一种室内桩土模型试验的桩体固定装置的制作方法

本发明涉及一种室内模型试验设备中的室内桩土模型试验的桩体固定装置。

背景技术：

城市建设中通常会遇到复杂的基坑工况，比如邻近既有建筑基础的影响。有时需要通过室内模型试验来研究分析基坑开挖所引起的支护结构变形和复合地基的相互作用，但是在桩土模拟中桩身布置存在几个难点：1、若试验用图为砂土，砂土中不好做标记，不便定位桩端位置；2、在填土过程中要保证桩身不发生偏斜比较困难；3、在其他人研究黏性土的模型试验中，设置模型桩的方法多是在填土完成后开挖一个和桩的直径相近的孔洞再将桩体插入后，然后填实，但是一旦试验选取的桩为细长桩时，孔洞开挖就会及不方便，且挖土过程会对已填好的土造成扰动。

在土木工程的科学研究中，室内模型试验是重要的手段和方法。桩土相互作用的研究是模型试验中常常遇到的一种研究类型，此类试验中桩位的精度以及桩身的垂直度实保证试验成功的关键因素之一，在实际试验过程中，桩身的固定方法会受到土质性质的影响，特别是试验中采用细长桩时，桩身的固定显得更为困难。现有的针对黏性土中细长桩埋设多采用先填土后挖孔的方法，此种方法存在三个难点：首先，细长孔开挖存在较大的难度，桩位的精度以及桩体的垂直度难以保证；其次，开挖过程会对周围土体造成影响，最后桩身较多时，比如说25桩，此种情况下，开挖的工作量较大，会影响试验进度。除此之外，对于干砂等散粒土体中桩体的固定方法较少有人提及，砂土等散粒土中桩体的固定较黏性土更为困难，主要体现在三个方便：1、在填土前固定桩体时，由于三粒土的流质性使其无法标记，导致桩位偏差较大；2、桩位确定好后，填土过程会造成桩体偏移，桩体位置及垂直度都无法得到保证；3、由于散粒土的流体特性，无法采用先填土后开挖的方式放置桩体。介于上述理由，急需研究一种适用于室内桩土模型试验中对桩体固定的固定装置，并且保证其不影响模型试验进度，不影响填土过程，同时能够保证模型桩位置的精度以及模型桩桩体的垂直度。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种在填土过程中可以对模型桩进行定位的室内桩土模型试验的桩体固定装置。

为解决上述技术问题，本发明中技术方案如下：

一种室内桩土模型试验的桩体固定装置，包括至少一对模型桩定位臂，模型桩定位臂的一端设有用于与相应模型箱的侧壁相连的侧壁连接结构，模型桩定位臂的另外一端设有至少一个用于相应模型桩适配卡入的c形结构的固桩环，模型桩定位臂具有用于调节所述固桩环高度的上下伸缩调节段。

模型桩定位臂还具有能够左右伸缩调节的左右伸缩调节段。

侧壁连接结构包括通过螺栓相连的左夹板和右夹板，其中一个夹板固定于模型桩定位臂上，左、右夹板之间形成了用于夹持所述模型箱的侧壁的夹持缝。

所述固桩环有至少两个，各固桩环沿左右方向间隔并列布置，模型桩定位臂包括与各固桩环一一对应设置的轴线沿前后方向延伸的固桩环连接杆，固桩环与固桩环连接杆的前端插套连接，固桩环连接杆的后端插套连接有杆件连接头，相邻两个杆件连接头之间通过轴线沿左右方向延伸的连接头间杆件插套连接，室内桩土模型试验的桩体固定装置还包括连接于其中一个杆件连接头与上下伸缩调节段之间的杆组件。

所述杆组件包括与其中一个杆件连接头插套连接的轴线沿前后方向延伸的纵向杆和至少一个通过杆件连接头与纵向杆连接的轴线沿左右方向延伸的横向杆。

纵向杆、横向杆、固桩环连接杆和连接头间杆件均为空心金属杆。

所述上下伸缩调节段包括两个并列布置的竖向调节杆，上下伸缩调节段还包括至少一个竖向调节件，竖向调节件包括两个背侧固连在一起、另一侧通过螺栓连接的卡箍，两个竖向调节杆分别穿装于对应的卡箍中。

本发明的有益效果为：使用时模型桩定位臂配对使用，将模型桩定位臂一端的侧壁连接结构连接于模型箱的侧壁上，模型桩定位臂的对应一对固桩环分别顶抵在相应模型桩的两侧对模型桩进行定位，模型桩被模型桩固定装置固定后，向模型箱内填土，待填土将要达到固桩环高度时，通过上下伸缩调节段提升固桩环的高度，再继续填土，重复此过程直至填土到模型箱顶部，取走模型桩固定装置，完成填土。

