一种现场测定桩基承载力时间效应的模型装置的制造方法

文档序号:10977717阅读:291来源:国知局
一种现场测定桩基承载力时间效应的模型装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型属于岩土工程技术领域,具体涉及一种现场测定桩基承载力时间效应的模型装置及方法。该装置包括反力装置、测量装置和若干模型桩,所述反力装置包括两条钢轨、四根立杆、两条第一水平杆、两条第二水平杆和一条第三水平杆,测量装置包括竖直加压装置、沉降位移测量装置及水平固定架,竖直加压装置与第三水平杆的中心处固定连接,竖直加压装置可将其下方的模型桩向下压至设定深度,沉降位移测量装置与水平固定架固定连接,沉降位移测量装置可通过测定水平承台板下移距离来反映模型桩的沉降位移。本实用新型的装置的有益效果为,可以克服现有技术中试验装置在完成一次测量后即被废弃,试验装置拆装复杂、难以重复利用等问题。
【专利说明】
一种现场测定桩基承载力时间效应的模型装置
技术领域
[0001] 本实用新型属于岩土工程技术领域,具体涉及一种现场测定粧基承载力时间效应 的模型装置及方法。
【背景技术】
[0002] 随着上部荷载的越来越大,天然地基很少能满足建设的需求,粧基作为一种常见 的基础形式而被广泛应用。粧基在沉入土体的过程中,由于土体结构性被破坏,导致粧基的 初期承载力较低,但由于土体的触变性,土体的结构性逐渐恢复,粧基的承载力随之逐渐增 加。此称为粧基的时效性。如果在实际工程中能合理的预估粧基的时效性,就可以有效的降 低工程成本。
[0003] 现场试验与室内试验相比,现场试验更加能反映实际工作状况,使得试验结果具 有更大的参考价值;模型试验与原型试验相比,模型试验耗费的人力、物力、财力都远远低 于原型试验,且模型试验能更好的改变试验条件进行对比型研究。因此,现场的模型试验由 于其独特的优势而被广泛使用。现有的试验装置大多进行一次测量后即被废弃,且加载装 置笨重,拆装复杂,难以重复利用。因此,选择一种能简便有效的测定粧基承载力时间效应 的模型装置及方法显得尤为重要。 【实用新型内容】
[0004] 针对现有技术中的不足,本实用新型提供一种场测定粧基承载力时间效应的模型 装置,其可以克服现有技术中采用现场模型试验时试验装置在完成一次测量后即被废弃, 试验中加载装置笨重或试验装置拆装复杂、难以重复利用等问题。
[0005] 本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下:一种现场测定粧基承载力时间效 应的模型装置,包括反力装置、测量装置和若干模型粧,所述模型粧的下端竖直插入地面, 所述模型粧的上端设有水平承台板,所述若干模型粧在地面上呈直线排列,
[0006] 所述反力装置包括两条钢轨、四根立杆、两条第一水平杆、两条第二水平杆和一条 第三水平杆,所述两条钢轨水平铺设并固定在地面上,所述两条钢轨平行布置在呈直线排 列的所述若干模型粧的两侧,所述钢轨上沿其长度方向开设有导向孔,所述四根立杆的下 端均伸入所述钢轨上的导向孔并竖直可拆卸的连接在所述钢轨上,所述四根立杆在水平面 上分布在一个平行四边形的四个顶点,所述模型粧位于所述平行四边形的中心,所述两条 第一水平杆相互平行,所述第一水平杆与所述平行四边形的一对平行边相互平行且其两端 部均与所述立杆可拆卸连接,所述两条第二水平杆均与所述平行四边形的另一对平行边相 互平行且端部与所述第一水平杆固定连接,所述两条第一水平杆和所述两条第二水平杆连 接后形成一个平行四边形框,所述第三水平杆两端均与所述第二水平杆固定连接,所述平 行四边形、平行四边形框及第三水平杆的中心重合;
