CN219065153U - 一种桩土界面抗剪强度指标测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种桩土界面抗剪强度指标测量装置，装置包括一端开口的模型箱、模型桩、第一加压电机和第二加压电机；模型箱的底板上设有透水装置，模型箱内填筑试验土样，模型箱侧壁设有土压力计；模型桩穿过模型箱底板和试验土样；第一加压电机设置在模型箱开口所在的一端；第二加压电机与模型桩相连，第二加压电机上设置有位移测量单元。本实用新型考虑到含水率对土体抗剪强度的影响，可控制试验土样的含水率和压实度，进行排水情况下的桩土界面抗剪强度指标测量和桩土界面残余强度测量实验。本实用新型结构简单、操作方便，能适用于更复杂的工况测量参数。
Description
技术领域
本实用新型涉及土木工程技术领域，特别地，涉及一种桩土界面抗剪强度指标测量装置。
背景技术
圆柱形桩体，如各类钢筋混凝土桩等在公路、铁路、高层建筑等基础设施工程中应用广泛。如何确定桩土界面抗剪强度特性是工程设计的关键问题。目前，确定桩土界面抗剪强度特性的试验方法主要有直剪试验和环剪试验，但是，直剪试验剪切过程中存在剪切面积逐渐减小的问题，环剪试验仪器复杂精密，保养费用昂贵，且两种试验仪器受力分布均不符合桩-土相互作用的实际。再加上，近年来工程建设中需要针对很多复杂的工况测量参数，如需考虑土体的含水率与压实度，桩土界面的残余强度等，而已有的试验仪器并不能满足测量需要。
实用新型内容
本申请的目的在于，提供一种桩土界面抗剪强度指标测量装置及方法以解决现有技术中无法测量桩土界面残余强度的问题。
为解决上述问题，本实用新型采用如下技术方案：
一种桩土界面抗剪强度指标测量装置，其特征在于，包括一端开口的模型箱、模型桩、第一加压电机和第二加压电机；
所述模型箱的底板上设置有透水装置，侧壁上设置有土压力计，所述模型箱内填筑试验土样；
所述模型桩穿过所述底板和所述试验土样；
所述第一加压电机设置在所述模型箱开口所在的一端，用于向所述试验土样施加压力；
所述第二加压电机与所述模型桩相连，用于向所述模型桩施加轴向压力，所述第二加压电机上设置有位移测量单元，所述位移测量单元用于测量所述模型桩的位移；
所述透水装置包括排水阀和量杯，所述排水阀设置于所述模型箱的底板上的透水孔处；
所述量杯与所述排水阀连接；
所述第二加压电机设置在所述模型桩的下端；
本实用新型桩土界面抗剪强度指标测量装置还包括压板；
所述压板设置于所述试验土样上，且嵌入所述模型箱内；
所述模型桩依次穿过所述底板、所述试验土样和所述压板；
所述第一加压电机与所述压板连接，用于向所述试验土样施加均布的压力。
本实用新型桩土界面抗剪强度指标测量装置还包括外支架、内支架、底座和顶板；
所述外支架位于所述内支架外侧，一端固定在所述顶板上，另一端固定在所述底座上；
所述内支架的一端固定在所述底座上，另一端固定在所述模型箱底板上；
所述第一加压电机固定于所述顶板上；
所述第二加压电机固定于所述底座上，并位于所述内支架之间；
所述顶板上开设有通孔，所述通孔位于所述模型桩的轴线上；
所述模型桩设置于所述模型箱中心，所述第一加压电机对称分布于所述模型桩两侧；
所述模型桩和所述模型箱均为圆柱体；
所述第一加压电机和所述第二加压电机均为伺服电机。
相比于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：
(1)本实用新型中可采用先通过透水装置对试验土样进行排水，然后关闭透水装置，启动第二加压电机推动模型桩往复运动，来进行残余强度试验。
(2)本实用新型中考虑到含水率对土体抗剪强度的影响，在模型箱底部设置有透水孔、排水阀与量杯，可控制土体含水率、进行排水剪切与不排水剪切试验，能对更多复杂工况参数下桩土界面抗剪强度指标进行测量。
(3)本实用新型中模型桩与试验土样进行剪切时，将第二加压电机设置于模型桩下方，避免设置在模型桩上方，剪切力过小时，模型桩掉落对试验操作带来的不便。
(4)本实用新型中模型桩和模型箱采用圆柱体，桩土剪切面形式与实际桩土剪切面形式相同；边界条件与实际桩基荷载传递过程中的边界条件相似。
(5)本实用新型中采用的电机均为伺服电机控制剪切速率，土压力计、位移测量单元可直接测量得到作用于桩身的应力和模型桩的位移，试验设备易于操作，自动化程度高。
附图说明
图1为剪切试验装置主视图；
图2为剪切试验装置俯视图。
