[发明专利]一种PCC桩内摩擦力的测试装置及其使用方法

说明书

本发明提供了一种PCC桩内摩擦力的测试装置及其使用方法，测试装置包括承台、模型桩、模型槽、激光源以及数码摄像装置；模型槽设置在承台上，PCC模型桩设置模型槽内，透明土充当桩侧土和桩芯土，模型桩与透明土的接触面设有土压力盒，传力杆上部内嵌于模型桩的底部、下部固定在传力板上，传力板底部通过压力传感器与加载系统连接，模型槽上方和侧面均设有激光源和数码相机。本发明的测试装置实现可视化观测全比例尺PCC桩在竖直位移作用下内摩擦系数的大小，对比分析内、外摩擦特性的差异性，对于研究全比例尺模型桩接触面摩擦具有重要的意义，同时，本发明的试验装置结构简单，操作方便，易于实现。

技术领域

本发明涉及一种PCC桩内摩擦力的测试装置及其使用方法，主要适用于PCC桩与土体之间内接触面的可视化观测，属于岩土工程中桩-土接触面摩擦力测试技术领域。

背景技术

构建物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尤为重要。目前，国内外构建物与土体接触面摩擦的研究大多数针对的是平面的情况，然而，实际的岩土工程领域中例如桩基与土体之间，摩擦问题是三维的环状接触问题，平面接触不能如实反映接触形式。而环状接触面，尤其是PCC桩桩-土接触面，桩芯土与桩侧壁的摩擦特性，与桩周土与桩侧壁的摩擦特性并不相同，针对PCC桩桩芯土与桩侧壁的摩擦特性的研究相对较少。

中国发明专利“一种土工合成材料接触面摩擦强度测试方法”（专利号：ZL201510361824.6）公开了一种土工合成材料接触面摩擦强度测试装置；该技术装置通过获取土工合成材料与地质体之间的正应力和剪切应力，获得接触面强度参数；但是该技术方案，无法可视化观测摩擦过程，也不能解决三维接触面的摩擦强度问题。中国发明专利“一种测定土-筋界面摩擦系数的直剪仪及测定方法”（专利号：ZL201410811116.3）公开了一种测定土-筋界面摩擦系数的直剪装置；该技术装置可以对土-筋二维界面摩擦系数进行测量；但是无法测量桩-土之间三维界面的摩擦系数，并且也不能可视化观测摩擦过程。

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观测。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，但是费用昂贵，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，往往是针对整体模型的位移场、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PCC桩与土体之间内接触面与外接触面摩擦特性，对三维接触面摩擦特性的研究显得尤为重要。

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PCC桩内摩擦力的测试装置及其使用方法，实现PCC桩内摩擦系数的测量，解决桩芯土与桩内侧壁的摩擦特性、桩周土与桩外侧壁的摩擦特性的测试问题，以及三维可视化观测问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种PCC桩内摩擦力的测试装置，其特征在于，包括承台、模型桩、模型槽、激光源以及数码摄像装置；

所述模型槽为透明装置，且设置在承台上，所述模型桩为全比例尺的PCC桩，设置在所述模型槽内且两者之间留有间隙，模型桩的桩芯部分填充透明土，所述模型桩与透明土的接触面上设有若干枚用于测试土体的侧压力的土压力盒，所述模型槽的底部和承台对应模型桩的位置开设有若干个通孔，每个通孔内均设有传力杆，所述传力杆带动模型桩竖直方向移动，所述传力杆底部设有用于控制其竖直位移的加载系统，且两者之间设有压力传感器和传力板；所述传力杆上部内嵌于模型桩的底部、下部固定在传力板上，所述传力板为圆形板，底部通过所述压力传感器与加载系统连接，所述压力传感器通过数据线与采集系统相连，用于记录传力板上的压力；