[0007] 所述测量装置包括竖直加压装置、沉降位移测量装置及水平固定架,所述竖直加 压装置与所述第三水平杆的中心处固定连接,所述竖直加压装置可将其下方的所述模型粧 向下压至设定深度,所述沉降位移测量装置与所述水平固定架固定连接,所述沉降位移测 量装置可通过测定所述水平承台板下移距离来反映所述模型粧的沉降位移。
[0008] 在上述技术方案的基础上,本实用新型还可以做如下改进。
[0009] 进一步,所述立杆由螺纹钢制成,所述第一水平杆、第二水平杆均由工字钢制成, 所述第三水平杆由槽钢制成,所述第二水平杆设置在所述第一水平杆的下方,所述第三水 平杆设置在所述第二水平杆的上方。
[0010] 进一步,所述立杆下端伸入所述导向孔后通过第一螺母可拆卸连接在所述钢轨 上,所述第一水平杆的端部设有预留孔,所述立杆的上端穿过所述预留孔后通过所述第二 螺母与所述第一水平杆固定连接,所述第一水平杆及第二水平杆的相应位置设有供所述第 一连接杆穿过的预留孔,所述第一水平杆与第二水平杆通过第一连接杆上下两端螺纹连接 的第三螺母固定连接,所述第三水平杆的两端端部及所述第二水平杆的相应位置设有供第 二连接杆穿过的预留孔,所述第三水平杆与第二水平杆通过所述第二连接杆上下两端螺纹 连接的第四螺母固定连接。
[0011] 进一步,所述钢轨的两侧均设置有若干锚固孔,所述钢轨通过穿过所述锚固孔的 锚杆固定在地面上。
[0012] 进一步,所述竖直加压装置为千斤顶,所述沉降位移测量装置为两个百分表,所述 两个百分表与所述水平固定架固定连接,所述两个百分表的测定头与所述水平承台板的表 面抵接,所述两个百分表对称分布在所述模型粧的两侧。所述水平固定架固定在地面上。
[0013] 进一步,所述模型装置还包括两块定位板,所述定位板的中心处设有供所述模型 粧穿过的限位孔,所述定位板的两端均与所述立杆固定连接,所述两条定位板交叉布置且 均沿所述平行四边形的对角线延伸。通过所述定位板可使模型粧被下压和施加顶部荷载时 更加稳固。
[0014] 进一步,所述四根立杆在水平面上分布在一个矩形或正方形的四个顶点。
[0015] 进一步,所述模型粧内部设置有若干应变计,所述若干应变计在竖直方向上等间 距的设置在所述模型粧不同高度的截面上,所述若干应变计分别通过导线与应变仪连接。
[0016] 使用本实用新型提供的上述模型装置可以现场测定粧基承载力时间效应,其包括 如下步骤:
[0017] S1.安装并调整好所述模型装置,使模型粧位于所述两条第一水平杆与两条第二 水平杆形成的平行四边形框中心的正下方,调节所述平行四边形框至适当高度,并通过所 述第三水平杆中心处固定连接的竖直加压装置将所述模型粧向下压至设定深度;为保证模 型粧在压入过程中的竖直度,应调整两块定位板的位置,使得两个限位孔在一条直线上,将 模型粧穿过定位板上的限位孔;为了方便使用不同直径的模型粧进行试验,可根据模型粧 的直径预先配套制作具有相应限位孔孔径的定位板;
[0018] S2.进行静载试验,通过所述竖直加压装置控制粧顶荷载Q,通过所述沉降位移测 定装置测定粧顶位移s,由此粧顶荷载Q和粧顶位移s绘制模型粧的初始Q~s曲线;
[0019] S3.将所述四根立杆下端的螺母从所述钢轨上松开,所述四根立杆沿所述导向孔 移动至另一个模型粧,将四根立杆下端的螺母紧固,重复S1及S2,获得另一个模型粧的初始 Q~s曲线;
[0020] S4.重复S3获得所有指定模型粧的Q~S曲线,待指定模型粧在土中静置时间达到 设计天数后,重复S3获得指定模型粧在某一休止时间段的Q~s曲线,通过不同休止时间段Q ~s曲线的及初始Q~s曲线的对比,得到不同休止时间段模型粧的承载性变化规律,即完成 现场测定粧基承载力的时间效应。
