[发明专利]一种桩土接触面剪切力学特性试验方法

说明书

本发明公开了一种桩土接触面剪切特性试验方法，包括装置桩试样和土试样、安装压力装置、对桩土施加水平推力、桩土接触面剪切试验以及桩土接触面剪切力计算；本发明中通过向膜筒的中轴线方向压缩推力装置中的推力弹簧，推力弹簧通过推力筒对膜筒施加多个水平推力，以对膜筒内的土试样进行挤压，这与桩土在实际工程中所受水平地压随深度的增加而不断增加的情况一致；可准确模拟不同类型桩基础的桩土在实际工程中的力学特性，为实际工程桩基设计提供理论依据。本发明的试验方法，步骤简洁明了，可操作性强，便于实现；同时，对桩试样的截面形状不做限制，应用范围广。

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，特别地，涉及一种桩土接触面剪切力学特性试验方法。

背景技术

随着我国城市建设的快速发展，当前出现了很多高层和超高层建筑，这些高层和超高层建筑对地基承载力要求较高，桩基础作为一种主要的基础形式被广泛应用于基础工程中。随着桩基础工程实际经验的累积和理论研究的深入，在钻孔桩和预制桩的基础上出现了许多新型桩基础，如挤扩支盘灌注桩、螺旋桩、竹节桩和钻孔桩等；而在深厚软土地区的超高层建筑桩基础的长桩一般为摩擦桩或端承桩，桩基础的承载力主要由桩侧摩擦阻力提供。现有建筑桩基技术规范中给出的桩侧摩阻力计算值偏差较大，因而需要结合模型试验对不同类型桩基础的桩土摩擦性能进行研究，为实际工程桩基设计提供理论依据。

目前对桩土接触面剪切力学特性的研究主要基于现场试验和室内试验两种方式，室内试验主要采用直剪试验和环剪试验，室内剪切试验可以准确测得桩土相对位移，同时能够测得接触面法向位移，然而直剪试验和环剪试验与桩试样的接触面均为平面，这与实际桩(圆形桩)土接触面不同，且剪切试验中的边界条件与实际桩荷载传递过程中的边界条件也不同。中国专利ZL201210078542.1公开了一种桩土接触面力学特性测试装置和测试方法，测试装置由密封压力室、空心圆柱土试样、实心圆柱混凝土桩试样等组成，桩试样为预制，其直径与空心圆柱土试样的内径相等，两者紧密贴合；混凝土桩试样下端通过弹簧组放置在底座上，上端通过传力杆与应力加载系统相连，传力杆上设置应力传感器和位移传感器I；混凝土桩试样外侧为空心圆柱土试样，土试样下端放置滤纸、透水石并放置在基座上，土试样上端放置滤纸、透水石并与位移传感器II相连接；试验时，先施加围压固结，固结完成后在桩试样上施加静、动荷载，测量桩、土的轴向变形、孔隙水应力。上述试验方法中未涉及实际工程中桩土接触面的水平地压会随着桩的深度增加而增大的重要因素。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种桩土接触面剪切力学特性试验方法，该试验方法通过推力装置对土试样施加水平力，真实模拟实际工程桩土受力状态，提高试验准确度。

为实现上述目的，本发明提供了一种桩土接触面剪切力学特性试验方法，包括以下步骤：

步骤S1、装置桩试样、土试样：先将预制的桩试样从试验装置的顶部插入膜筒中，再将备好的土试样填筑到膜筒中，并根据实际工程压实土试样，压实完成后将封盖盖到膜筒上，并通过压紧杆将封盖与膜筒压紧；

步骤S2、安装压力装置：将竖向加载装置安装到支撑梁上，桩试样的顶端通过传力杆与竖向加载装置相连，桩试样与传力杆之间夹设有压力传感器和位移传感器；

步骤S3、对桩土施加水平推力：在膜筒的外周侧向其中轴线方向施加多层水平推力，以对所述膜筒内的土试样沿垂直于桩试样轴向的方向进行挤压，多层水平推力从上到下线性递增；当顶层推力和底层推力对土试样产生的压强与实际工程中要测量桩段的上截面和下截面处压强分别相等时，维持各层水平推力不变；

步骤S4、桩土接触面剪切试验：启动竖向加载装置对桩试样施加竖向压力，在竖向压力所用下，桩试样在竖向发生移动，桩试样所受压力和位移，分别通过压力传感器和位移传感器获得；

步骤S5、桩土接触面剪切力计算：根据桩土接触面剪切试验获取的试验数据计算桩土接触面剪切应力。