[发明专利]一种岩溶地区超长桩屈曲稳定性室内模型实验装置及方法

权利要求书

1.一种岩溶地区超长桩屈曲稳定性室内模型实验装置，其特征在于：包括用于模拟熔岩地基的土体模型、局部埋入所述土体模型中的超长桩模型和通过承载台连接所述超长桩模型的上端以提供向下的荷载的加载系统，还包括数据采集系统，所述数据采集系统包括设于所述承载台上的用于检测所述加载系统提供的荷载的压力传感器、设于所述承载台用于测量沉降量的第一百分表、设于所述超长桩模型的用于测量水平位移的第二百分表和设于所述超长桩模型的表面用于测量桩身的形变数据的大量应变片，每四个所述应变片为一组采用全桥组桥方式连接，所述压力传感器和每组所述应变片的输出端均连接主控机，所述土体模型中设有一个或者多个用于模拟溶洞的空腔，所述超长桩模型穿过一个或者多个所述空腔；

所述土体模型具有两层，上层为黏土，下层为沙土，且所述黏土占比大于所述沙土占比；

所述加载系统包括平板状的底部框架、可移动且竖直向上的设置于所述底部框架的可移动柱和被所述可移动柱支撑的反力架，一千斤顶连接所述反力架和所述承载台，所述承载台与对应的所述超长桩模型通过连接铰连接，所述土体模型收容于模型箱中，所述模型箱位于所述底部框架的上表面；

所述模型箱无底，所述沙土直接被所述底部框架支撑，所述超长桩模型的下端与所述底部框架连接；

所述超长桩模型包括埋入所述土体模型的埋入段和露在所述土体模型外面的露出段，所述第二百分表设于所述露出段，所述承载台连接所述露出段。

2.如权利要求1所述的岩溶地区超长桩屈曲稳定性室内模型实验装置，其特征在于：所述模型箱包括四根钢棱和四块有机玻璃板，每一所述钢棱上具有相互平行但开口方向相互垂直的两卡槽，任一所述机玻璃板的相对两端卡设在相对设置的二所述钢棱的相应卡槽中，至少一所述有机玻璃板上设有沿竖直方向延伸的刻度尺，所述可移动柱具有两根，所述模型箱位于二所述可移动柱之间，且所述模型箱的下端区域设有排水孔。

3.一种岩溶地区超长桩屈曲稳定性室内模型实验装置的构建方法，其特征在于：用于构建权利要求1至2任一项所述的岩溶地区超长桩屈曲稳定性室内模型实验装置，该构建方法包括如下步骤，

A1：搭建加载系统并竖直设置超长桩模型，使所述加载系统通过承载台连接所述超长桩模型的上端，在所述承载台上设置压力传感器和用于测量沉降量的第一百分表，在所述超长桩模型上设置用于测量桩身的形变数据的应变片和用于测量水平位移的第二百分表，每四个所述应变片为一组采用全桥组桥方式连接，使所述压力传感器和每组所述应变片的输出端均连接主控机，通过所述主控机来读取和显示所述压力传感器采集的荷载数据和所述应变片测量的形变数据；

A2：自所述超长桩模型下端向上慢慢填充土体，当土体填充至所需模拟溶洞的高度处时，在所述超长桩模型上套设空心套筒，使所述套筒竖直的放置在土体上，继续填充土体，直至形成完整的具有模拟溶洞的土体模型。

4.如权利要求3所述的岩溶地区超长桩屈曲稳定性室内模型实验装置的构建方法，其特征在于：所述土体模型具有两层，上层为黏土，下层为沙土，且所述黏土位于所述土体模型的中部和上部，所述沙土位于所述土体模型的下部，在填充土体前，根据试验要求设定所述黏土的颗粒级配和含水量，并选取符合实验松实度要求的所述沙土，在试验开始前，通过土工试验获取完整的土体基本物理力学指标。

5.一种岩溶地区超长桩屈曲稳定性室内模型实验方法，其特征在于：利用权利要求1至2任一项所述的岩溶地区超长桩屈曲稳定性室内模型实验装置，包括如下步骤，

B1：使用所述加载系统对所述超长桩模型逐级施加桩顶竖向荷载；

B2：通过所述压力传感器检测所述荷载的大小，使用所述第一百分表和所述第二百分表分别测量桩顶的沉降量和水平位移，使用所述应变片测量所述超长桩模型的桩身的形变数据；

B3：当在某级荷载作用下的所述超长桩模型的沉降量小于0.1 mm/h时，则认为该级已达稳定，然后施加下一级荷载直至所述超长桩模型被破坏，终止试验，绘制基桩荷载-位移曲线来分析岩溶地区超长桩的屈曲临界荷载。

6.如权利要求5所述的岩溶地区超长桩屈曲稳定性室内模型实验方法，其特征在于：以允许最大桩顶沉降量或水平位移为试验终止标准。

7.如权利要求6所述的岩溶地区超长桩屈曲稳定性室内模型实验方法，其特征在于：当在某级荷载下桩顶沉降量大于前一级荷载下桩顶沉降量的5倍或桩顶水平位移达0.1倍桩径时，则表明所述超长桩模型已经被破坏。