[发明专利]异形桩桩-土接触面破坏形式可视化试验装置及使用方法

权利要求书

1.异形桩桩-土接触面破坏形式可视化试验装置的使用方法，其特征在于，异形桩桩-土接触面破坏形式可视化试验装置，包括承台（22）、模型桩（2）、模型槽（1）、水浴槽（4）、温控系统、激光源以及数码摄像装置；

所述模型桩（2）为全比例尺的异形桩，设置在所述模型槽（1）内，模型桩（2）的周围布置有透明土（3），所述模型槽（1）设置在水浴槽（4）内，所述模型槽（1）和水浴槽（4）均为透明装置，且两者均设置在承台（22）上，所述模型槽（1）的底部对应模型桩（2）的位置开设有转轴孔，所述转轴孔内设有转轴（5），所述转轴（5）带动模型桩（2）产生竖向位移或绕竖向中心轴的扭转位移；

所述温控系统与水浴槽（4）配合作用，调节桩-土接触面温度；

所述激光源包括第一激光源（13）、第二激光源（14）、第三激光源（16）和第四激光源（17），所述第一激光源（13）和第二激光源（14）设置在模型槽（1）的上方，第三激光源（16）和第四激光源（17）对称设置在模型槽（1）的侧面，且位于模型桩（2）对称轴的两侧；

所述数码摄像装置包括第一数码相机（15）和第二数码相机（18），所述第一数码相机（15）设置在模型槽（1）的上方，且位于第一激光源（13）和第二激光源（14）的中间，所述承台（22）上还设有环形滑轨（19），所述环形滑轨（19）绕水浴槽（4）设置，所述第二数码相机（18）与环形滑轨（19）活动连接，可沿环形滑轨（19）移动，环形滑轨（19）上设置有卡槽和刻度，用于固定第二数码相机（18）；

上述装置的使用方法包括如下步骤：

A，根据试验设计要求，制作模型槽、全比例尺的模型桩和透明土；

B，将模型槽置于承台上，将转轴穿过模型槽与加载系统相连，并将模型桩置于模型槽内，模型桩底面与模型槽底部接触，在水浴槽周围布置环形滑轨，在模型槽上方和侧面安装激光源和数码摄像装置，数码摄像装置通过数据线与处理装置连接；打开激光源，检查其在透明土体内部形成的颗粒切面明亮度，调整激光角度，分别使激光垂直和水平入射，打开对应的数码摄像装置，调整其镜头，使其能拍摄整个试验画面；

C，按照试验设计要求，将转轴底部与加载系统相接；打开温控系统，使控温液体循环，调节桩-土接触面温度至稳定状态；

D，根据设计的位移速率，施加竖向或者扭转位移，在指定位移处，暂停加载；

模型槽侧面的第三激光源和第四激光源的激光入射形成切面，由模型槽上方的第一数码相机记录土体位移规律；

模型槽上方的第一激光源和第二激光源的激光入射形成切面，由模型槽侧面的第二数码相机围绕环形滑轨一周，在固定的卡槽位置记录加载过程中接触面和透明土内部的位移规律；

E，重复步骤A~D，通过试验装置分析不同加载方式、不同温度、不同桩型的全比例尺模型桩桩-土接触面滑动带大小和桩周土位移发展情况，完成考虑温度效应的全比例尺异形桩桩-土接触面剪切破坏形式可视化试验，重复制备透明土的过程中保持透明土的高度和密实度不变，以保证全比例尺模型桩周围的围压不变。

2.根据权利要求1所述的使用方法，其特征在于，所述步骤A中模型槽采用透明有机玻璃或透明钢化玻璃制成，模型槽的形状为空心圆柱体或长方体，所述空心圆柱体直径为500~800mm、高度为300~350mm、周围壁厚为10~20mm、底面壁厚为20~40mm；所述长方体边长为500~800mm、高度为300~350mm、周围壁厚为10~20mm、底面壁厚为20~40mm；模型桩由混凝土或聚碳酸酯或有机玻璃材料制成，横截面形状为X形或Y形或H形或者圆形，等效直径为400~600mm。

3.根据权利要求1所述的使用方法，其特征在于，所述步骤A透明土由透明固体颗粒与孔隙液体制配而成，透明固体颗粒为粒径为0.25mm~2.0mm的全氟环状聚合物颗粒或粒径为0.1mm~1.0mm的熔融石英砂或粒径为0.01mm~0.075mm的无定形二氧化硅粉末，孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液。