[发明专利]一种模拟水下桩基础冲刷与承载耦合特性的试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种模型试验装置，尤其是涉及一种模拟水下桩基础冲刷与承载耦合特性的试验装置。

背景技术

随着工业、农业、国防和科学技术现代化的逐步实现，许多公路、铁路和桥梁在我国修建起来，因桥梁冲刷造成的事故众多，使国民经济遭受了重大损失，如何对受冲刷与轴向荷载耦合作用的水下桩基础承载性状进行分析，已成为土木工程建设领域亟待解决的难点问题。然而目前国内外还缺乏实用有效的分析方法，对此类问题的分析通常是依靠工程经验估算，具有很大的盲目性。为弥补理论分析的局限性，对于重要工程，需要结合室内模型试验进行分析，其中的关键技术是如何模拟冲刷与轴向荷载的耦合作用，而目前尚未发现有关该问题的报道。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种容易的实现冲刷与轴向荷载的耦合作用的模拟水下桩基础冲刷与承载耦合特性的试验装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种模拟水下桩基础冲刷与承载耦合特性的试验装置，其特征在于，该装置包括加载水箱、水平限位滑轮、刚性围壁、加载支架、加载承托、滚动组件及波浪水槽，加载水箱由有机玻璃制成，所述的加载水箱经水平限位滑轮与其四周的刚性围壁连接，所述的加载支架置于波浪水槽外侧，经地脚螺栓固定，所述的加载承托设在桩基的顶部，所述的滚动组件设在加载水箱底部，所述的波浪水槽设在加载水箱的下部。

所述的加载水箱的四周均设置两个水平限位滑轮。

所述的加载水箱底部设置加强垫板。

所述的滚动组件由滑动滚珠及滑动限位装置构成，所述的滑动滚珠设在滑动限位装置内。

所述的滚动组件设在加载水箱与桩基的连接处，使桩基顶端形成完全自由端。

所述的加载支架上两端设有6～8个固定加载支架的螺孔。

所述的螺孔设在加载支架两端，两螺孔之间呈0.1m间隔均匀分布。

与现有技术相比，本发明利用造波机可以生成各种规则和不规则的波浪，在竖向加载装置中通过改变加载水箱中的水的容积可以模拟不同的竖向承载力，且加载能实现多级可调可以容易的实现冲刷与轴向荷载的耦合作用，从而很好的模拟水下桩基础在冲刷作用下各基桩的侧向变形、弯矩和土压力。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的俯视结构示意图；

图3为本发明的侧视结构示意图；

图4为桩基部分的局部放大图。

图中1为波浪水槽、2为波浪、3为水平限位滑轮、4为加载水箱、5为滚动组件、51为滑动滚珠、52为滑动限位装置、6为加载承托、7为桩基、8为加强垫板、9为加载支架、10为螺孔、11为刚性围壁、12为型钢加载支架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种模拟水下桩基础冲刷作用的试验装置，其结构如图1～4所示，该装置包括波浪水槽1、水平限位滑轮3、加载水箱4、滚动组件5、加载承托6、桩基7、加强垫板8、加载支架9、刚性围壁11。加载水箱4由有机玻璃制成，经水平限位滑轮3与四周刚性围壁11连接，加载水箱4的四周均设置两个水平限位滑轮3，方便加载水箱4可以上下自由移动，下部设置加强垫板8。滚动组件5由滑动滚珠51及滑动限位装置52构成，滑动滚珠51设在滑动限位装置52内，该滚动组件6设在加载水箱4与桩基7的连接处，使桩基7的顶端形成完全自由端，加载支架9置于波浪水槽1的外侧，该加载支架9上的两端设有六个呈0.1m间隔均匀分布经地脚螺栓固定的螺孔11。整个竖向加载装置可以通过加载支架9置于波浪水槽1上，通过地脚螺栓固定，在波浪水槽1中利用造波机可以生成各种规则和不规则的波浪2，在加载水箱4中通过改变水的容积可以模拟不同的竖向承载力。

加载水箱4长为500mm，宽为500mm，高为750mm，加载水箱2由有机玻璃制成，四周壁厚为5mm，底部壁厚为10mm。加载水箱2与桩基7之间设有滚动组件5，可以使桩基顶部形成完全自由端。桩基7直径为20mm，长度为300mm，桩下端距离水槽底部为150mm，桩插入中砂的长度为150mm。加载水箱4上还可以设置型钢加载支架12，该型钢加载支架12长度为1500mm，滑动滚珠51旨在消除桩顶水平摩擦力，滑动限位装置52防止滑动滚珠51的滑出。

本装置的工作过程：在波浪水槽1底部铺设250mm厚度的中砂，砂土中埋置试验模型桩，可以进行单桩、群桩的模型试验，调整加载支架9的水平位置，使加载水箱4下端对准群桩的桩帽中心。利用造波机在波浪水槽1中产生波浪2，可以模拟桩基的冲刷作用，向加载水箱4中加水，模拟桩基7顶端承受的轴向荷载。测定群桩基础在冲刷作用下各基桩的侧向变形、弯矩和土压力，讨论冲刷作用对群桩变形和轴向承载力的影响等特性。