模拟溶洞基桩受力变形的室内模型试验装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及桩基受力试验领域，特别是涉及模拟溶洞基桩受力变形的室内模型试验装置及其使用方法。

背景技术

在岩溶区进行桩基施工过程中,当溶洞顶板风化严重或厚度较小时，常采用钻孔灌注嵌岩桩穿越溶洞，将桩端嵌入溶洞底部稳定岩体内。而在岩溶强发育地区，往往在桩址存在多个溶洞，并呈串珠状发展，一根嵌岩桩要穿越一层或多层溶洞，其承载性状和破坏模式比普通岩基中嵌岩桩更为复杂。目前关于穿越溶洞桩基荷载传递规律的研究成果较少，尚缺乏系统的研究。

开展穿越溶洞型嵌岩桩室内模型试验研究，明确穿越溶洞型嵌岩桩承载机理，提出穿越溶洞型嵌岩桩设计计算方法对可更好的指导岩溶地区桩基础的设计和施工，并具有重大的工程意义和经济价值。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供模拟溶洞基桩受力变形的室内模型试验装置及其使用方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

模拟溶洞基桩受力变形的室内模型试验装置，包括用于成型模具的箱体机构和用于提供纵向压力的加载机构以及用于提供测量设备固定的测量机构，所述箱体机构上端连接所述加载机构，所述箱体机构两侧设置有所述测量机构；

所述箱体机构包括侧边框架、底板、模拟溶洞、模拟桩，所述底板上端设置有两个所述侧边框架，所述侧边框架和所述底板之间成型有所述模拟溶洞，所述模拟溶洞内部贯穿有所述模拟桩；

所述加载机构包括立柱、反力梁、千斤顶、移动座，所述反力梁两端连接有所述立柱，所述反力梁设置在所述模拟溶洞上侧，所述反力梁下端面安装有所述千斤顶，所述千斤顶和所述模拟桩之间设置有垫板，所述立柱下端连接有所述移动座，所述移动座下端连接有滑轨，所述滑轨底部连接有底板；

所述测量机构包括两侧立杆、带孔横杆、百分表、垫片，两组所述两侧立杆分别设置在所述箱体机构两侧，每组均有两个所述两侧立杆，所述两侧立杆之间设置有若干个所述带孔横杆，所述垫板两侧以及所述模拟溶洞内侧均设置有所述百分表，所述百分表和所述模拟桩之间均设置有所述垫片，所述模拟桩的位于所述模拟溶洞的顶端和底部均安装有压力传感器，所述模拟桩上设置有若干个截面且每一个截面的同两个相邻四等分点设置有应变片，且两个应变片相互之间夹角为90度使其形成90°测量角，所述带孔横杆之间设置有带孔短横杆，两侧带孔横杆的一侧带孔处和所述带孔短横杆的带孔处分别设置有拉绳式位移传感器，且两个所述拉绳式位移传感器形成90°测量角，所述带孔横杆和所述带孔短横杆均通过所述拉绳式位移传感器连接所述模拟桩。

优选的：所述侧边框架通过螺栓连接所述底板，所述模拟溶洞成型于所述侧边框架和所述底板之间，所述模拟桩预埋在所述模拟溶洞中。

如此设置，所述侧边框架和所述底板起成型作用。

优选的：所述立柱通过螺栓连接所述反力梁，所述千斤顶通过螺栓连接所述反力梁。

如此设置，所述立柱和所述反力梁用于固定作用，所述千斤顶用于施压作用。

优选的：所述移动座通过螺栓连接所述立柱，所述移动座滑动连接所述滑轨。

如此设置，所述移动座和所述滑轨配合，从而方便移动所述立柱和所述反力梁，提高调节效果。

优选的：所述两侧立杆底部放置于地面，所述带孔横杆通过螺栓连接所述两侧立杆，所述百分表吸附在所述带孔横杆上。

如此设置，所述两侧立杆和所述带孔横杆配合，从而方便调节所述带孔横杆的高度和数量，并且所述带孔横杆方便安装所述百分表并且其上的孔洞也方便安装所述拉绳式位移传感器。

优选的：所述拉绳式位移传感器通过螺栓连接所述带孔横杆，所述拉绳式位移传感器利用绳体接触所述模拟桩外部的固定环。

如此设置，利用固定环进行固定和测量，提高实验数据的准确度。

模拟溶洞基桩受力变形的室内模型试验装置的使用方法，包括以下几个步骤：

a、将侧边框架和底板连接后，通过一个固定架将模拟桩竖直固定在箱体机构空间中部且模拟桩距箱体机构底板30cm高，再将形成模拟溶洞空洞的模具通过连杆固定在两个侧边框架之间，然后将两侧用护板固定，对侧边框架和底板之间的空间内浇注混凝土，从而形成模拟溶洞；

b、待模具养护七天后，将模拟溶洞移动到带孔横杆之间，此时移动立柱，使得千斤顶位于移动座上端，此时固定立柱和反力梁；

c、将垫板垫在千斤顶和模拟桩之间，将千斤顶顶紧模拟桩，将百分表、垫片、压力传感器、拉绳式位移传感器以及模拟桩外侧的应变片安装在合适的点位，根据模拟溶洞所暴露的模拟桩桩长增加或减少拉绳式位移传感器的数量；

d、启动千斤顶，对模拟桩进行施压，在施压时，观察多个应变片的数据变化，从而测量模拟桩的应变，利用拉绳式位移传感器判断各个点位的弯曲程度以及模拟桩的位移，再利用百分表配合进行多方位检测，测量模拟桩桩顶和模拟溶洞溶洞顶板的沉降，通过记录模拟桩桩顶和桩底压力传感器的读数来观察桩顶和桩底压力的变化。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、利用加载机构的方便移动的结构，从而方便调节千斤顶的施压位置和施压高度，提高装置的适应性；