图中：底座1-1；内支架1-2；外支架1-3；土压力计1-4；模型箱1-5；第一加压电机1-6；顶板1-7；压板1-8；模型桩1-9；模型箱底板1-10；排水阀1-11；量杯1-12；固定螺栓1-13；第二加压电机1-14、透水孔1-15。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：
如图1、图2所示，本实用新型公开了一种桩土界面抗剪强度指标测量装置，包括一端开口的模型箱1-5、模型桩1-9、第一加压电机1-6和第二加压电机1-14。
模型箱底板1-10上设有透水装置；模型箱1-5内部填筑一定密实度的试验土样，试验土样密实度根据试验要求预制；模型箱侧壁设有土压力计1-4以测量土受到的压力；
模型桩1-9穿过模型箱底板1-10和试验土样；
第一加压电机1-6设置在模型箱1-5开口所在的一端，用于向试验土样施加压力；
第二加压电机1-14与模型桩1-9相连，用于向模型桩1-9施加轴向压力，第二加压电机1-14上设置有位移测量单元，位移测量单元用于测量模型桩1-9的位移。
优选地，第二加压电机1-14设置在模型桩1-9下方，可避免剪切试验过程中因剪切力过小时，模型桩掉落对试验造成的操作不便以及误差。
优选地，透水装置包括排水阀1-11和量杯1-12，排水阀1-11设置于透水孔1-15处，量杯1-12与排水阀1-11连接，用于开启和关闭透水孔1-15，进行排水和不排水剪切试验，量杯1-12可用于测量排水量，设置排水阀1-11和量杯1-12可控制试验土样的含水率。
优选地，本实用新型还包括在模型箱底板1-10和试验土样之间设置透水石，所述透水石可用对试验土样进行排水。
进一步地，本实用新型还包括压板1-8，压板1-8设置于试验土样上，且嵌入模型箱1-5内；模型箱1-5中放置模型桩1-9，且模型桩1-9依次穿过模型箱底板1-10和压板1-8，第一加压电机1-6设置在压板1-8上端。
第一加压电机1-6对称分布于模型桩1-9两侧；通过压板1-8对填土施加均匀施加竖向压力。第一加压电机1-6和第二加压电机1-14均为伺服电机，更易于控制压力和位移的精度。
可选地，本实用新型还包括底座1-1、外支架1-3、内支架1-2和顶板1-7。底座1-1通过固定螺栓1-13固定在地面上；外支架1-3位于内支架1-2外侧，一端固定在底座1-1上，一端固定在顶板1-7上；内支架1-2一端固定在模型箱底板1-10上，一端固定在底座1-1上；第一加压电机1-6固定在顶板1-7上；第二加压电机1-14固定在底座上，位于内支架1-2之间；顶板上端设置通孔，通孔设置模型桩1-9轴线上；底座1-1、外支架1-3、内支架1-2和顶板1-7对本测量装置起支撑作用。
在一个实施例中，采用本实用新型进行桩土界面抗剪强度指标测量时，步骤如下：
步骤一、将预制好的试验土样填筑到模型箱中；
进一步地，预制试验土样时，需要获得土体的最优含水率，最大干密度，液限，塑限等物理力学参数；本实施例中，配置含水率16％的土样，并制作成压实度90％的试验土样，结合模型箱的体积可换算得出每次的填土量。
步骤二、打开透水装置，通过第一加压电机1-6施加均布压力；
步骤三、等待土压力计1-4与位移测量单元的示数稳定后，关闭透水装置，通过第二加压电机1-14推动模型桩1-9，并采集土压力计1-4和位移测量单元的数据；
优选地，本实施例中，控制第二加压电机1-14推动模型1-9运动的速度为0.8mm/min。
步骤四、采集实验过程中试验土样所受压力以及模型桩1-9位移数据。
优选地，本实施例中，共制作4个试验土样，分四次分别进行试验。控制第一加压电机1-6所施加的压力，通过土压力计1-4获得四次试验中，土受到的压强分别为20kPa，50kPa，100kPa，150kPa；此时4个试验土样剪应力大小分别等于土压力计1-4所测压力大小，同时记录对应位移测量单元的数据，通过绘制剪应力-位移曲线，确定第一加压电机1-6施加不同压力下的桩土界面极限剪应力值。进一步地，以四次试验中，第一加压电机1-6施加的压力为横坐标，以极限剪应力值为纵坐标，绘制散点图，并采用线性拟合法进行拟合，得到桩土界面的抗剪强度线。该直线斜率为界面内摩擦角，直线在纵坐标轴上的截距为界面黏聚力。
在步骤四中，通过土压力计1-4获得四次试验中，土受到的压强，具体为：根据土压力计示数结合土压力计的面积计算得出。
在另一实施例中，采用本实用新型进行桩土界面残余强度测量时，步骤如下：
