[实用新型]打入桩全寿命周期土工离心机试验装置

说明书

本实用新型公开一种打入桩全寿命周期土工离心机试验装置，包括支撑系统、打入桩全寿命加载系统、桩土系统、离心机系统和量测采集系统。本实用新型还提供了一种上述打入桩全寿命周期土工离心机试验装置的操作方法。本实用新型能够开展打入桩全寿命周期的桩土相互作用的土工离心机试验，在不同的安装方式的贯入以及不同拔出方式的拔出土工离心机试验，为打入桩全寿命的桩土相互动态响应的研究提供了有效的试验装置和方法，且通过可通过高速摄像机或数码相机直观观测全寿命过程中桩土变形特性等，且可分阶段进行相关试验。

技术领域

本实用新型涉及一种打入桩试验装置，尤其是一种打入桩全寿命周期土工离心机试验装置。

背景技术

目前，对于桩的全寿命周期承载性能的研究主要集中在运营期间的桩土响应，然而对于打入桩而言，其打入过程中桩周土物理力学参数如孔压等对于服役运营期间的桩周土的有效应力状态影响显著，而对于部分桩基础，如海上风电桩基础，其服役期一般在20-50年，在完成服役期后需要进行拔除，故有必要开展服役期的桩土响应对于拔除作业的影响。因此，开展打入桩从贯入安装-服役运营-退役拔出全寿命的桩土响应有利于分析对于桩的承载性能发展演化研究，桩的尺寸优化设计等。然而，目前缺乏相关的分析手段，全寿命现场试验研究由于成本极其高昂几乎不太现实，而数值技术以及理论方法均存在局限而无法实现全寿命的连续性的研究，而现有的室内试验由于尺寸效应的影响而无法进行精细的分析桩土相互作用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种打入桩全寿命周期土工离心机试验装置，该装置能够对桩的全寿命周期承载性能进行试验研究，并依托设备的改进获得更加精准的数据和更直观的图像资料。

为此，本实用新型提供的打入桩全寿命周期土工离心机试验装置，其特征是：包括支撑系统、打入桩全寿命加载系统、桩土系统、离心机系统和量测采集系统；

支撑系统：包括竖向支撑系统和打桩架支撑系统，竖向支撑系统主要包括螺纹刚性柱、竖向外支撑架、竖向内支撑架和底部刚性板，竖向支撑系统用于支撑整个试验模型，并与离心机对应装置连接，同时为模型中的打桩架的提供支撑平台，竖向外支撑架与螺纹刚性柱活动连接在一起并通过竖向支架升降电机控制升降；

打入桩全寿命加载系统：包括打桩架、打桩设备和水平加载系统，所述打桩架支撑系统与竖向支撑系统连接，打桩架上标有标尺，打桩设备包括打桩锤导轨、打入桩导轨和竖向加载设备，竖向加载设备下部安装打桩锤垫，水平加载系统模拟桩服役期间的组合荷载的作用的桩土响应；通过伺服和计算机调整竖向加载设备的加载模式；

桩土系统：包括模型桩和模型箱，模型桩的桩顶固定有桩帽，桩帽保护在贯入过程中的模型桩桩头，桩身粘贴有物理力学变量的监测元件，模型箱为半圆柱形、下部闭口上部开口的箱体，半圆部分由高强度和高刚性的钢板组成，箱身布设有排水孔，所述模型箱的半圆切面由高强度树脂透明板组成，模型箱中布设土体，固定支架下方固定有升降电机，升降电机套接在螺纹刚性柱上，升降电机驱动螺母转动实现在螺纹刚性柱上的升降，控制固定支架的高度；

离心机系统：包括离心机，所述支撑系统、打入桩全寿命加载系统、桩土系统固定安装在离心机的试验舱中，通过离心机的运动对试验模型施加超重力，超重力环境下加速流固耦合的时间，加快变化的进程；

量测系统：包括土体监测系统和桩身监测系统，土体监测系统包括土体监测元件，桩身监测系统包括桩身监测元件，土体监测元件测试土体试样的初始应力应变、孔压状态以及打桩过程中以及完成安装后的相应的物理力学参数，桩身监测元件采集桩身的变形应力等物理力学参数。

优选的，采用高速摄像机或高速数码相机透过高强度树脂透明板拍摄打桩过程中的桩土相互作用的变形特征。