,可对深层土体应力水平的有效模拟,以此进行不同直径的超长基桩的加载试验,且原理明确、构筑简单、试验过程易于观察。
本实用新型的技术方案如下:
一种基桩深层侧壁摩阻力微观模拟装置,包括模型箱、加压袋、土体模型、基桩模型和推动装置;所述的模型箱为半圆圆柱体,包括顶板、底板、环形侧板和观测挡板;所述的基桩模型为半圆圆柱体,基桩模型的圆心与模型箱的圆心重叠设置,并贯通模型箱的顶板和底板;加压袋设置于模型箱内部的最上方;土体模型设置于模型箱内部并置于加压袋的下方;推动装置连接基桩模型,用于推动基桩模型沿竖直方向进行相对错动模拟。
作为优选,模型箱的顶板设置有若干可拆卸的环形梁与径向梁;环形梁的圆心与顶板的圆心重叠设置,环形梁的直径沿着远离顶板的圆心的水平距离的增加而增大;径向梁沿径向可拆卸地穿设于环形梁。
作为优选,环形梁紧密依次紧密设置,拆卸靠近顶板的圆心的一个或多个环形梁,顶板的圆心形成对不同直径的基桩模型的穿设口。
作为优选,径向梁均布于模型箱的顶板。
作为优选,环形侧板开设有加压口与卸压口,加压口与卸压口分别与加压袋相连。
作为优选,观测挡板等间距设置若干坐标参考点。
作为优选,加压袋注满液体后,通过压力调节器改变液体压力,通过加压袋对土体模型进行均匀加压,模拟不同深度土体应力状态。
作为优选,观测挡板的内壁设置有真空硅脂,基桩模型通过真空硅脂紧贴于观测挡板的内壁。
作为优选,基桩模型与模型箱的顶板和底板之间均采用橡胶圈密封,橡胶圈上涂覆有真空硅脂。
作为优选,土体模型的底面及侧面设置有压力计,用于实时测量土体压力。
本实用新型的有益效果如下:
本实用新型所述的基桩深层侧壁摩阻力微观模拟装置,通过加压口向加压袋通入液体,加压袋对土体模型进行加压,以此对深层土体应力水平的有效模拟;且土体模型、基桩模型应力可实时监测,基桩模型更换便捷。本实用新型可用于超长基桩的模型试验,在缩小模型尺寸的情况下,能够有效捕捉模型的微小变形,并避免模型土体应力损失;并且能够在小尺寸的模型箱内模拟真实深层桩周土体的应力状态。
本实用新型还可以与岩土工程PIV技术结合,能够有效捕捉与分析微小变形。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图;
图2是本实用新型的侧视图一(设置加压口的一侧);
图3是本实用新型的侧视图二(设置卸压口的一侧);
图中:10是模型箱,11是顶板,111是环形梁,112是径向梁,12是环形侧板,121是加压口,122是缷压口,13是观测挡板,131是坐标参考点,20是加压袋,21是土体模型,22是压力计,30是基桩模型,31是推动装置。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型进行进一步的详细说明。
本实用新型为了解决现有技术存在的超长基桩的模型试验,存在的因模型尺寸的缩小而导致模型微小变形难以捕捉、模型土体应力损失、无法模拟真实深层桩周土体的应力状态等不足,提供一种基桩深层侧壁摩阻力微观模拟装置,以用于模拟现场深层土体的应力状态以及进行模型桩的加载试验。
本实用新型所述的基桩深层侧壁摩阻力微观模拟装置,如图1、图2、图3所示,包括模型箱10、加压袋20、土体模型21、基桩模型30和推动装置31;加压袋20、土体模型21、基桩模型30安装于模型箱10内,推动装置31从模型箱10外与基桩模型30连接,推动基桩模型30沿竖直方向进行相对错动模拟,其推动力大小应由土体应力状态及基桩模型30在模型箱10内的长度所决定。模型箱10的圆心位置,预留半圆形的穿设口,用于基桩模型30的安装。
所述的模型箱10为半圆圆柱体,包括顶板11、底板、半圆形的环形侧板12和观测挡板13(采用钢化玻璃,实施为透明的观测挡板13),观测挡板13设置于环形侧板12的正面开口。模型箱10的顶板11设置有若干可拆卸的环形梁111与径向梁112,共同抵抗加压袋20产生的压力。环形梁111的圆心与顶板11的圆心重叠设置,环形梁111的直径沿着远离顶板11的圆心的水平距离的增加而增大;径向梁112沿径向可拆卸地穿设于环形梁111。为了使径向梁112能够均匀受力,本实施例中,径向梁112均布于模型箱10的顶板11;具体地,共设置5根径向梁112,相邻的径向梁112之间的夹角为30°。
为了适用不同直径的基桩模型30,径向梁112可沿顶板11的径向进行拆装,通过径向梁112对环形梁111进行固定。本实施例中,环形梁111紧密依次紧密设置,拆卸靠近顶板11的圆心的一个或多个环形梁111,顶板11的圆心形成对不同直径的基桩模型30的穿设口。具体实施时,可以沿着顶板11的径向抽出径向梁112,在抽出所有径向梁112后,即可拆卸环形梁111。当拆卸部分环形梁111,即保留其余环形梁111后,穿设口的直径对应保留的环形梁111的最小内径,适配于相应直径的基桩模型30。插入基桩模型30后,再重新组装环形梁111、径向梁112即可。
