一种基桩深层侧壁摩阻力微观模拟装置

技术领域

本发明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。

发明内容

本发明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。

本发明的技术方案如下：

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，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，采集不同基桩模型加载阶段的图像并进行对比分析，实现对基桩模型的侧摩阻力的微观机理分析。

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，实时测量土体压力。

本发明的有益效果如下：

本发明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。本发明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。

本发明还可以与岩土工程PIV技术结合，能够有效捕捉与分析微小变形。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的侧视图一(设置加压口的一侧)；

图3是本发明的侧视图二(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发明进行进一步的详细说明。

本发明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。

本发明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。

本发明的使用方法如下：

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发明，而并非用作对本发明的限定。只要是依据本发明的技术实质，对上述实施例进行变化、变型等都将落在本发明的权利要求的范围内。