步骤一、将预制好的试验土样填筑到模型箱中；
步骤二、打开透水装置，通过第一加压电机1-6施加均布压力；
步骤三、等待土压力计1-4与位移测量单元的示数稳定后，通过第二加压电机1-14带动模型桩1-9做往复运动，直至土压力计1-4示数不再随位移测量单元示数变化时停止，采集土压力计1-4和位移测量单元的数据。
优选地，步骤三中第二加压电机1-14带动模型桩1-9做往复运动时，还可根据采集的数据绘制剪应力-位移曲线，直至剪应力-位移曲线基本水平时，停止剪切；
优选地，第二加压电机1-14推动模型桩1-9离开初始位置的速度为0.02mm/min；第二加压电机1-14推动模型桩1-9回到初始位置的速度为0.1mm/min。
相比于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：
(1)本实用新型中可采用先通过透水装置对试验土样进行排水，然后关闭透水装置，启动第二加压电机推动模型桩往复运动，来进行残余强度试验。
(2)本实用新型中考虑到含水率对土体抗剪强度的影响，在模型箱底部设置有透水孔、排水阀与量杯，可控制土体含水率、进行排水剪切与不排水剪切试验，能对更多复杂工况参数下桩土界面抗剪强度指标进行测量。
(3)本实用新型中模型桩与试验土样进行剪切时，将第二加压电机设置于模型桩下方，避免设置在模型桩上方，剪切力过小时，模型桩掉落对试验操作带来的不便。
(4)本实用新型中模型桩和模型箱采用圆柱体，桩土剪切面形式与实际桩土剪切面形式相同；边界条件与实际桩基荷载传递过程中的边界条件相似。
(5)本实用新型中采用的电机均为伺服电机控制剪切速率，土压力计、位移测量单元可直接测量得到作用于桩身的应力和模型桩的位移，试验设备易于操作，自动化程度高。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。
Claims (8)
1.一种桩土界面抗剪强度指标测量装置，其特征在于，包括一端开口的模型箱、模型桩、第一加压电机和第二加压电机；
所述模型箱的底板上设置有透水装置，侧壁上设置有土压力计，所述模型箱内填筑试验土样；
所述模型桩穿过所述底板和所述试验土样；
所述第一加压电机设置在所述模型箱开口所在的一端，用于向所述试验土样施加压力；
所述第二加压电机与所述模型桩相连，用于向所述模型桩施加轴向压力，所述第二加压电机上设置有位移测量单元，所述位移测量单元用于测量所述模型桩的位移。
2.根据权利要求1所述的桩土界面抗剪强度指标测量装置，其特征在于，所述透水装置包括排水阀和量杯，所述排水阀设置于所述模型箱的底板上的透水孔处；
所述量杯与所述排水阀连接。
3.根据权利要求1所述的桩土界面抗剪强度指标测量装置，其特征在于，所述第二加压电机设置在所述模型桩的下端。
4.根据权利要求1所述的桩土界面抗剪强度指标测量装置，其特征在于，还包括压板；
所述压板设置于所述试验土样上，且嵌入所述模型箱内；
所述模型桩依次穿过所述底板、所述试验土样和所述压板；
所述第一加压电机与所述压板连接，用于向所述试验土样施加均布的压力。
5.根据权利要求1所述的桩土界面抗剪强度指标测量装置，其特征在于，还包括外支架、内支架、底座和顶板；
所述外支架位于所述内支架外侧，一端固定在所述顶板上，另一端固定在所述底座上；
所述内支架的一端固定在所述底座上，另一端固定在所述模型箱底板上；
所述第一加压电机固定于所述顶板上；
所述第二加压电机固定于所述底座上，并位于所述内支架之间；
所述顶板上开设有通孔，所述通孔位于所述模型桩的轴线上。
6.根据权利要求1所述的桩土界面抗剪强度指标测量装置，其特征在于，所述模型桩设置于所述模型箱中心，所述第一加压电机对称分布于所述模型桩两侧。
7.根据权利要求1所述的桩土界面抗剪强度指标测量装置，其特征在于，所述模型桩和所述模型箱均为圆柱体。
8.根据权利要求1所述的桩土界面抗剪强度指标测量装置，其特征在于，所述第一加压电机和所述第二加压电机均为伺服电机。
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| CN202223575120.3U CN219065153U (zh) | 2022-12-30 | 2022-12-30 | 一种桩土界面抗剪强度指标测量装置 |
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