2、利用测量机构的多点位和多方位检测，提高数据的检测量，从而提高数据的可信度和试验的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述模拟溶洞基桩受力变形的室内模型试验装置的结构示意图；

图2是本发明所述模拟溶洞基桩受力变形的室内模型试验装置的移动座结构示意图；

图3是本发明所述模拟溶洞基桩受力变形的室内模型试验装置的千斤顶结构示意图；

图4是本发明所述模拟溶洞基桩受力变形的室内模型试验装置的带孔横杆结构示意图；

图5是本发明所述模拟溶洞基桩受力变形的室内模型试验装置的拉绳式位移传感器结构示意图；

图6是本发明所述模拟溶洞基桩受力变形的室内模型试验装置的模拟桩俯视图。

附图标记说明如下：

1、箱体机构；2、加载机构；3、测量机构；11、侧边框架；12、底板；13、模拟溶洞；14、模拟桩；21、立柱；22、反力梁；23、千斤顶；24、移动座；25、滑轨；26、垫板；31、两侧立杆；32、带孔横杆；33、百分表；34、垫片；35、压力传感器；36、拉绳式位移传感器；37、带孔短横杆。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明作进一步说明：

实施例1

如图1-图6所示，模拟溶洞基桩受力变形的室内模型试验装置，包括用于成型模具的箱体机构1和用于提供纵向压力的加载机构2以及用于提供测量设备固定的测量机构3，箱体机构1上端连接加载机构2，箱体机构1两侧设置有测量机构3；

箱体机构1包括侧边框架11、底板12、模拟溶洞13、模拟桩14，底板12上端设置有两个侧边框架11，侧边框架11和底板12之间成型有模拟溶洞13，模拟溶洞13内部贯穿有模拟桩14；

加载机构2包括立柱21、反力梁22、千斤顶23、移动座24，反力梁22两端连接有立柱21，反力梁22设置在模拟溶洞13上侧，反力梁22下端面安装有千斤顶23，千斤顶23和模拟桩14之间设置有垫板26，立柱21下端连接有移动座24，移动座24下端连接有滑轨25，滑轨25底部连接有底板；

测量机构3包括两侧立杆31、带孔横杆32、百分表33、垫片34，两组两侧立杆31分别设置在箱体机构1两侧，每组均有两个两侧立杆31，两侧立杆31之间设置有若干个带孔横杆32，垫板26两侧以及模拟溶洞13内侧均设置有百分表33，百分表33和模拟桩14之间均设置有垫片34，模拟桩14的位于模拟溶洞13的顶端和底部均安装有压力传感器35，模拟桩14上设置有若干个截面且每一个截面的同两个相邻四等分点设置有应变片，且两个应变片相互之间夹角为90度使其形成90°测量角，带孔横杆32之间设置有带孔短横杆37，两侧带孔横杆32的一侧带孔处和带孔短横杆37的带孔处分别设置有拉绳式位移传感器36，且两个拉绳式位移传感器36形成90°测量角，带孔横杆32和带孔短横杆37均通过拉绳式位移传感器36连接模拟桩14。

优选的：侧边框架11通过螺栓连接底板12，模拟溶洞13成型于侧边框架11和底板12之间，模拟桩14预埋在模拟溶洞13中，侧边框架11和底板12起成型作用；立柱21通过螺栓连接反力梁22，千斤顶23通过螺栓连接反力梁22，立柱21和反力梁22用于固定作用，千斤顶23用于施压作用；移动座24通过螺栓连接立柱21，移动座24滑动连接滑轨25，移动座24和滑轨25配合，从而方便移动立柱21和反力梁22，提高调节效果；两侧立杆31底部放置于地面，带孔横杆32通过螺栓连接两侧立杆31，百分表33吸附在带孔横杆32上，两侧立杆31和带孔横杆32配合，从而方便调节带孔横杆32的高度和数量，并且带孔横杆32方便安装百分表33并且其上的孔洞也方便安装拉绳式位移传感器36；拉绳式位移传感器36通过螺栓连接带孔横杆32，拉绳式位移传感器36利用绳体接触模拟桩14外部的固定环，利用固定环进行固定和测量，提高实验数据的准确度。

模拟溶洞基桩受力变形的室内模型试验装置的使用方法，包括以下几个步骤：

a、将侧边框架11和底板12连接后，通过一个固定架将模拟桩14竖直固定在箱体机构1空间中部且模拟桩14距箱体机构1底板30cm高，再将形成模拟溶洞13空洞的模具通过连杆固定在两个侧边框架11之间，然后将两侧用护板固定，对侧边框架11和底板12之间的空间内浇注混凝土，从而形成模拟溶洞13；

b、待模具养护七天后，将模拟溶洞13移动到带孔横杆32之间，此时移动立柱21，使得千斤顶23位于移动座24上端，此时固定立柱21和反力梁22；

c、将垫板26垫在千斤顶23和模拟桩14之间，将千斤顶23顶紧模拟桩14，将百分表33、垫片34、压力传感器35、拉绳式位移传感器36以及模拟桩14外侧的应变片安装在合适的点位，根据模拟溶洞13所暴露的模拟桩14桩长增加或减少拉绳式位移传感器36的数量；

d、启动千斤顶23，对模拟桩14进行施压，在施压时，观察多个应变片的数据变化，从而测量模拟桩14的应变，利用拉绳式位移传感器36判断各个点位的弯曲程度以及模拟桩14的位移，再利用百分表33配合进行多方位检测，测量模拟桩14桩顶和模拟溶洞13溶洞顶板的沉降，通过记录模拟桩14桩顶和桩底压力传感器35的读数来观察桩顶和桩底压力的变化。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。