[实用新型]一种模拟开口式管桩沉桩过程中产生土塞效应的试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及岩土力学桩基工程技术，尤其涉及一种模拟开口式管桩沉桩过程 中产生土塞效应的试验装置。

背景技术

开口管桩沉入过程，桩端土一部分被挤向外围，一部分涌入管内形成“土塞”。土塞 受到管壁摩阻力作用将产生一定压缩，土塞高度及其闭塞程度与土性、管径、壁厚及进入持 力层的深度等诸多因素有关。闭塞程度直接影响端阻发挥与破坏性状及桩的承载力，称此 为土塞效应。在桩打入过程中，考虑土塞与管内壁的摩阻力及管桩桩端土的承载力，可将土 塞分为完全闭塞和部分闭塞；土塞的闭塞程度会对桩的打入阻力和承载性能产生影响。同 时，排水和不排水条件对土塞效应的影响也不同。在不排水条件下,增加的轴向有效应力 主要由孔隙水承担,有效应力几乎没有增加，故可利用的摩阻力变化不大；在排水条件下, 随着荷载的增加,土塞内的应力也在增加，形成土拱；土拱作用导致非常高的内摩阻力。

目前，模拟土塞效应的试验方法分为：室内小尺寸模型试验和利用软件进行的数 值模拟分析。室内模型试验是模拟全程沉桩试验，考虑桩径的大小和土性的不同对土塞效 应的影响，研究土塞在沉桩过程中的高度变化和对桩周土的密度产生的影响；通过软件进 行的数值模拟研究的是在沉桩过程中颗粒的流动、桩内和桩周土的孔隙变化。但以上试验 均未考虑土塞在排水和不排水条件下进行压缩时的摩阻力变化，不能全面反映土塞效应的 规律。

发明内容

本实用新型的目的是鉴于目前室内试验和数值模拟均未考虑土塞在排水和不排 水条件下进行压缩时的摩阻力变化情况，提供的一种模拟开口式管桩沉桩过程中产生土塞 效应的试验装置，能够增加对土塞效应的认识。

本实用新型的目的是这样实现的：

一、模拟开口式管桩沉桩过程中产生土塞效应的试验装置（简称装置）

本装置包括压头、压力室、底座、压力传感器、铜塞、上透水石、土样、下透水石、排 水阀、保险环、密封圈和排气帽；

在压力室上设置有圆孔，在铜塞内部设置有排气孔，在底座内部设置有排水孔；

其位置和连接关系是：

底座、压力室和压头自下而上依次连接组成外部结构，起支撑和侧限作用；

下透水石、土样、上透水石、铜塞、压力传感器自下而上依次连接组成内部结构，起 渗水、过滤和测量作用；

铜塞与压力室的接触处设置有密封圈，底座上部与压力室连接处设置有密封圈， 起密封作用；

排水孔与外部相连处设置有排水阀，起排水或止水的作用；

排水阀上部设置有保险环；

排气帽可旋入排气孔内，起排气或封闭作用。

二、模拟开口式管桩沉桩过程中产生土塞效应的试验方法（简称方法）

本方法包括下列步骤：

①制样

将土样加工成指定直径和高度的圆柱体试样，土样的密度、干密度、含水率作为控 制参量模拟现场的土塞情况；

②放样

将底座放置在水平工作台面上，对于需要测试不排水条件下土样在压缩过程中孔 压的变化规律时，需要先打开排水阀，将排水孔注满水；在底座上依次放置下透水石、土样、 上透水石、铜塞、压力传感器组成内部结构；

③组装

将压头和压力室组装成统一整体后套在上述内部结构外；调整压力室，使排气孔 对准圆孔，排气帽旋入排气孔；

④试验

将装置放在土工三轴试验加载系统内，试验分为排水和不排水条件下的土塞压缩 试验，具体操作过程如下：

排水条件的土塞压缩试验：

将排水阀与回收桶连接，打开排水阀，旋开排气帽；荷载作用在压头上，加载系统 的荷载位移传感器和压力传感器同步采集数据；

不排水条件的土塞压缩试验：

在排水孔中注满水，排水阀外接孔压传感器，打开排水阀，旋入排气帽；荷载作用 在压头上，孔压传感器、荷载位移传感器和压力传感器同步采集数据。

本实用新型具有下列优点和积极效果：

①在制样过程中，将土样的密度、含水率作为控制参量可以模拟现场土塞的实际 情况；

②通过排水和不排水条件下的土塞压缩试验可以模拟在不同工况下的土塞效应；

③利用钢制压力室与土样的界面摩擦可模拟实际土塞效应时桩壁与土塞的摩擦；