移动以便改变压桩位置，克服加载装置位置不易改变难题，实现静压群桩目的。所 述模型箱1 一侧钢化玻璃11前面放置有用于拍摄并记录模型箱1中桩土界面土体颗粒变 化过程的数码摄录装置。
[0028] 所述的反力架2由两根工字型立柱21、一根工字型反力架横梁22组成。所述立柱 21通过螺栓与地面固定连接，能提供足够的拉力，各立柱21间的间距为模型箱1宽度两倍， 以备模型箱1位置移动空间足够，方便于实施静压群桩，反力架横梁22通过螺栓连接到立 柱，所述的坚向加载系统3固定在反力架横梁22中部。使坚向加载系统3中的坚向顶推杆 31位于反力架横梁22中间部位，方便加载。所述的反力架2上设有横梁II 22,该横梁II 22 位于反力架横梁22下方，所述的横梁II 22上可拆卸安装有定位导管5,该定位导管5位于 套管4的正下方。
[0029] 所述的坚向加载系统3包括伺服电机和坚向顶推杆31，所述的坚向加载系统3上 的坚向顶推杆31上设有用于将模型桩与其连接的钢制套管4,坚向顶推杆31与模型桩通 过套管4连接，该套管4内部刻有螺纹并与坚向顶推杆31旋转拧紧至一半长度固定，套管 4另一半长度再套入一根外径大小同该套管4内径相同、内径与全模桩外径相同的钢管，确 保全模桩桩顶可恰好无缝伸入，该套管4起到桩帽和导向双重效果，设在套管4下方的定位 导管5与套管4对中垂直，从而保证沉桩能垂直贯入。
[0030] 所述的数据采集系统包括压力传感器和设有集成电路的控制面板，所述的压力传 感器安装在坚向顶推杆上。通过在控制面板上输入数据控制伺服电机完成对沉桩速率的操 纵，而安装在坚向顶推杆上的压力传感器及电机转动对应的沉桩位移所记录的数据能实时 返回到控制面板上，也可通过数据线将控制面板连接计算机6进行数据分析和后处理，不 仅使得试验的结果一目了然，还可以实时监控试验的进展并及时发现问题，提高试验效率。 计算机6可以安放在平台7上，便于数据记录。所述模型桩的内壁设有与该静态应变仪8 相连的应变片，利用静态应变仪8采集静压模型桩时残余应力的应变数据，该数据亦可连 接到计算机6中。
[0031] 一种静压管桩残余应力量测方法，用静压管桩可视化沉桩数采装置对静压模型桩 时的残余应力进行量测，包括下述步骤：
[0032] (1)当模型桩为全模桩时，采用线切割加工技术将模型桩对切两半得到两个半模 桩，并在该两个半模桩的内壁从最底部到顶部等间距(一般为l〇cm)粘贴应变片，将应变片 的导线用胶带黏贴在半模桩内壁并沿内壁从上端引出，然后采用对金属材料粘贴效果较好 的环氧树脂AB胶将该两个半模桩粘贴形成全模桩，应变片的导线通过在模型桩顶开设有 小口引出，将上端内部刻上螺纹的套管4与前端开牙后的坚向顶推杆31拧紧固定，然后将 黏贴好应变片的模型桩通过套管4与坚向顶推杆31连接，通过滚轮13将模型箱1移动到 相应的位置(及移动至设计桩位)，然后通过伺服电机控制坚向顶推杆将模型桩进行静压到 模型箱1中，利用静态应变仪8采集模型桩压入过程中桩身应力和桩顶卸荷后的桩身残余 应力的应变数据，并保存记录到计算机6上。
[0033] (2)当模型桩为半模桩时，直接在半模桩的内壁从最底部到顶部等间距(一般为 l〇cm)粘贴应变片，将应变片的导线用胶带黏贴在半模桩内壁并沿内壁从上端引出，应变片 的导线从半模桩顶未封闭一侧直接引出，将上端内部刻有螺纹的套管4与前端开牙后的坚 向顶推杆31拧紧固定，将黏贴好应变片的半模桩桩顶部分与和其半径相同的小段半圆钢 管对拼成全模桩顶并一同套装入套管4,使该半模桩与坚向顶推杆31连接。将反力架2上 的定位导管5换成半圆形的导管，通过滚轮13将模型箱1移动至相应的位置，通过伺服电 机控制坚向顶推杆将半模桩紧贴模型箱1侧壁的钢化玻璃压入模型箱1中，利用静态应变 仪8采集模型桩压入过程中桩身应力和桩顶卸荷后的桩身残余应力的应变数据，并保存记 录到计算机6上。
[0034]所述的模型桩为钢管桩或铝管桩。
[0035] 作为本实施例的一种变换：还可以将黏贴好应变片的半模桩通过螺栓将其固定套 装在套管4中，使该半模桩与坚向顶推杆31连接。
[0036] 进行静压管桩试验时，首先向模型箱1内装填试验用土 (砂)，在装前半部分土时， 可先抽出模型箱一侧钢板II 122,露出试验土运输窗口，提高试验装土效率，当填土将到达 该窗口位置时再装上钢板II 122用防水橡胶密封上下钢板接缝，继续填完后半部分土。选 择试验模型桩将其穿过定位导管5并伸入配套的套管4固定，微调横梁II 22确定桩体垂直 后，推动可自由移动的模型箱1确定压桩位置后，箱底四周放置固定木塞固定模型箱1。开 启坚向加载系统3,用控制面板控制伺服电机进而控制坚向顶推杆31顶压模型桩沉桩，沉 桩速率为0. 02mm/s-5mm/s，试验过程中的压桩力由安装在坚向顶推杆31上的压力传感器 记录，沉桩位移由伺服电机转动编程换算得出，压桩力和位移数据实时记录并反映在控制 面板，通过数据线将该数据传输到计算机6观察分析。模型桩沉桩结束后，只要重新调整移 动模型箱1静压下一根桩，以此类推实现静压群桩的目的。沉桩过程中同时采用高清数码 和体视显微镜对钢化玻璃区域桩土界面土体颗粒进行实时摄录，通过图像后处理技术分析 压沉桩过程中桩土界面附近土体颗粒的位移场和应变场变化，进而研究分析管桩承载力特 性及沉桩机理。
