CN214832960U - 刚性桩复合地基土拱效应非接触式测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了刚性桩复合地基土拱效应非接触式测试装置，由钢结构复合地基模型箱、竖向加载系统、图像采集与处理系统三部分组成，钢结构复合地基模型箱中包含有不锈钢框架，不锈钢框架上端和四侧外壁均呈开口状，且不锈钢框架上表面固定安装有反力梁，不锈钢框架四侧外壁上均铆接有钢化玻璃，竖向加载系统中包含有压力传感器和千斤顶，千斤顶位于压力传感器的输出端，压力传感器的下端设置有承压桩基。本实用新型在使用过程，采用可视化的模型箱，能清晰直观地观察到刚性桩复合地基在荷载的作用下的位移变化情况，实验过程方便简单，排除人为因素的干扰，减少了复杂数据的分析工作，操作难度低。

Description

刚性桩复合地基土拱效应非接触式测试装置

技术领域

本实用新型涉及实验设备技术领域，尤其涉及刚性桩复合地基土拱效应非接触式测试装置。

背景技术

在土力学领域，土拱是用来描述应力转移的一种现象，这种应力转移是通过土体抗剪强度的发挥而实现的，土拱作用是指支撑刚度较大而围护结构刚度较小，墙后土压力局部增大的现象。局部土体产生移动，而其余部分保持原来的位置不动，土中的这种相对运动受到土体抗剪强度的阻抗，使移动部分土体的压力减小，而不动部分上的压力增加。

研究表明，在刚性桩复合地基中，桩体承受的荷载作用要比桩间土承受的荷载作用大得多，这就是土拱效应作用所致，土拱效应和土拱的形态息息相关，而研究项目较少，传统的刚性桩复合地基土拱效应研究手段和方法主要集中在机理研究、理论分析、数值模拟方面，而少有从试验角度分析验证刚性桩复合地基土拱形态特征、分布范围及动态发展过程，且类似的常规模型试验也仅能得到某一时刻的土体状态而不能对地基变形进行动态连续观测，因此，为解决此类问题，我们提出刚性桩复合地基土拱效应非接触式测试装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的刚性桩复合地基土拱效应非接触式测试装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

刚性桩复合地基土拱效应非接触式测试装置，由钢结构复合地基模型箱、竖向加载系统、图像采集与处理系统三部分组成，所述钢结构复合地基模型箱中包含有不锈钢框架，所述不锈钢框架上端和四侧外壁均呈开口状，且所述不锈钢框架上表面固定安装有反力梁，所述不锈钢框架四侧外壁上均铆接有钢化玻璃，所述竖向加载系统中包含有压力传感器和千斤顶，所述千斤顶位于压力传感器的输出端，所述压力传感器的下端设置有承压桩基，所述图像采集与处理系统中包含有单反相机、运算主机和操作触摸显示屏，所述单反相机位于不锈钢框架的外壁一侧，所述运算主机和操作触摸显示屏的下端均固定安装有承重座，所述承重座位于不锈钢框架的外壁另一侧，且所述运算主机与单反相机和压力传感器之间电性连接。

优选的，所述不锈钢框架上表面中心线位置固定安装有呈竖向分布的反力梁，所述千斤顶的输出轴上端与反力梁之间接触。优选的。

优选的，所述不锈钢框架的内部设置有填充层，所述承压桩基下表面四角位置均设置有立柱，每组所述立柱均位于填充层的内部。

优选的，所述承压桩基的上表面设置有百分表。

优选的，所述不锈钢框架外部的四角位置均设置有无影灯。

本实用新型提出的刚性桩复合地基土拱效应非接触式测试装置，有益效果在于：

1、采用可视化的模型箱，能清晰直观地观察到刚性桩复合地基在荷载的作用下的位移变化情况；

2、土体中不放置应力计和应变计，实验过程方便简单，实验结果处理时通过程序直接对实验过程采集的图像进行分析，排除人为因素的干扰，也减少了复杂数据的分析工作，操作难度低；

3、采用PIV处理技术，对实验采集的图片进行分析可直接输出地基土体剪应变与荷载的对应关系，得到地基土体剪应变变化云图和刚性桩复合地基土拱形成的动态变化过程。

附图说明

图1为本实用新型提出的刚性桩复合地基土拱效应非接触式测试装置的结构示意图；

图2为本实用新型提出的刚性桩复合地基土拱效应非接触式测试装置的不锈钢框架部件的正视图；

图3为本实用新型提出的刚性桩复合地基土拱效应非接触式测试装置的不锈钢框架部件的剖切图。

图中：1、反力梁；2、千斤顶；3、百分表；4、不锈钢框架；5、单反相机；6、钢化玻璃；7、无影灯；8、运算主机；9、承重座；10、操作触摸显示屏；11、压力传感器；12、填充层；13、承压桩基。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

