[发明专利]研究桩‑土相互作用的组合式比例加载试验装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于土木工程领域，具体涉及一种研究桩-土相互作用的组合式比例加载试验装置及方法。

背景技术

随着经济建设的快速发展，许多大型公共基础设施如桥梁、大型建筑物、高速铁路等建设需求越来越大，但这些公共基础设施因为安全、稳定等多方面的考虑对结构物的沉降和承载力的要求越来越高，桩基由于具有这方面的显著优势被大量应用于基础设施建设中，并取得了显著地成果。

但是对于桩基的研究发现：桩有时不仅直接承担竖向的荷载，而且还会承受侧向的荷载。常见的这类桩有坡体抗滑桩、堤岸护坡桩以及道路桥梁桩基等。这类桩的受力要比一般的桩复杂得多，这是因为桩在侧向力的作用下可能引起桩结构的侧向偏位，在竖向荷载及侧向荷载共同作用下桩头出现附加二阶弯矩，引发桩的压屈变形、破坏，减少桩基的使用寿命，甚至造成工程事故。因此，有必要对这类桩的力学规律进行研究分析。

对于研究桩在竖向、侧向或其组合受力状态下的力学响应规律来说，室内模型试验是目前研究桩基处治技术性能的常用手段之一。但已有的桩基试验装置都仅针对桩在单一荷载作用下的状态进行研究，无法对桩在不同受力状态或其组合受力下进行桩-土作用规律的室内模拟试验研究。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种研究桩-土相互作用的组合式比例加载试验装置及试验方法。本发明的试验装置可实现对不同状态下的试验桩分别或者同时进行竖向和水平向的加载，通过伺服动态控制加载分析系统研究桩身的应力-应变变化以及桩周土体的土压力或者孔隙水压力变化规律，并确定桩头位移与桩受力之间的关系。为以后桩的理论研究以及力学分析做出技术性指导。本发明结构简单合理、实用方便、稳定好、方便运输、组装以及存放、操作简单、数据处理方便、并且可循环使用的优点，适用范围更广。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种研究桩-土相互作用的组合式比例加载试验装置，包括竖向加载装置和横向加载装置，所述竖向加载装置与承台顶面连接，所述横向加载装置与承台侧面连接；所述承台底部与多个待测桩连接，所述待测桩外周填设土体。本发明中竖向加载装置和横向加载装置组合使用，在试验过程中方便模拟实际工程中桩的竖向以及侧向的复杂受力状态；横向加载装置和竖向加载装置通过承台将加载力传递给待测桩，从而研究桩基的桩-土之间的相互作用特性。

所述土体设置于试验箱内，所述试验箱包括由多个箱侧主体围成的定位空间；所述箱侧主体由多榀钢格板连接而成。

所述钢格板呈田字形，钢格板之间均通过连接件连接。

为防止试验用土从中间漏出，在所述钢格板的内侧设置有机玻璃板，用于限制土的移动防止其漏出。

优选的，所述承台顶面和侧面均设置自由加载板，承台顶面的自由加载板设置挂环与竖向加载装置连接，承台侧面的自由加载板设置挂环与横向加载装置连接。

所述待测桩沿桩体轴向均匀设置多个应变片，所述应变片与控制器连接。

根据试验的要求与目的，在所述土体内沿竖向均匀设置多个土压力计或孔隙水压力计。

所述竖向加载装置包括竖向液压装置，竖向液压装置的动作端与承台顶面连接。

所述竖向液压装置顶部与横向反力架连接，所述横向反力架两端固定于反力梁上。

所述竖向液压装置上设有竖向位移传感器。

所述横向加载装置包括横向液压装置，横向液压装置的动作端与承台侧面连接。

所述横向液压装置设置于反力板上，所述反力板固定于竖向反力架上。

所述横向液压装置上设有横向位移传感器。

一种研究桩-土相互作用的组合式比例加载试验装置的试验方法，包括以下步骤：

步骤1：根据试验要求，确定试验装置的尺寸，组装试验装置；

步骤2：在待测桩侧部设置应变片，以设定桩间距在试验装置内安置待测桩；

步骤3：在待测桩外周填设土体，在土体内设定位置埋置土压力计或孔隙水压力计；

步骤4：将待测桩顶部与承台连接，竖向加载装置和横向加载装置以设定加载方式分别对承台施加竖向力和横向力；

步骤5：采集试验数据，进行处理分析，得到在不同受力状态下待测桩-土体相互作用力的变化规律。

本发明的有益效果为：

1、本发明采用高强钢材料，强度及刚度较高，可满足试验加载的要求，并能长期使用；模型为组合式结构，安装、运输以及存放均可实现模块化，对于试验极具方便性，并可在试验结束后进行回收、重复利用，避免资源浪费，有效降低试验费用。