附图说明

图1是本发明中模型桩定位臂的结构示意图；

图2是图1中竖向调节件的结构示意图；

图3是图1中侧壁连接结构的结构示意图；

图4是图1中t形杆件连接头的结构示意图；

图5是图1中固桩环的结构示意图。

具体实施方式

本发明中室内桩土模型试验的桩体固定装置的实施例如图1~5所示：包括一对模型桩定位臂，该对模型桩定位臂中的两个模型桩定位臂结构相同，现仅对其中一个模型桩定位臂的具体结构进行详细说明。该模型桩定位臂的一端设有用于与相应模型箱的侧壁相连的侧壁连接结构1，侧壁连接结构包括通过第一螺栓19相连的左夹板17和右夹板18，其中一个夹板固定于模型桩定位臂上，左、右夹板之间形成了用于夹持所述模型箱的侧壁的夹持缝，第一螺栓19可以与模型箱的侧壁挡止配合以限制模型桩定位臂的朝下移动。模型桩定位臂具有能够上下伸缩调节的上下伸缩调节段8和能够左右伸缩调节的左右伸缩调节段2，上下伸缩调节段用于调节固桩环12的上下位置，固桩环12包括一体设置的定位瓦片21和连接套22，左右伸缩调节段2用于调节固桩环的左右位置。上下伸缩调节段包括两个并列布置的竖向调节杆6，上下伸缩调节段还包括两个上下间隔布置的竖向调节件5，竖向调节件5包括两个背侧固定在一起、另一侧通过第二螺栓16连接的卡箍15，两个竖向调节杆分别穿装于对应的卡箍中。左右伸缩调节段包括两个并列布置的横向调节杆3和两个左右间隔布置的横向调节件4，横向调节件的结构与竖向调节件的结构相同，至少竖向调节件中卡箍的轴线沿上下方向延伸设置，横向调节件中卡箍的轴线沿左右方向延伸设置。左夹板17固定于其中一个横向调节杆的右端，另外一个横向调节杆的左端通过杆件连接头13与其中一个竖向调节杆的上端相连，杆件连接头13为具有插孔20的套状结构，横向连接杆、竖向调节杆分别插接于杆件连接头的对应插孔20中。

本实施例中，每个模型桩定位臂的固桩环12有三个，各固桩环沿左右方向间隔布置布置，模型桩定位臂包括与各固桩环一一对应设置的轴线沿前后方向延伸的固桩环连接杆14，各固桩环连接杆14的前端分别插入对应固桩环后侧的连接套内孔中。固桩环连接杆的后端插套连接有杆件连接头，相邻两个杆件连接头之间通过轴线沿左右方向延伸的连接头间杆件11插套连接，插套连接是指轴孔插接的连接关系，室内桩土模型试验的桩体固定装置还包括连接于中部的杆件连接头与上下伸缩调节段之间的杆组件，本实施例中除了与中部的固桩环连接杆相连的杆件连接头为十字形杆件连接头外，其它的杆件连接头均为t形杆间连接头。杆组件包括与中部的杆件连接头插套连接的轴线沿前后方向延伸的纵向杆10和一个通过杆件连接头与纵向杆连接的轴线沿左右方向延伸的横向杆9，横向杆的右端通过杆件连接头与左侧的竖向调节杆的下端连接。本实施例中纵向杆、横向杆、固桩环连接杆和连接头间杆件均为空心金属杆。

使用时，通过侧壁连接结构将模型桩定位臂与模型箱的侧板相连，松开左右伸缩调节段的卡箍上的第二螺栓，调整横向调节件的左右位置，可以调整各固桩环的左右位置，以与对应模型桩的左右位置匹配，调节侧壁连接结构在模型箱侧板上的前后位置，比如说夹持缝与模型箱的侧壁导向滑动配合，直到固桩环的凹部顶抵在对应的模型桩上，然后对锁紧侧壁连接结构的第一螺栓，通过一对模型桩定位臂的对应两个固桩环对模型桩进行夹持，然后向模型箱内填土，待土的高度接近固桩环时，通过上下伸缩调节段调整固桩环的高度，继续填土，重复此过程直至填土到模型箱顶部，取走两个模型桩定位臂，完成填土。

相邻两个模型桩之间的桩间距由连接头间杆件的长度确定，模型桩的间距得以保证；不同间距的模型桩，选择不同长度的连接头间杆件；不同直径的模型桩，选择不同大小的固桩环。本发明结构简单，设计新颖、合理，保证模拟桩在填土过程中稳定在设计位置，保障室内模型试验顺利进行，使模型试验操作方便，易于安装拆卸，便于重复使用，大大提高了模型试验效率及准确率，使用效果好。

在本发明的其它实施例中，每个模型桩定位臂的固桩环的个数还可以是一个、两个、四个或其它个数；在模型桩个数较多，一对模型桩定位臂不足以对所有模型桩定位时，模型桩的对数还可以是两对、三对或更多；在只需针对一种桩间距、一种直径的模型桩使用时，对应杆与杆件连接头之间还可以是焊接连接。