[发明专利]一种敞口混凝土管桩桩土界面剪切模拟试验方法

说明书

技术领域：

本发明属于建筑工程中模拟试验技术领域，涉及一种敞口混凝土管桩桩土界面剪切模拟试验方法。

背景技术：

目前，敞口混凝土管桩已成为我国最主要的桩型之一，广泛应用于工业与民用建筑、港口工程以及水利等工程建设中，敞口混凝土管桩桩体贯入地基土的过程中，部分土体挤入桩孔内形成土塞。土塞提供的承载力是敞口混凝土管桩竖向抗压承载力的重要组成部分，土塞端部承载力则完全是由桩内壁与土塞之间调动的摩擦阻力来提供。现在传统的现场及模型试验在研究敞口混凝土管桩荷载传递机理过程遇到以下问题：一是土对敞口混凝土管桩的承载力是按外侧阻力—管壁端阻—内侧阻力的顺序逐步被调动，桩壁内外两侧阻力的发挥并非同步，传统的桩基荷载传递模型已不再适用；二是由于混凝土管桩内壁粗糙度大、易磨损，且桩孔内存在与桩周完全不同的应力场，现有的荷载传递理论函数已无法确切的描述桩壁内侧的荷载传递特征；敞口混凝土管桩在沉桩过程中，由于土塞效应会使土体产生强烈的压缩和膨胀，桩土接触面法向应力变化很大，而土体的法向劲度基本不变，此类土体无法用传统的直剪仪进行抗剪强度试验，而且传统直剪仪在剪切过程中剪切面积不断减小，尺寸效应比较明显，影响试验结果。因此，寻求一种敞口混凝土管桩桩土界面剪切模拟试验方法，为桩土间荷载传递的研究提供了一种全新的设备和途径。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计提供一种敞口混凝土管桩桩土界面剪切模拟试验方法，通过模拟敞口混凝土管桩桩土内、外界面剪切过程，进而研究桩土界面荷载传递机理。

为了实现上述目的，本发明在敞口混凝土管桩桩土界面剪切模拟试验装置中实现，其具体试验过程为：

(1)、试验土样制备：取施工现场的土样进行风干，将风干后的土样碾碎并过2mm筛后放在干燥不透水的容器中，通过计算得出配制含水率分别为16℅、18℅、20℅的试样所需的洒水量，搅拌均匀后密封保存24小时，得到试验土样；

(2)、试验土样重塑：将制备好的试验土样分三层铺设在上剪切盒内，每层试验土样在击实后的高度为上剪切盒高度的1/3，完成第一层试验土样击实后将其表面刨毛，继续完成其他两层试验土样的击实，整理试验土样的上表面，刮去多余的土，得到重塑试验土样；

(3)、试验装置的安装和调试：将混凝土试样放置在下剪切盒内，调整上剪切盒位置使上剪切盒与下剪切盒紧密接触，然后在上剪切盒内铺设试验用砂，并将试验用砂上表面整理至水平，放置恒刚度弹簧动态加载系统，使可拆卸弹簧下固定板与试验用砂顶部平整贴合，通过调整可拆卸弹簧上固定板在螺杆上的位置，设置好弹簧的初始压缩量，并放置好横向位移传感器和竖向位移传感器，标定好初始位移量；将荷载传感器安置在上剪切盒左侧的第一钢杆上，进行归零处理，并对安装好的试验装置进行调试；

(4)、桩土界面剪切试验：启动数控电机以0.8mm/min的循环剪切速度进行桩土界面剪切试验，上剪切盒固定不动，使下剪切盒在操作平台与上剪切盒之间滑动，剪切位移为5cm，混凝土试样与重塑试样土样界面发生剪切破坏，产生相对位移，横向位移传感器、竖向位移传感器和荷载传感器分别测定并记录上剪切盒与下剪切盒的相对位移、可拆卸弹簧下固定板的竖向位移和上剪切盒和下剪切盒之间的剪力，通过上剪切盒正面安装的CCD摄像机对桩土界面土颗粒位移、旋转和破碎以及桩壁磨损进行观测，完成桩土界面剪切试验。