所述的基桩模型30为半圆圆柱体,基桩模型30的圆心与模型箱10的圆心重叠设置,并贯通模型箱10的顶板11和底板,其尺寸由缩尺比例决定。加压袋20设置于模型箱10内部的最上方;土体模型21设置于模型箱10内部并置于加压袋20的下方。推动装置31连接基桩模型30,推动基桩模型30沿竖直方向进行相对错动模拟。
装配完成后,基桩模型30需要紧贴观测挡板13的内壁,为了减小基桩模型30与观测挡板13之间的摩擦,本实施例中,观测挡板13的内壁设置有真空硅脂,基桩模型30通过真空硅脂紧贴于观测挡板13的内壁。真空硅脂可有效降低基桩模型30与观测挡板13之间的接触面的摩擦。基桩模型30与模型箱10的顶板11和底板之间均采用橡胶圈密封,可防止土体模型21挤出;橡胶圈上涂覆有真空硅脂,用于降低橡胶圈与基桩模型30表面的摩阻力。
环形侧板12开设有加压口121与卸压口122,加压口121与卸压口122分别与加压袋20相连,通过加压口121向加压袋20注入液体,通过加压袋20对土体模型21进行均匀加压,以此来模拟深层土体的应力状态,特别是模拟不同深度土体应力状态。加压袋20注满液体后,可通过压力调节器改变液体压力。
观测挡板13等间距设置若干坐标参考点131,采集不同基桩模型30加载阶段的图像并进行对比分析,实现对基桩模型30的侧摩阻力的微观机理分析。本实施例中,坐标参考点131为绘制于观测挡板13的内表面的黑色圆点。
为了实时测量土体压力,本实施例中,土体模型21的厚度实施为0.5m;土体模型21的底面及侧面设置有压力计22;当压力计22测得土体压力满足条件时,通过推动装置31对基桩模型30进行加载,以研究超长基桩的侧摩阻力的发挥。
本实用新型的使用方法如下:
1)将加压袋20、土体模型21、基桩模型30安装于模型箱10中;
2)通过加压口121向加压袋20注入液体,加压袋20对土体模型21进行加压,以此来模拟深层土体的应力状态;
3)压力计22测得土体压力满足条件时,停止加压,用推动装置31对基桩模型30进行加载来研究超长基桩的侧摩阻力的发挥;
4)完成试验后打开卸压口122进行卸压;
5)拆卸径向梁112与环形梁111,更换不同的直径的基桩模型30,重新组装径向梁112与环形梁111,开始新一轮试验。
上述实施例仅是用来说明本实用新型,而并非用作对本实用新型的限定。只要是依据本实用新型的技术实质,对上述实施例进行变化、变型等都将落在本实用新型的权利要求的范围内。
Claims (10)
1.一种基桩深层侧壁摩阻力微观模拟装置,其特征在于,包括模型箱、加压袋、土体模型、基桩模型和推动装置;所述的模型箱为半圆圆柱体,包括顶板、底板、环形侧板和观测挡板;所述的基桩模型为半圆圆柱体,基桩模型的圆心与模型箱的圆心重叠设置,并贯通模型箱的顶板和底板;加压袋设置于模型箱内部的最上方;土体模型设置于模型箱内部并置于加压袋的下方;推动装置连接基桩模型,用于推动基桩模型沿竖直方向进行相对错动模拟。
2.根据权利要求1所述的基桩深层侧壁摩阻力微观模拟装置,其特征在于,模型箱的顶板设置有若干可拆卸的环形梁与径向梁;环形梁的圆心与顶板的圆心重叠设置,环形梁的直径沿着远离顶板的圆心的水平距离的增加而增大;径向梁沿径向可拆卸地穿设于环形梁。
3.根据权利要求2所述的基桩深层侧壁摩阻力微观模拟装置,其特征在于,环形梁紧密依次紧密设置,拆卸靠近顶板的圆心的一个或多个环形梁,顶板的圆心形成对不同直径的基桩模型的穿设口。
4.根据权利要求2所述的基桩深层侧壁摩阻力微观模拟装置,其特征在于,径向梁均布于模型箱的顶板。
5.根据权利要求1所述的基桩深层侧壁摩阻力微观模拟装置,其特征在于,环形侧板开设有加压口与卸压口,加压口与卸压口分别与加压袋相连。
6.根据权利要求1所述的基桩深层侧壁摩阻力微观模拟装置,其特征在于,观测挡板等间距设置若干坐标参考点。
7.根据权利要求1所述的基桩深层侧壁摩阻力微观模拟装置,其特征在于,加压袋注满液体后,通过压力调节器改变液体压力,通过加压袋对土体模型进行均匀加压,模拟不同深度土体应力状态。
8.根据权利要求1所述的基桩深层侧壁摩阻力微观模拟装置,其特征在于,观测挡板的内壁设置有真空硅脂,基桩模型通过真空硅脂紧贴于观测挡板的内壁。
9.根据权利要求1所述的基桩深层侧壁摩阻力微观模拟装置,其特征在于,基桩模型与模型箱的顶板和底板之间均采用橡胶圈密封,橡胶圈上涂覆有真空硅脂。
10.根据权利要求1所述的基桩深层侧壁摩阻力微观模拟装置,其特征在于,土体模型的底面及侧面设置有压力计,用于实时测量土体压力。
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