[0037] 静压管桩室内模型试验桩身残余应力量测放弃目前常采用的在模型桩表面直接 黏贴应变片测量方法，选择在桩内壁粘贴应变片的方法，避免受桩周土挤压变形影响。在静 压管桩卸荷之后，考虑时间效应，采用能长时间工作的静态应变仪8采样记录应变片数据， 每一应变片记录的应力数值就是相应位置桩身残余应力，运用物理数学方法对桩体受力分 析易知，桩底应变片量测得到的应力可近似为桩端残余应力，相邻两应变片测得轴力值差 即为该应变片之间桩体的平均桩侧残余摩阻力。因此采用上述方法可准确量测得到不同时 期静压管桩残余应力变化，进而为研究管桩承载力提供有益指导。静压管桩残余应力计算 公式具体如下：
[0038] (1)桩身残余应力：忑=￡^ ;
[0039](2)桩侧残余单位摩阻力:&=',桩身残余轴力-.QfEerA?， 4
[0040] (3)桩端残余应力：/?忑；粧端残余阻力;
[0041] 其中：弓为从模型桩内壁最底端开始依次编号为1、2…i的应变片数值；
[0042]Q为应变片i位置处桩身轴力，例如：$、S即分别为紧挨桩底处桩身应力和轴 力；
[0043] 4为应变片i，i + 1之间的桩体外侧面积；
[0044] 2为桩身横截面积；
[0045] ^为桩身材料弹性模量。
【主权项】
1. 一种静压管桩可视化沉桩数采装置，其特征在于：包括模型箱（1)、反力架（2)、坚向 加载系统（3)和数据采集系统，所述的反力架（2)安装在模型箱（1)的上方，所述的坚向加 载系统（3)安装在反力架（2)上，所述模型箱（1)的两相邻侧壁均为透明的钢化玻璃（11)， 该模型箱（1)的另两相邻侧壁均为钢板（12)，该模型箱（1)的一侧钢板（12)由钢板I (121) 和钢板II (122)组成，所述的钢板I (121)固定安装在模型箱（1)上，所述的钢板II (122) 为可拆卸安装在钢板I (121)的上方，所述的模型箱（1)的底部设有滚轮（13)，所述的坚向 加载系统（3)包括伺服电机和坚向顶推杆（31)，所述的坚向加载系统（3)中的坚向顶推杆 (31)上设有用于将模型桩与坚向顶推杆（31)连接的套管（4)，所述的反力架（2)上可拆卸 安装有定位导管（5)，该定位导管（5)位于套管（4)的正下方，所述的数据采集系统包括压 力传感器和设有集成电路的控制面板，所述的压力传感器安装在坚向顶推杆（31)上。
2. 根据权利要求1所述的静压管桩可视化沉桩数采装置，其特征在于：所述模型箱（1) 一侧钢化玻璃（11)前面放置有用于拍摄并记录模型箱（1)中桩土界面土体颗粒变化过程 的数码摄录装置。
3. 根据权利要求1所述的静压管桩可视化沉桩数采装置，其特征在于：所述的钢板II (122)通过插槽插装在钢板I (121)的上方。
4. 根据权利要求1-3任一权利要求所述的静压管桩可视化沉桩数采装置，其特征在 于：所述的模型箱（1)的长=IOOcnu宽=IOOcnu高=130cm。
5. 根据权利要求4所述的静压管桩可视化沉桩数采装置，其特征在于：所述的静压管 桩可视化沉桩数采装置包括静态应变仪，所述模型桩的内壁设有与该静态应变仪相连的应 变片。
【专利摘要】本实用新型涉及一种静压管桩可视化沉桩数采装置，包括模型箱、反力架、竖向加载系统和数据采集系统，所述的反力架安装在模型箱的上方，所述的竖向加载系统安装在反力架上，所述模型箱的两相邻侧壁均为透明的钢化玻璃，该模型箱的另两相邻侧壁均为钢板，所述的竖向加载系统包括伺服电机和竖向顶推杆，所述的反力架上可拆卸安装有定位导管，该定位导管位于套管的正下方，所述的数据采集系统包括压力传感器和设有集成电路的控制面板，所述的压力传感器安装在竖向顶推杆上。本实用新型的模型箱可视化、加载系统自动化、数据采集自动化、静压单桩群桩操作均易行，且本实用新型能精准便捷地采集管桩残余应力。
【IPC分类】E02D33-00
【公开号】CN204311472
【申请号】CN201420757541
【发明人】王家全, 刘垒雷, 周岳富
【申请人】广西科技大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月4日