[发明专利]一种模拟沉桩施工的工程试验装置及方法

权利要求书

1.一种模拟沉桩施工的工程试验装置，其特征在于，包括：

支架部分，为整个试验装置提供支撑；

试样盒部分，位于所述支架部分内部，用于承装试样；

气动荷载施加部分，位于所述试样盒部分的一侧，用于对试样盒部分在水平方向上施加冲击和静压荷载；

液压荷载施加部分，位于所述试样盒部分的一侧，用于对试样盒部分在水平方向上施加大的静压荷载；

锤击荷载施加部分，位于所述试样盒部分的一侧，用于对试样盒部分进行等能量的锤击荷载；

竖向荷载施加部分，位于所述试样盒部分的上方，用于对试样盒部分提供竖向压力，来模拟模型桩的围压；

采集部分，位于所述试样盒部分内、及位于试样盒部分与所述气动荷载施加部分、液压荷载施加部分、锤击荷载施加部分和竖向荷载施加部分之间，用于采集试验过程中产生的各项数据；

所述试样盒部分由四个上直剪盒，一个下直剪盒，模型桩，四个竖向承压板，轨道a，轨道b，滚轮a，滚轮b组成；

四个上直剪盒无底面，并放置在所述下直剪盒内，四个上直剪盒的下表面与模型桩的表面接触，内部分别放置试验所需的土样；

所述下直剪盒的内部放置有模型桩和四个上直剪盒，下直剪盒的底面与滚轮a和滚轮b相连；滚轮a和滚轮b可在轨道a和轨道b中滚动，用于限制下直剪盒的位移方向；

四个竖向承压板的尺寸小于四个上直剪盒的内径，下表面分别与土样接触，上端设有圆杆，四个竖向承压板传递来自竖向荷载施加部分的压力；

轨道a和轨道b为两根方杆，上端有凹槽，凹槽内可滚动滚轮a和滚轮b，安装于支架部分的试验台上，轨道a和轨道b用于限制下直剪盒的位移方向；

所述采集部分由四个竖向拉压传感器，三个小型拉压传感器，第一拉压传感器，第二拉压传感器，T型铁尺，位移计a和位移计b，采集板组成；

四个竖向拉压传感器分别安装在四个竖向承压板和竖向荷载施加部分之间，四个竖向拉压传感器的电路部分与采集板相连，四个竖向拉压传感器用于测量竖向荷载施加部分对土样的荷载大小；

三个小型拉压传感器分别安装在四个上直剪盒之间，用于测量各个上直剪盒之间的压力大小；

所述第一拉压传感器的一端与所述下直剪盒的一侧连接，其另一端与所述气动荷载施加部分、液压荷载施加部分和锤击荷载施加部分连接，用于测量气动荷载、液压荷载和锤击荷载的大小；

所述第二拉压传感器的一端与最右侧的上直剪盒的另一侧连接，其另一端与挡板相连，用于测量最右侧的上直剪盒所受水平方向荷载的大小；

所述T型铁尺安装在所述下直剪盒的右侧，其两端分别与位移计a和位移计b的伸缩杆相接触，用于测量所述下直剪盒水平方向的位移；

所述竖向荷载施加部分对试样盒部分施加竖向荷载，使得土样和模型桩之间产生一定的压力，由气动荷载施加部分，液压荷载施加部分或者锤击荷载施加部分对下直剪盒施加水平方向的荷载，使得模型桩和土样之间产生摩擦，由拉压传感器测量各个部分力的大小，由位移计测量下直剪盒位移的大小，来研究接触界面的应力应变状况。

2.根据权利要求1所述的模拟沉桩施工的工程试验装置，其特征在于，所述气动荷载施加部分由用于为气动荷载的施加提供动力的气动系统和用于控制气动荷载施加的方式和大小的气动控制系统组成；

所述气动系统由用于为气动荷载提供所需气压的第一空气压缩机和用于对试样盒部分施加水平方向的气动荷载的水平气缸构成；

所述气动控制系统由第一气压调压阀，第一电磁阀，第一电气比例阀和第一PLC控制器构成；

所述第一气压调压阀的输入端与所述第一空气压缩机的输入端相连，其输出端与第一电磁阀和第一电气比例阀相连，第一气压调压阀用于控制第一空气压缩机输出的气压；

所述第一电磁阀的气路输入部分与第一气压调压阀的输出端相连，其气路输出部分与所述水平气缸相连，其电路部分与第一PLC控制器相连，第一电磁阀在第一PLC控制器的控制下，可以实现水平气缸的伸缩，从而实现对试样盒部分的水平冲击荷载；

所述第一电气比例阀的气路输入部分与第一气压调压阀的输出端相连，其气路输出部分与所述水平气缸相连，其电路部分与第一PLC控制器相连，第一电气比例阀在第一PLC控制器的控制下，可以实现水平气缸的推力按设定变化，从而实现对试样盒部分的水平静压荷载。