[发明专利]固定侧限嵌岩桩的不排水载荷试验装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及岩体力学嵌岩桩技术，尤其涉及一种固定侧限嵌岩桩的不排水载荷试验装置及其方法。

背景技术

桩端嵌入岩体中的桩称为嵌岩桩，嵌入不同特性岩体中的嵌岩桩其特性的差异是由岩体特性的差异所引起的。为了模拟嵌岩桩的受力和破坏模式，国内外研究人员开展以一系列等尺寸嵌岩桩的载荷试验和等比例室内模型试验。等尺寸嵌岩桩载荷试验可以很好地得到桩身承载力数据，但试验的周期长、现场的不确定性大。因此，采用室内模型试验可以弥补上述缺陷。

目前，关于嵌岩桩的模型试验装置比较简单且不够系统和规范，考虑的实际条件不够充分，对饱和状态时不排水破坏模式和实际地层内的围压条件考虑较少。在室内的模型试验中，大多采用在取样的大块岩石上进行钻孔，修平孔底，清孔以后在孔内浇筑钢筋混凝土的模型桩，凝结达到设计强度后在压力机上进行试验。这种方法得到的试验结果受到人为误差影响较大：试验所用的岩块大小不一造成尺寸效应的影响，浇筑及养护混凝土的工艺差别较大也影响模型桩的强度；同时模型桩受到的围压仅仅为桩周岩体结构作用，围压作用小，不能反应嵌岩桩在一定深度的围压效应。

在嵌岩桩的破坏性载荷试验时，桩端的突然破坏和渐进性破坏导致的孔隙水压力的消散方式不同，会导致因孔隙水压力升高造成的桩端承载力不同。现有的试验未能考虑桩端孔压变化对桩端承载力的影响。

发明内容

本发明的目的就在于考虑不排水条件下，孔压对桩端承载力的影响，同时克服现有嵌岩桩模型试验在制样和制桩上的人为误差及无侧限问题，提供一种固定侧限嵌岩桩的不排水载荷试验装置及其方法，可以避免上述误差，有效模拟嵌岩桩在岩层中破坏时的端承特性。

本发明的目的是这样实现的：

一、固定侧限嵌岩桩的不排水载荷试验装置（简称装置）

本装置包括模型桩、上盖板、压力室、下盖板、上密封圈、下密封圈、螺杆、PVC-U管、密封螺帽、水泥浆和岩样；

在模型桩的底部开孔埋入孔压传感器，孔压传感器的底部设置过滤铜塞，孔压传感器的引线从内孔中引出；

在上盖板上设置有中心导向管、注浆排气孔、穿孔和密封圈；

在下盖板上设置有螺纹孔；

其位置和连接关系是：

自下而上，下盖板、压力室和上盖板依次连接组成主体结构；

岩样放置在压力室内，在岩样的钻孔内嵌入PVC-U管，模型桩1通过中心导向管竖直插入PVC-U管内；

密封螺帽旋进注浆排气孔，螺杆穿过穿孔，拧螺杆螺帽使螺杆旋进下盖板的螺纹孔内；

拧开注浆排气孔浇筑水泥浆，在水泥浆凝结硬化达到设计强度后，打开上盖板，将装置放置在水中抽真空饱和。

二、固定侧限嵌岩桩的不排水载荷试验方法（简称方法）

本方法包括下列步骤：

①组装

将下盖板放置底部，在其上放置压力室，在压力室上下底面沿圆环中心分别嵌固上密封圈和下密封圈，防止水泥浆外溢；

②放样

将加工好的岩样的上部居中钻直径20毫米的孔，孔底距离岩样的底部50毫米；在压力室内调整岩样使钻孔居中，将外径20毫米、壁厚1.35毫米和长70毫米的PVC-U管嵌入钻孔内，在PVC-U管顶部沿周长裹一圈塑料薄膜，防止灌注水泥浆流入孔内；

③固定

将模型桩通过上盖板的中心导向管插入PVC-U管内，固定上盖板，使螺杆穿过上盖板的穿孔，拧螺帽使螺杆旋入下盖板中的螺纹孔内；利用4个固定螺杆使上盖板、下盖板和压力室达到固定；

④注浆

拧开上盖板的4个密封螺帽，将搅拌好的高流动性水泥浆通过注浆排气孔注入试样与压力室内壁之间的空隙，在水泥浆填充满后拧紧密封螺帽；

⑤饱和

在水泥浆凝结硬化达到设计强度后，打开上盖板，将试样放置在水中抽真空饱和；

⑥加载

在试样完全饱和后，将整个试验装置放在压力机上进行加载，通过荷载位移传感器和孔压采集仪实时采集数据。

本发明具有下列优点和积极效果：

①可将大小不一的岩样浇筑成统一尺寸，避免尺寸不一带来的试验影响；

利用本装置浇筑的试样为统一标准：直径90毫米，高120毫米的圆柱体试样；

②利用钢制圆杆的模型桩取代传统的钢筋混凝土浇筑模型桩，避免了浇筑模型桩的人为误差；

③上盖板的4个注浆排气孔与4个穿孔绕盖板中心呈45度夹角交替分布，使注浆孔处预留较多活动空间，方便注浆操作；

④运用压力室和上下盖板提供固定侧限，模拟岩样在实际地层中受到的围压作用；