参照图1-3，刚性桩复合地基土拱效应非接触式测试装置，由钢结构复合地基模型箱、竖向加载系统、图像采集与处理系统三部分组成，钢结构复合地基模型箱中包含有不锈钢框架4，不锈钢框架4上端和四侧外壁均呈开口状，且不锈钢框架4上表面固定安装有反力梁1，不锈钢框架4 四侧外壁上均铆接有钢化玻璃6，竖向加载系统中包含有压力传感器11和千斤顶2，千斤顶2位于压力传感器11的输出端，压力传感器11的下端设置有承压桩基13，图像采集与处理系统中包含有单反相机5、运算主机8和操作触摸显示屏10，单反相机5位于不锈钢框架4的外壁一侧，运算主机8和操作触摸显示屏10的下端均固定安装有承重座9，承重座9 位于不锈钢框架4的外壁另一侧，且运算主机8与单反相机5和压力传感器11之间电性连接，不锈钢框架4上表面中心线位置固定安装有呈竖向分布的反力梁1，千斤顶2的输出轴上端与反力梁1之间接触，不锈钢框架4的内部设置有填充层12，承压桩基13下表面四角位置均设置有立柱，每组立柱均位于填充层12的内部，承压桩基13的上表面设置有百分表3，不锈钢框架4外部的四角位置均设置有无影灯7。

本实用新型中，在由不锈钢框架4和钢化玻璃6组成的地基模型箱中填筑一定宽高比的土体，模拟工程地基，填筑过程中应注意分层填筑并压实均匀，并控制土体表面平整；

在填筑土体表面放置承重桩基13(模拟刚性基础)，注意承重桩基 13横截面积小于填土表面积的1/3，在承重桩基13中心位置竖向放置千斤顶2，千斤顶2与承重桩基13之间竖向放置压力传感器11，转动千斤 2，使千斤顶1的顶头与压力传感器11恰好接触；

关闭室内灯光，在模型箱透明钢化玻璃6面左右两侧各安置一台无影灯7，保证钢化玻璃6面拥有足够的光照，正前方放置单反相机5，设置单反相机5的焦距、拍摄频率，并进行预拍摄，预拍摄照片要求模型箱可视化区域无明显光影；

竖向加载系统与单反相机5同步启动，在逐步增大竖向荷载的过程中用单反相机5以某一拍照频率对箱内受压变形土体进行拍照，压力传感器 11准确控制分级荷载大小并记录分级荷载随时间的变化关系；

当压力传感器11显示数值在某时间点发生骤降时，说明箱内土体的应力状态已由塑性变形阶段发展到塑性流动阶段，此时承重桩基13周边出现土体隆起，可终止实验；

将模型实验过程中拍摄到的照片输入电脑，利用GeoPIV软件对在荷载作用下土体变形全过程图像进行处理分析，获得箱内土体位移场图，再根据位移与应变的对应关系，将土体位移场图转换为剪应变云图并拟合分析塑性区与分级荷载的对应关系，从而能直观地观测到箱内土体塑性区的动态发展过程、塑性区边界线范围及形态特征，同时，可建立荷载与土体内位移场图、荷载与剪应变云图的关系。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.刚性桩复合地基土拱效应非接触式测试装置，由钢结构复合地基模型箱、竖向加载系统、图像采集与处理系统三部分组成，其特征在于，所述钢结构复合地基模型箱中包含有不锈钢框架(4)，所述不锈钢框架(4)上端和四侧外壁均呈开口状，且所述不锈钢框架(4)上表面固定安装有反力梁(1)，所述不锈钢框架(4)四侧外壁上均铆接有钢化玻璃(6)，所述竖向加载系统中包含有压力传感器(11)和千斤顶(2)，所述千斤顶(2)位于压力传感器(11)的输出端，所述压力传感器(11)的下端设置有承压桩基(13)，所述图像采集与处理系统中包含有单反相机(5)、运算主机(8)和操作触摸显示屏(10)，所述单反相机(5)位于不锈钢框架(4)的外壁一侧，所述运算主机(8)和操作触摸显示屏(10)的下端均固定安装有承重座(9)，所述承重座(9)位于不锈钢框架(4)的外壁另一侧，且所述运算主机(8)与单反相机(5)和压力传感器(11)之间电性连接。

2.根据权利要求1所述的刚性桩复合地基土拱效应非接触式测试装置，其特征在于，所述不锈钢框架(4)上表面中心线位置固定安装有呈竖向分布的反力梁(1)，所述千斤顶(2)的输出轴上端与反力梁(1)之间接触。

3.根据权利要求1所述的刚性桩复合地基土拱效应非接触式测试装置，其特征在于，所述不锈钢框架(4)的内部设置有填充层(12)，所述承压桩基(13)下表面四角位置均设置有立柱，每组所述立柱均位于填充层(12)的内部。

4.根据权利要求3所述的刚性桩复合地基土拱效应非接触式测试装置，其特征在于，所述承压桩基(13)的上表面设置有百分表(3)。

5.根据权利要求1所述的刚性桩复合地基土拱效应非接触式测试装置，其特征在于，所述不锈钢框架(4)外部的四角位置均设置有无影灯(7)。

Images