[发明专利]一种管桩-水泥土接触面制样装置以及接触面摩擦特性研究剪切试验装置和试验方法

说明书

本发明公开了一种管桩‑水泥土接触面制样装置以及接触面摩擦特性研究剪切试验装置和试验方法。所述管桩‑水泥土接触面制样装置包括管桩模具和接触面制样模具，用于制作模型管桩‑水泥土接触面试样。所述的管桩‑水泥土接触面摩擦特性研究剪切试验装置包括圆形模型箱、模型管桩‑水泥土接触面试样、反力梁和加载电机。所述的圆形模型箱中心处放有模型管桩‑水泥土接触面试样，模型箱内部填筑有砂土，砂土内部放置土压力传感器；通过电机对模型管桩进行加载，加载过程中电机所施加荷载及位移可自动采集。本发明结构合理，操作简单，可进行管桩‑水泥土接触面的制样，还可为管桩‑水泥土接触面摩擦性能的研究提供了一种有效手段。

技术领域

本发明属于岩土工程领域，具体涉及一种管桩-水泥土接触面制样装置以及接触面摩擦特性研究剪切试验装置和试验方法，可用于研究水泥土强度不同时的管桩-水泥土接触面摩擦特性。

背景技术

桩基础是一种十分重要的基础形式，被广泛应用于高层建筑、高速公路、高速公路以及一些重大基础设置工程中。目前应用最为广泛的桩基础主要为预应力管桩和钻孔灌注桩，然而这两种桩基在实际工程应用中都存在着一些问题。在我国东南沿海地区分布有大量的深厚软粘土层，土体工程性质较差，传统的预应力管桩和钻孔灌注桩在该区域的承载性能都较差。随着桩基础实际工程经验的积累和理论研究的深入，近年来出现了一些新型桩基础，如挤扩支盘桩、螺旋桩、劲芯搅拌桩、管桩水泥土复合桩和静钻根植桩等。其中，劲芯搅拌桩、管桩水泥土复合桩和静钻根植桩均是由内部芯桩和外围水泥土组成的组合桩基础，其桩侧承载性能受芯桩-水泥土接触面和水泥土-土体接触面控制。静钻根植桩等组合桩基础在我国东部沿海地区已经得到了成功应用，并取得了明显的社会经济效益，具有显著的推广价值。

目前对劲芯搅拌桩、管桩水泥土复合桩和静钻根植桩等组合桩基础的研究主要是现场试验和模型试验，然而在现场试验和模型试验中都只对水泥土-土体接触面的摩擦特性进行研究，没有关于芯桩(预制管桩)-水泥土接触面摩擦特性的研究。目前在劲芯搅拌桩、管桩水泥土复合桩和静钻根植桩等组合桩基础的设计中均假设芯桩(预制管桩)和水泥土在荷载传递过程中始终是一个整体，没有考虑芯桩(预制管桩)-水泥土接触面的摩擦特性。然而，芯桩(预制管桩)-水泥土接触面的摩擦特性在组合桩荷载传递过程中起着十分重要的作用，需要对此展开详细的研究，从而为实际工程中劲芯搅拌桩、管桩水泥土复合桩和静钻根植桩等组合桩基础的设计提供理论依据。

发明内容

为了对预制管桩-水泥土接触面的摩擦性能进行研究，本发明提供了一种管桩-水泥土接触面制样装置以及接触面摩擦特性研究剪切试验装置和试验方法，可用于模拟不同水泥土强度条件下预制管桩-水泥土接触面的摩擦特性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种管桩-水泥土接触面制样装置，包括管桩模具和接触面制样模具；

所述的管桩模具由圆形模具和底板组成；所述圆形模具由两块半圆铝合金板经螺栓连接组合而成；所述底板中心处设有一个圆形凹槽，用于圆形模具的嵌入；所述圆形凹槽直径与圆形模具直径相同；所述的管桩模具内浇筑有混凝土，用于制作模型管桩；

所述的接触面制样模具由大直径圆形模具和底板组成；所述的大直径圆形模具由两块大直径半圆铝合金板经螺栓连接组合而成；所述的底板中心处也设有一个圆形凹槽，所述圆形凹槽直径与模型管桩的直径一致，用于放置模型管桩；所述底板上还设有一个凹状圆环，所述的凹状圆环的圆心与圆形凹槽的圆心重合，且其直径和厚度与大直径圆形模具的直径和厚度相同，用于大直径圆形模具的嵌入；所述的模型管桩与大直径圆形模具之间形成预留空间，预留空间内浇筑有搅拌均匀的水泥土试样，用于制作模型管桩-水泥土接触面试样。

上述技术方案中，进一步地，所述的大直径圆形模具与模型管桩的直径之比不小于2。

进一步地，所述的水泥土试样的含水率超过土体液限含水量。