[发明专利]一种用于静载荷模型试验的装置和方法

权利要求书

1.一种用于静载荷模型试验的装置，该装置包括模型箱、固定于模型箱上的可控转速的旋转加压单元，其特征在于，该装置还包括桩身侧向稳定单元、连接单元和扭矩消除单元，连接单元用于将桩身侧向稳定单元和模型箱固定在一起，扭矩消除单元设置在加压单元与模型桩之间，用于消除由于加压单元旋转对待压入模型桩产生的扭矩；桩身侧向稳定单元用于保持压桩过程中模型桩和加压单元的旋转轴的垂直度和稳定性；

桩身侧向稳定单元由可组装的支架构成，包括上部构件、下部构件、中部构件，上部构件由两个方形隔板及固定在两个方形隔板之间的上部桩身导管构成；下部构件由两个方形隔板及固定在两个方形隔板上的下部桩身导管构成；所述中部构件采用隔板，所述中部构件的数量为多个；所有隔板之间自上而下均通过多根立柱一层层可拆卸固定在一起，桩身侧向稳定单元的高度不小于模型桩的桩长；所有隔板均横向布置，所有导管均位于隔板的中轴线上，上部桩身导管直径与加压单元的旋转轴的直径一致，上部桩身导管带有内螺纹，与加压单元的旋转轴配合，下部桩身导管的直径与模型桩的直径一致；

在扭矩消除单元和模型桩之间安装有数据采集单元，数据采集单元包括压力传感器（8）和数显千分表（24）；

所述加压单元包括变速电机（1）和螺旋丝杠（2），通过变速电机（1）驱动螺旋丝杠（2）向下旋转，产生压力，从而将模型桩压入土中或为静载荷试验提供压力；所述螺旋丝杠的端头直径小于带螺纹段的直径，在端头周向设置有限位凹槽；

所述扭矩消除单元（7）包括圆柱形开口空心杯座（19）、圆形限位环（18）、弹性钢珠（20）和钢珠（21），螺旋丝杠端头与扭矩消除单元（7）连接时，端头置于杯座的空心腔内，在杯座内壁上与限位凹槽同高位置安装有弹性钢珠（20），螺旋丝杠端头与扭矩消除单元连接在一起时弹性钢珠恰好位于限位凹槽（22）内，在螺旋丝杠端头与杯座内底之间固定安装有圆形限位环，圆形限位环的圆心与杯座的圆心重合，圆形限位环与杯座内壁之间的空间内安装钢珠（21），螺旋丝杠端头底面与钢珠（21）顶面相接触；杯座的外径等于模型桩直径，内径等于螺旋丝杠端头直径。

2.根据权利要求1所述的用于静载荷模型试验的装置，其特征在于，中部构件采用十字形隔板；所述立柱（15）竖向布置，采用角钢制作，高度200mm，在顶端、中间和底端分别用2mm厚等腰三角形钢片焊接成加劲肋（16），加劲肋中间开小圆孔，用来与隔板进行螺栓连接；隔板厚度不小于2mm，隔板中心位置开有圆形限位孔（17），圆形限位孔（17）的直径与模型桩（10）的直径相同，隔板根据圆形限位孔的直径不同配有多种规格，满足不同直径模型桩的安装需求，隔板四个角中部开小圆孔，位置与加劲肋（16）中小圆孔位置相同，用于螺栓连接；上部构件的两个方形隔板（3）分别位于四根立柱（15）的顶部和中部，一个中部构件的十字形隔板（6）位于四根立柱（15）的底部，通过螺栓（4）与加劲肋（16）连接，形成框架结构；两个方形隔板（3）之间的距离为100mm，方形隔板的边长为200mm-400mm；

所述下部构件的两个方形隔板安装在另一组立柱的中间和底端的加劲肋上，在该组立柱的顶端加劲肋上固定一个中部构件的十字形隔板（6），形成框架结构；下部桩身导管（11）焊接在两个方形隔板（3）的圆形限位孔（17）上；

中部构件的数量为多个时，也按照上述方式在一组立柱上形成框架结构后再通过螺栓依次将框架结构连成一体。

3.根据权利要求2所述的用于静载荷模型试验的装置，其特征在于，所述下部构件采用多种规格，每种规格的下部构件上的下部桩身导管伸出其下方方形隔板的距离不等，多种规格的下部构件上的下部桩身导管伸出其下方方形隔板的距离呈等差数列，使下部桩身导管（11）的最下端距离模型桩（10）最终位置顶面的距离不超过200mm。

4.根据权利要求3所述的用于静载荷模型试验的装置，其特征在于，等差数列为0cm、10cm、20cm、30cm。

5.根据权利要求1所述的用于静载荷模型试验的装置，其特征在于，所述螺旋丝杠（2）带螺纹段的直径为10mm-50mm，螺距为2mm-5mm；弹性钢珠（20）沿杯座（19）内壁均匀对称设置且不少于2颗；杯座壁厚不小于5mm，底厚不小于5mm。