[发明专利]一种用于静载荷模型试验的装置和方法

说明书

本发明公开了一种用于静载荷模型试验的装置和方法，属于岩土工程试验技术领域。设计一套可组装的静载荷模型试验装置，将模型桩垂直压入土层中，并进行静载荷模型试验。该装置由固定于模型箱上的可控转速的旋转加压单元、桩身侧向稳定单元、连接单元和扭矩消除单元构成。该方法不仅适用于长细模型桩的压入，同时适用于对模型桩及复合地基、天然地基进行静载荷试验检测。

技术领域

本发明涉及岩土工程试验技术领域，特别涉及一种可组装的、能保证桩身稳定的静载荷模型试验装置和方法，同时适用于对模型桩及复合地基进行静载荷试验。

背景技术

静载荷试验是目前检验单桩或复合地基承载力的各种方法中应用最广的一种方法。该试验手段显著的优点是受力条件接近实际，试验结果直观，但是试验规模及费用相对较大，因此人们通常采用试验规模及费用相对较小的模型试验来研究桩基和复合地基的特征。在进行单桩或复合地基静载荷模型试验时，首先需要将模型桩身压入土层中，然后再进行加载试验，试验时必须要有提供压力的加压系统。目前常用的加压系统有堆载压重平台和特制的反力架。如申请号为CN 201710725284.4《一种螺旋桩施工和竖向承载力试验装置》，采用了堆载压重的方法，通过在主支架两端放置混凝土配重块提供支撑反力，为旋转压入。如刘干斌等.饱和黏土中热交换桩承载力特性模型试验研究[J].岩石力学与工程学报，2017，36(10):2535-2543，采用了特制的活动反力装置，包括底盘、立柱和反力梁，采用工字钢构造，螺栓连接。上述文献所涉及的装置存在体积庞大、制作成本高、移动和拆装困难、试验操作复杂等缺点。此外上述文献所涉及的装置在压入模型桩身时均没有对桩身进行侧向约束，存在无法保证桩身垂直度，容易使桩身产生弯曲破坏和失稳破坏，并由此导致某些由PVC、木材、素混凝土、水泥砂浆材料制作的模型桩身无法被压入土层中，造成压桩失败的难题。

为解决静载荷模型试验目前存在的上述问题，需要更完善的试验装置。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种用于静载荷模型试验的装置和方法，用于对模型桩和复合地基、天然地基进行静载荷试验。该装置采用可组装结构，组件轻巧并采用螺栓连接，人工操作方便快捷，利用模型箱体刚度保证装置稳定，无需压重平台和特制反力架，节省了费用，利用螺旋丝杠配合扭矩消除单元施加压力，通过变速电机控制桩身压入速度，通过隔板保证桩身垂直度和侧向稳定，防止压桩时桩身产生弯曲破坏和失稳破坏。

为解决上述技术难题，本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供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，上部构件包括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；中部构件采用十字形隔板；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。