[发明专利]一种模拟土体原位状态下的桩-土模型测试机及工作方法

权利要求书

1.一种模拟土体原位状态下的桩-土模型测试机，包括：底板、第一竖向板、第二竖向板、顶部压板、桩模型；

第一竖向板与第二竖向板为圆筒形，且两者的横截面形状均为圆形，第一竖向板在第二竖向板的外侧，两者之间存在孔隙；

其特征在于，

底板包括：底板主体、第一挡台与第二挡台，第一挡台与第二挡台均为圆柱形、且设置在底板主体的上侧；第一竖向板卡在第一挡台与第二挡台之间；第二挡台卡在第一竖向板与第二竖向板的间隙之间；底板与第一竖向板、第二竖向板相互连接固定；第一竖向板、第二竖向板的顶端也设置有圆环连接板；

顶部压板的横截面为圆形，其大小与第二竖向板的开口相适配；

在第二竖向板的内侧设置有若干竖向的凹槽，在顶部压板的外侧设置有若干个凸起；所述顶部压板的凸起插入到第二竖向板的凹槽内、且能够上下滑动；

在顶部压板的中央部位开设有孔；

还包括：第一加载系统，第一加载系统与顶部压板连接，第一加载系统的推杆与顶部压板的顶部连接，且在两者的接触面设置有压力传感器；

在顶部压板的中央部位设置有孔，在底板的中央部位设置有孔，顶部压板的孔以及底板的孔的大小均与桩模型的大小相适配。

2.如权利要求1所述的一种模拟土体原位状态下的桩-土模型测试机，其特征在于，桩模型为空心桩。

3.如权利要求1所述的一种模拟土体原位状态下的桩-土模型测试机，其特征在于，在第二竖向板相对于第一竖向板的一侧粘结有应变片，在第一竖向板、第二竖向板之间的间隙充气或者充水，以便与第二竖向板保持压力；根据第二竖向板相对于第一竖向板的一侧粘结有应变片的大小，来调整气压或者水压。

4.如权利要求1所述的一种模拟土体原位状态下的桩-土模型测试机，其特征在于，在底板的上表面铺设有一层滤水层，在底板主体的内部设置有排水管，以便于滤水层的水从底板主体的排水管流出，在排水管的外侧设置有控制阀；通过控制阀来控制排水管的排水情况，进而来模拟土体处于排水状态或者不排水状态。

5.如权利要求4所述的一种模拟土体原位状态下的桩-土模型测试机，其特征在于，还包括：设置在滤水层的上侧的底膜、侧膜、设置在顶部压板的下侧的顶膜；土体围设在底膜、侧膜、顶膜之间，其中，侧模预先设在第二竖向板的内表面。

6.如权利要求5所述的一种模拟土体原位状态下的桩-土模型测试机，其特征在于，还包括：顶部支撑框架，底板支撑在顶部支撑框架上，在底板的下方设置有桩模型支撑装置；桩模型支撑装置包括：夹持器，在夹持器的下侧设置有动力机构；动力机构固定在地面上；桩模型支撑装置与桩模型之间设置拉力传感器。

7.如权利要求5所述的一种模拟土体原位状态下的桩-土模型测试机，其特征在于，桩模型的第二加载机构设置在上部；在顶部压板的开孔处粘贴有张紧膜，以便将孔封闭；在滤水层相对于底板开孔的位置处设置有与周边滤水层径向分开的刚性层；在底板的开孔处开设置有膨胀挤压层，即膨胀挤压层塞入底板的孔中。

8.利用如权利要求6所述的一种模拟土体原位状态下的桩-土模型测试机的工作方法，其特征在于，

包括以下步骤：

第一，将桩模型预先穿过顶部压板的孔、底板的孔，然后桩模型的底部设置在桩模型支撑装置上；

第二，填土：然后在底板上设置滤水层，然后在滤水层上铺设底膜；然后开分层铺设土体；

填土结束后，将模型地基浸水静置一周；

第三，土体固结：第一加载系统开始运行，使得顶部压板对土体保持预定的应力；在此条件下进行固结1周；控制阀始终处于打开状态；

第四，试验：利用桩模型支撑装置将桩模型进行下拉，进行静载试验，得到土层的桩侧摩阻力f-沉降s的关系。

9.利用如权利要求7所述的一种模拟土体原位状态下的桩-土模型测试机的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一，根据土体的性质、桩模型的尺寸，来确定第二竖向板的直径大小；

第二，在顶部压板的孔上粘贴有张紧膜，在底板的孔中设置膨胀挤压层；然后将桩模型的底部设置在桩模型支撑装置上；

第三，填筑土体：然后在底板上设置滤水层，滤水层与桩基对应的部位设置刚性层，然后在滤水层上铺设底膜；然后开分层铺设土体；填土结束后，将模型地基浸水静置一周，使得土体充分饱和；

第四，土体固结：第一加载系统开始运行，使得顶部压板对土体保持预定的应力；在此条件下进行固结1周；控制阀始终处于打开状态；

第五，桩模型压入：第二加载系统对桩模型开始施加力，向下推动桩模型，直至桩模型穿过底板；

第六，试验：进行静载试验，得到桩侧摩阻力f-沉降s的关系。