[0021 ]进一步,所述模型粧内部预先设置有若干应变计,所述若干应变计在竖直方向上 等间距的设置在所述模型粧不同高度的截面上,所述若干应变计分别通过导线与应变仪连 接,通过步骤S1将所述模型粧及其内的应变计压入设定深度,随后在步骤S2、S3和S4中获得 Q~s曲线的同时,在给模型粧顶施加荷载的过程中,可通过所述应变仪测得的模型粧粧身 第i截面的应变值ε1,经过计算得到粧身第i截面的轴力以及粧身第i截面至第i+Ι截面间的 粧侧平均摩阻力,从而得到不同休止时间段模型粧的粧侧摩阻力的变化规律以从另一个方 面反应粧基承载力的时间效应,具体计算方式如下:
[0023]式中:Em为试验粧的粧身弹性模量;Am为试验粧的粧身截面积;为试验粧的粧身 截面应变值;^为粧身第i截面轴力;D为粧身外径;AU为第i截面与i+Ι截面间的距离。 [0024] 粧侧摩阻力的变化规律可以有效反应粧基承载力的时间效应,通过上述方法研究 不同截面之间粧身的侧摩阻力,可以了解不同深度的土层对粧身承载力的贡献,找到影响 粧基时间效应的因素。
[0025] 与现有技术相比,本实用新型的有益效果为:
[0026] (1)本实用新型提供的装置的压粧装置与进行试验时施加粧顶荷载的装置为同一 套装置,更方便实用,压粧及后续试验可连续进行,减少拆装及更换装置的次数,节省时间。
[0027] (2)本实用新型提供的装置可现场灵活拆装移动(现场需要移动测量另一模型粧 时,只需松开立杆与钢轨的连接,立杆及其上的固定结构即可沿钢轨移至另一测试点并固 定),可现场对多个不同的模型粧的不同休止时间段的粧基承载性进行测试,测试完成之后 的整个装置也可拆卸后等待下次使用,不会被废弃,重复利用性好。
[0028] (3)使用本实用新型的装置,一次铺设所述钢轨后,即可灵活的对现场呈直线排列 的多个模型粧进行测试,尽可能方便快速的获得现场较大范围内的粧基的承载能力及其时 间效应。
[0029] (4)本实用新型提供的装置,是在现场做模型试验,相对于原位实验,其优势为可 通过改变试验条件找到影响粧基时间效应的因素。
【附图说明】
[0030] 图1为一种现场测定粧基承载力时间效应的模型装置的主视图;
[0031] 图2为图1所示模型装置的侧视图;
[0032] 图3为图1所示模型装置的钢轨的结构示意图;
[0033] 图4为图1所示模型装置的定位板的结构示意图;
[0034] 图5为图1所示模型装置的模型粧穿过定位板的结构示意图。
[0035] 附图中,各标号所代表的部件列表如下:
[0036] 1.反力装置;2 .测量装置;3 .定位板;4.模型粧;11.钢轨;12.立杆;13 .第一水平 杆;14.第二水平杆;15.槽钢;16.锚杆;21.竖直加压装置;22.沉降位移测量装置;23.固定 架;31.限位孔;41.水平承台板;111.第一螺母;112.锚固孔;113.导向孔;131.第二螺母; 141.第三螺母;142.第一连接杆;151.第四螺母;152.第二连接杆。
【具体实施方式】
[0037] 以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本实用 新型,并非用于限定本实用新型的范围。
[0038] 如图1至图5所示,本实用新型提供一种现场测定粧基承载力时间效应的模型装 置,包括反力装置1、测量装置2和若干模型粧4,所述模型粧4的下端竖直插入地面,所述模 型粧4的上端设有水平承台板41,所述若干模型粧4在地面上呈直线排列,
