[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

说明书

本发明提供了一种异形桩桩‑土接触面破坏形式可视化试验装置及使用方法，实验装置包括承台、模型桩、模型槽、水浴槽、温控系统、激光源以及数码摄像装置；模型桩为全比例尺的异形桩，设置在模型槽内，周围布置透明土，模型槽设置在水浴槽内，且底部开设有转轴孔，内设转轴，转轴带动模型桩产生竖向位移或扭转位移；温控系统与水浴槽配合作用，调节桩‑土接触面温度；模型槽上方和侧面均设有激光源和数码相机。本发明实现了可视化观测异形桩截面凹面的剪切变形，并且可以对比不同加载方式、不同温度、不同桩型的剪切破坏特性，对于研究全比例尺模型桩接触面剪切具有重要意义，同时本发明的试验装置结构简单，操作方便，易于实现，成本较低。

技术领域

本发明涉及一种异形桩桩-土接触面破坏形式可视化试验装置及使用方法，属于模型试验技术领域。

背景技术

建筑物构件与土体之间的相互作用问题，一直是岩土工程研究的重要课题。运用数值模拟方法分析建筑物构件与土体相互作用时，接触问题的设置对计算结果的准确性和可靠性影响巨大。目前国内外接触面剪切破坏及剪切带的研究大多数针对的是平面剪切的情况，然而，实际的岩土工程领域中例如桩基与土体之间，接触问题是三维的环状接触问题，平面接触不能完全如实反映接触形式。环状接触面的位移变形不易测量导致环状接触研究相对较少，尤其是异形桩桩-土接触面，研究甚少、进展缓慢。针对考虑温度效应的异形桩全尺寸桩-土接触面剪切的研究则相对更少。

中国发明专利“土与结构相互作用的接触面剪切试验可视化装置”(专利号：ZL201010182628.X)公开了一种土与结构相互作用的接触面剪切试验可视化装置；该装置利用透视窗和摄像装置对土与结构作用的二维接触面进行了可视化观测；但是该专利的技术方案，不能解决三维接触面的可视化问题。中国发明专利“基于试验环境和接触面可变的岩土模型试验槽及试验方法”(专利号：ZL200810046863.7)公开了一种基于试验环境和接触面可变的岩土模型试验装置；该装置可以考虑边坡在降雨和浸水条件下以及在不同岩土接触面条件下的变形测量；但是既不能解决桩-土三维接触面测量问题，也不能解决接触面的可视化观测问题。中国发明专利“土体-结构接触面力学特性的试验方法及试验装置”(专利号：ZL201310045084.6)公开了一种土体-结构接触面力学特性的试验装置；该技术装置可以对土体与结构的三维环状接触面力学特性进行测量；但是该技术方案，并不能可视化观测接触面的位移特性，并且无法对异形桩与土体之间的接触面进行量测，也无法考虑温度对接触面力学特性的影响。

传统的变形测量方法测量结果往往不够准确，同时不能给出土体内部连续变形的整个位移场。现代数字图像技术也只局限于测量土体的宏观或边界变形，不能实现实际土体内部变形的可视化。利用X-射线、计算机层析扫描(CAT扫描)等方法虽然可以用来测量土体内部的连续变形，但是昂贵的费用，限制了这些技术的广泛应用。基于透明土材料的试验技术，以其适中的试验成本以及可以较为精确地连续观测土体内部变形的优点正得到逐步推广应用。然而，目前基于透明土材料开展的可视化模型试验研究，往往是针对整体的位移场、渗流场或者温度场，而尚未有针对构建物与土体接触面的相关应用研究。因此，基于透明土试验技术，可视化研究实际全尺寸桩-土接触面剪切时的土体内部位移，对三维接触面剪切破坏形式研究显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种异形桩桩-土接触面破坏形式可视化试验装置及使用方法，实现可视化观测不同温度、不同桩型、不同加载方式下，全比例尺异形桩桩-土接触面剪切破坏特性。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

异形桩桩-土接触面破坏形式可视化试验装置，其特征在于，包括承台、模型桩、模型槽、水浴槽、温控系统、激光源以及数码摄像装置；