[发明专利]桩基竖向长期沉降特性测试的模型试验装置及其用途

说明书

技术领域

本发明属于高速铁路工程领域，涉及模拟实验装置，尤其是桥梁桩基竖向长期沉降特性测试的模拟试验装置。

背景技术

为了减少线路整体及不均匀沉降，提高列车行车安全性，桩基在高速铁路工程中得到了广泛应用。与其他工程相比，此类工程中的桩基不仅要承受上部的结构荷载，还要承受列车运行所产生的动力荷载，在长期的动力荷载作用下，桩基的沉降变形特性逐渐被业内专家所关注。

对于这类桩基竖向长期沉降特性问题的研究，由于现场试验通常难以实现，缺乏现场实测数据，制约了问题的研究进展，所以，室内模型试验变得尤为重要。

目前，国内外用于桩基沉降特性研究的模型试验装置一般由模型桩、模型土、模型槽、数据采集系统、试验加载系统组成。其中，模型桩多采用钢管或铝管进行模拟，能够考虑材料强度及几何尺寸的相似比例关系，由于钢管和铝管的外表面较为光滑，桩土界面的接触情况与现实相差较远；模型土可根据实际情况选择砂土、粉土或粘性土；模型槽一般为空心的长方体或圆柱体结构，由钢框架及钢板拼接而成；数据采集系统一般由位移计、应变计和信号采集仪组成；试验加载装置，多以简单的竖向或水平向静力加载为主，难以模拟高速列车的荷载特点进行动力加载，少数实现桩基动力加载的试验装置也只是简单的位移控制式往复加载，如中国水电顾问集团华东勘测设计研究院专利(授权公告号CN203432852U)“桩基室内模型试验水平静力荷载及循环荷载施加装置”，该装置包括摆臂、固定连接于摆臂下表面正中心的滚轴、位于滚轴正下方的滚动齿轮、以及缠绕于滚轴和滚动齿轮上实现传动连接的传力带，同时滚动齿轮下方联接有平动传力杆，平动传力杆一端依次连接应力传感器和试验模型桩，通过传力杆对模型桩进行往复加载，这种机械式的加载系统结构复杂，加载频率小，单次试验的循环加载次数小，加载精度也难以保障。

综上所述，目前仍缺乏一种用于研究列车荷载作用下桩基竖向长期沉降特性的模型试验装置，一种能够反应真实的桩土接触、桩顶所受荷载与列车荷载相接近的模型试验装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测试桩基竖向长期沉降特性的模型试验装置及其用途，能够实现不同土体中、不同列车荷载作用下桩基的竖向长期沉降特性测试，所测试的项目包括桩顶沉降和桩身应力。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种桩基长期沉降特性测试的模型试验装置，包括试验模型箱、加载系统和测试系统，三者分别具备不同的功能，试验模型箱为模型试验装置的主体，用于模拟被测对象；加载系统设置在试验模型箱上，用于对被测对象进行模拟加载；测试系统的测试原件设置在模型箱的被测原件上，用于测试被测对象在动力荷载作用下的响应。

所述的模型箱包括模型槽、模型桩、模型土；所述的加载系统包括加载反力架、空气压缩机、函数信号发生器、电气比例阀、气缸；所述的测试系统包括机电百分表、电子应变片、动态应变采集仪。

所述的模型桩采用混凝土预制而成，模型桩被模型土分层填筑于模型槽中。所述的模型桩直径4cm、桩长50cm～60cm、混凝土标号C30，模型桩桩顶贴有一长6cm宽4cm厚0.8cm的有机玻璃板作为桩帽，所述模型桩中间配有一根光圆钢筋，所述的光圆钢筋上每间隔15cm贴有一个电子应变片，所述的电子应变片连有金属导线并从光圆钢筋一端引出，所述金属导线与动态应变采集仪的采集端口连接在一起。

所述的模型槽放置于加载反力架的底板正中间，模型槽由钢框架和有机玻璃板拼装而成，其特征在于：模型槽尺寸为800×800×800(cm)，所述的钢框架采用∠30×30×3角钢焊接而成，所述的有机玻璃板板厚1cm。

所述的加载反力架包括底板、反力梁和连接杆，其特征在于反力梁和底板通过连接杆进行连接，所述的连接杆为4根直径3.2cm长1.5m的螺纹杆，反力梁的高度可通过连接杆上的螺母进行调节。

所述的反力梁由主梁和次梁通过螺栓连接而成，所述的主梁由四根工字钢焊接成“口”字形状，尺寸为840×840(cm)，所述的次梁为两根长840cm的工字钢，通过螺栓连接在主梁上，所述的主梁设置多组螺栓孔，次梁在主梁上的位置可以进行调节。