[0039] 所述反力装置1包括两条钢轨11、四根立杆12、两条第一水平杆13、两条第二水平 杆14和一条第三水平杆15,所述两条钢轨11水平铺设并固定在地面上,所述两条钢轨11平 行布置在呈直线排列的所述若干模型粧4的两侧,所述钢轨11上沿其长度方向开设有导向 孔113,所述四根立杆12的下端均伸入所述钢轨11上的导向孔113并竖直可拆卸的连接在所 述钢轨11上,所述四根立杆12在水平面上分布在一个平行四边形的四个顶点,所述模型粧4 位于所述平行四边形的中心,所述两条第一水平杆13相互平行,所述第一水平杆13与所述 平行四边形的一对平行边相互平行且其两端部均与所述立杆12可拆卸连接,所述两条第二 水平杆14均与所述平行四边形的另一对平行边相互平行且端部与所述第一水平杆13固定 连接,所述两条第一水平杆13和所述两条第二水平杆14连接后形成一个平行四边形框,所 述第三水平杆15两端均与所述第二水平杆14固定连接,所述平行四边形、平行四边形框及 第三水平杆15的中心重合;所述导向孔可以为连续的,也可以为不连续的:连续的导向孔的 优点在于立杆的固定位置连续变化,可以根据模型粧来调整固定立杆;不连续的导向孔也 可以达到测试目的,但设定模型粧时要参考导向孔的位置,模型粧可设定的位置相对固定。
[0040] 所述测量装置2包括竖直加压装置21、沉降位移测量装置22及水平固定架23,所述 竖直加压装置21与所述第三水平杆15的中心处固定连接,所述竖直加压装置21可将其下方 的所述模型粧4向下压至设定深度,所述沉降位移测量装置22与所述水平固定架23固定连 接,所述沉降位移测量装置22可通过测定所述水平承台板41下移距离来反映所述模型粧4 的沉降位移。
[0041] 进一步,所述立杆12由螺纹钢制成,所述第一水平杆13、第二水平杆14均由工字钢 制成,所述第三水平杆15由槽钢制成,所述第二水平杆14设置在所述第一水平杆13的下方, 所述第三水平杆15设置在所述第二水平杆14的上方。
[0042]进一步,所述立杆12下端伸入所述导向孔113后通过第一螺母111可拆卸连接在所 述钢轨11上,所述第一水平杆13的端部设有预留孔,所述立杆12的上端穿过所述预留孔后 通过所述第二螺母131与所述第一水平杆13固定连接,所述第一水平杆13及第二水平杆14 的相应位置设有供所述第一连接杆142穿过的预留孔,所述第一水平杆13与第二水平杆14 通过第一连接杆142上下两端螺纹连接的第三螺母141固定连接,所述第三水平杆15的两端 部及所述第二水平杆14的相应位置设有供第二连接杆152穿过的预留孔,所述第三水平杆 15与第二水平杆14通过所述第二连接杆152上下两端螺纹连接的第四螺母151固定连接。
[0043]进一步,所述钢轨11的两侧均设置有若干锚固孔112,所述钢轨11通过穿过所述锚 固孔112的锚杆16固定在地面上。
[0044] 进一步,所述竖直加压装置21为千斤顶,所述沉降位移测量装置22为两个百分表, 所述两个百分表与所述水平固定架23,所述两个百分表的测定头与所述水平承台板41的表 面抵接,所述两个百分表对称分布在所述模型粧4的两侧。
[0045] 进一步,所述模型装置还包括两块定位板3,所述定位板3的中心处设有供所述模 型粧4穿过的限位孔31,所述定位板3的两端均与所述立杆12固定连接,所述两条定位板3交 叉布置且均沿所述平行四边形的对角线延伸。
[0046] 进一步,所述四根立杆12在水平面上分布在一个矩形或正方形的四个顶点。
[0047] 使用本实用新型提供的上述模型装置可以现场测定粧基承载力时间效应,其包括 如下步骤:
[0048] S1.安装并调整好所述模型装置,使模型粧4位于所述两条第一水平杆13与两条第 二水平杆14形成的平行四边形框中心的正下方,调节所述平行四边形框至适当高度,并通 过所述第三水平杆15中心处固定连接的竖直加压装置21将所述模型粧4向下压至设定深 度;
