[发明专利]一种模拟桩侧径向应力对桩身轴力影响的模型试验装置

摘要

本发明涉及一种模拟桩侧径向应力对桩身轴力影响的模型试验装置。主体结构包括模型桶、土体、定位导向环、多功能模型桩、光纤光栅传感器铠装光缆、硅压阻式土压力传感器导线、硅压阻式孔隙水压力传感器屏蔽防水导线、反力架、微机控制电液伺服千斤顶、加载数据控制器和传感信号综合同步解调仪。本发明与现有技术相比，其结构简单，操作方便，测量数据精确，模拟实验效果好，实现室内同时测试桩身轴力、桩土界面的土压力和孔隙水压力，用于沉桩过程考虑径向有效应力对桩身轴向应力以及残余应力的影响的模型试验研究。

主权项

1.一种模拟桩侧径向应力对桩身轴力影响的模型试验装置，其特征在于主体结构包括模型桶、土体、定位导向环、多功能模型桩、光纤光栅传感器铠装光缆、硅压阻式土压力传感器导线、硅压阻式孔隙水压力传感器屏蔽防水导线、反力架、微机控制电液伺服千斤顶、加载数据控制器和传感信号综合同步解调仪；模型桶放置在反力架正下方，直径75mm的定位导向环设置在模型桶顶部中心位置，定位导向环的一端通过钢管与模型桶顶部外边缘焊接，另一端圆环能180°翻转到模型桶顶部中心位置；土体在模型桶内进行人工分层填筑夯实，采用POM实心圆棒制成的多功能模型桩穿过定位导向环到土体表面，微机控制电液伺服千斤顶底部放置到多功能模型桩顶部，微机控制电液伺服千斤顶顶部固定在反力架横梁上，微机控制电液伺服千斤顶与加载数据控制器连接，多功能模型桩内光纤光栅传感器铠装光缆、硅压阻式土压力传感器导线和硅压阻式孔隙水压力传感器屏蔽防水导线与传感信号综合同步解调仪连接；所述模型桶的直径为800mm，高度为1200mm，模型桶用厚度2mm的钢板焊接而成，模型桶紧贴外壁的上、中、下位置焊有钢筋箍；所述传感信号综合同步解调仪采用JEME-i15-e32，对桩侧径向应力和桩身轴力测试的具体过程为：第一步、将模型桶放置在反力架正下方，第二步、将定位导向环的一端通过钢管焊接到模型桶顶部外边缘，另一端圆环使其能180°翻转，翻转到模型桶顶部中心位置；第三步、采用取自相同地方的粉质粘土作为土体，将土体放入模型桶中并进行人工分层填筑夯实；第四步、在多功能模型桩的桩身表面分别开槽，然后竖向等间距分别安装光纤光栅传感器、硅压阻式土压力传感器和硅压阻式孔隙水压力传感器，将光纤光栅传感器采用铠装光缆串联，并在多功能模型桩顶部以下30mm伸出铠装光缆，硅压阻式土压力传感器和硅压阻式孔隙水压力传感器的接触面均与多功能模型桩桩身表面齐平，并在多功能模型桩顶部以下30mm伸出硅压阻式土压力传感器导线和硅压阻式孔隙水压力传感器屏蔽防水导线，然后将多功能模型桩垂直穿过定位导向环，伸入模型桶内的土体表面中心位置；第五步、将微机控制电液伺服千斤顶的底部放置到多功能模型桩顶部，顶部固定在反力架横梁上，并将微机控制电液伺服千斤顶与加载数据控制器连接，加载数据控制器控制微机控制电液伺服千斤顶以2.5mm/s的贯入速度进行加载；第六步、多功能模型桩顶部伸出的光纤光栅传感器铠装光缆、硅压阻式土压力传感器导线和硅压阻式孔隙水压力传感器屏蔽防水导线与传感信号综合同步解调仪连接，实现多功能模型桩内光纤光栅传感器、硅压阻式水压力传感器和硅压阻式孔隙水压力传感器数据的同步采集，测得桩身轴力、桩土界面的土压力和孔隙水压力，用于模拟沉桩过程中径向有效应力对桩身轴向应力的影响，根据弹性力学的拉梅（Lame）公式，考虑桩侧径向有效应力对桩身竖向应力的影响可得，其中，K为静压桩外径R0与内径Ri之比：；为桩身轴力；为桩侧的径向有效应力，。