[0049] S2.进行静载试验,通过所述竖直加压装置21控制粧顶荷载Q,通过所述沉降位移 测定装置测定粧顶位移s,由此粧顶荷载Q和粧顶位移s绘制模型粧4的初始Q~s曲线;
[0050] S3.将所述四根立杆12下端的螺母113从所述钢轨11上松开,所述四根立杆12沿所 述导向孔113移动至另一个模型粧4,将四根立杆12下端的螺母113紧固,重复S1及S2,获得 另一个模型粧4的初始Q~s曲线;若是定位板阻碍移动,则可在移动之前拆下定位板,移动 至合适位置后再安装所述定位板;
[0051] S4.重复S3获得所有指定模型粧4的Q~s曲线,待指定模型粧4在土中静置时间达 到设计天数后,重复S3获得指定模型粧4在某一休止时间段的Q~s曲线,通过不同休止时间 段Q~s曲线的及初始Q~s曲线的对比,得到不同休止时间段模型粧4的承载性变化规律,即 完成现场测定粧基承载力的时间效应。
[0052] 在获得不同休止时间段Q~s曲线的同时,还可以获得不同休止时间段粧侧摩阻力 的变化规律,在所述模型粧内部预先设置若干应变计,所述若干应变计在竖直方向上等间 距的设置在所述模型粧不同高度的截面上,所述若干应变计分别通过导线与应变仪连接, 通过步骤S1将粧及其上的应变计压入设定深度,随后在步骤S2、S3和S4中在获得Q~s曲线 的同时,可通过所述应变仪测得的模型粧粧身第i截面的应变值ε 1,经过计算得到粧身第i 截面的轴力以及粧身第i截面至第i+1截面间的粧侧平均摩阻力,从而得到不同休止时间段 模型粧的粧侧摩阻力的变化规律以从另一个方面反应粧基承载力的时间效应,具体计算方 式如下:
[0054] 式中:Em为试验粧的粧身弹性模量;Am为试验粧的粧身截面积;为试验粧的粧身 截面应变值;^为粧身第i截面轴力;D为粧身外径;AU为第i截面与i+Ι截面间的距离。
[0055] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例,并不用以限制本实用新型,凡在本实用 新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保 护范围之内。
【主权项】
1. 一种现场测定粧基承载力时间效应的模型装置,其特征在于,包括反力装置(1)、测 量装置(2)和若干模型粧(4),所述模型粧(4)的下端竖直插入地面,所述模型粧(4)的上端 设有水平承台板(41 ),所述若干模型粧(4)在地面上呈直线排列, 所述反力装置(1)包括两条钢轨(11 )、四根立杆(12 )、两条第一水平杆(13 )、两条第二 水平杆(14)和一条第三水平杆(15),所述两条钢轨(11)水平铺设并固定在地面上,所述两 条钢轨(11)平行布置在呈直线排列的所述若干模型粧(4)的两侧,所述钢轨(11)上沿其长 度方向开设有导向孔(113),所述四根立杆(12)的下端均伸入所述钢轨(11)上的导向孔 (113)并竖直可拆卸的连接在所述钢轨(11)上,所述四根立杆(12)在水平面上分布在一个 平行四边形的四个顶点,所述模型粧(4)位于所述平行四边形的中心,所述两条第一水平杆 (13) 相互平行,所述第一水平杆(13)与所述平行四边形的一对平行边相互平行且其两端部 均与所述立杆(12)可拆卸连接,所述两条第二水平杆(14)均与所述平行四边形的另一对平 行边相互平行且端部与所述第一水平杆(13)固定连接,所述两条第一水平杆(13)和所述两 条第二水平杆(14)连接后形成一个平行四边形框,所述第三水平杆(15)两端均与所述第二 水平杆(14)固定连接,所述平行四边形、平行四边形框及第三水平杆(15)的中心重合; 所述测量装置(2)包括竖直加压装置(21)、沉降位移测量装置(22)及水平固定架(23), 所述竖直加压装置(21)与所述第三水平杆(15)的中心处固定连接,所述竖直加压装置(21) 可将其下方的所述模型粧(4)向下压至设定深度,所述沉降位移测量装置(22)与所述水平 固定架(23)固定连接,所述沉降位移测量装置(22)可通过测定所述水平承台板(41)下移 距离来反映所述模型粧(4)的沉降位移。2. 根据权利要求1所述的一种现场测定粧基承载力时间效应的模型装置,其特征在于, 所述立杆(12)由螺纹钢制成,所述第一水平杆(13)、第二水平杆(14)均由工字钢制成,所述 第三水平杆(15)由槽钢制成,所述第二水平杆(14)设置在所述第一水平杆(13)的下方,所 述第三水平杆(15)设置在所述第二水平杆(14)的上方。3. 根据权利要求2所述的一种现场测定粧基承载力时间效应的模型装置,其特征在于, 所述立杆(12)下端伸入所述导向孔(113)后通过第一螺母(111)可拆卸连接在所述钢轨 (11)上,所述第一水平杆(13)的端部设有预留孔,所述立杆(12)的上端穿过所述预留孔后 通过第二螺母(131)与所述第一水平杆(13)固定连接,所述第一水平杆(13)及第二水平杆 (14) 的相应位置设有供第一连接杆(142)穿过的预留孔,所述第一水平杆(13)与第二水平 杆(14)通过第一连接杆(142)上下两端螺纹连接的第三螺母(141)固定连接,所述第三水平 杆(15)的两端端部及所述第二水平杆(14)的相应位置设有供第二连接杆(152)穿过的预留 孔,所述第三水平杆(15)与第二水平杆(14)通过所述第二连接杆(152)上下两端螺纹连接 的第四螺母(151)固定连接。4. 根据权利要求1所述的一种现场测定粧基承载力时间效应的模型装置,其特征在于, 所述钢轨(11)的两侧均设置有若干锚固孔(112),所述钢轨(11)通过穿过所述锚固孔(112) 的锚杆(16)固定在地面上。5. 根据权利要求1所述的一种现场测定粧基承载力时间效应的模型装置,其特征在于, 所述竖直加压装置(21)为千斤顶,所述沉降位移测量装置(22)为两个百分表,所述两个百 分表与所述水平固定架(23)固定连接,所述两个百分表的测定头与所述水平承台板(41)的 表面抵接,所述两个百分表对称分布在所述模型粧(4)的两侧。6. 根据权利要求1至5任一项所述的一种现场测定粧基承载力时间效应的模型装置,其 特征在于,还包括两块定位板(3),所述定位板(3)的中心处设有供所述模型粧(4)穿过的限 位孔(31),所述定位板(3)的两端均与所述立杆(12)固定连接,所述两块定位板(3)交叉布 置且均沿所述平行四边形的对角线延伸。7. 根据权利要求6所述的一种现场测定粧基承载力时间效应的模型装置,其特征在于, 所述四根立杆(12)在水平面上分布在一个矩形或正方形的四个顶点。8. 根据权利要求6所述的一种现场测定粧基承载力时间效应的模型装置,其特征在于, 所述模型粧(4)内部设置有若干应变计,所述若干应变计在竖直方向上等间距的设置在所 述模型粧(4)不同高度的截面上,所述若干应变计分别通过导线与应变仪连接。
【文档编号】E02D33/00GK205669218SQ201620478509
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】汤斌, 涂文杰, 程涛, 郭凡夫, 周亚杰, 费建武, 阮洋
【申请人】武汉科技大学
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