一种测试桩与注浆土体接触面失效机理的试验装置及方法与流程

本发明属于土木工程试验装置技术领域，具体涉及一种测试桩与注浆土体接触面失效机理的试验装置及方法。

背景技术

桩基础是高层建筑物的常用基础形式，在软土地区中的应用尤为广泛。桩侧后注浆技术在可以减少桩端沉渣厚度,改善桩端和桩周土性能,对提高桩的承载性能，减小桩的沉降有显著效果，其中桩与注浆土体的相互作用是发挥优势的主要因素之一。研究桩与注浆土体接触面的力学特征是是了解注浆管桩受力机理的基础，结构与土体的接触面力学特征研究也一直是岩土工程领域的一个重要课题。

当前，桩与其桩周注浆土体的剪切、错动、和脱开等非连续变形破坏问题，尚缺乏深入系统的研究。主要原因是现有试验设备操作过程中假定桩与土的接触界面为破坏面，两种材料变形协调，而实际上桩与土界面剪切破坏时界面剪切强度可能高于土体本身的剪切强度，使得剪切破坏面发生在土体内部。当前模型桩试验设备的设计理念导致其对本试验的针对性不强，精度不高，试验结果有较大的随机性，且操作繁琐，不适合进行大量的模型桩试验，因此缺乏足够的试验数据进行对比分析。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术的问题，提供一种拆装方便，可移动，加载准确且强度和刚度满足试验要求的测试桩与注浆土体接触面失效机理的试验装置。

本发明还提供一种所述的试验装置进行的测试管桩与注浆土体接触面失效机理的试验试验方法。

为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现的：

一种测试桩与注浆土体接触面失效机理的试验装置，包括加载装置及管桩模型试验箱；所述加载装置包括反力架、设置在所述反力架上给管桩模型试验箱提供压力的加载机构；安装在所述反力架上的管桩模型试验箱，

所述加载机构设置在所述反力架的顶部内侧；所述管桩模型试验箱可拆卸地设置在所述反力架的内部；所述加载机构位于所述管桩模型试验箱的管桩模型安装位的上方；所述反力架的顶部内侧设有用于检测所述管桩模型的纵向移动位置的位移检测装置。

作为优选，所述反力架包括上框架及下框架；所述上框架的侧壁及所述下框架的侧壁皆设有若干安装通孔，所述上框架及所述下框架通过螺栓安装在所述安装通孔及螺母锁定进行可拆卸连接。

作为优选，所述上框架包括至少两根平行设置的呈倒“凹”的杆体；相邻的两根所述杆体通过连接杆横跨两者的形式进行连接。

作为优选，平行设置的所述杆体的中部设置有一连接杆；一固定板可拆卸地安装在所述上框架的顶部内侧的中部；所述固定板上固定设置加载机构。

作为优选，所述反力架的底板的侧壁上设有至少两个安装凹位，所述管桩模型试验箱的底部设有垫块；所述管桩模型试验箱通过垫块安装在安装凹位而安装在反力架内。

作为优选，所述连接杆通过高强螺栓组件可拆卸连接。

作为优选，所述底板所述位移检测装置为位移计，所述加载机构为超薄型千斤顶。

作为优选，所述管桩试验模型箱包括箱体，所述箱体的前箱壁包括至少两块可拆卸板体。

一种使用所述的试验装置进行的测试管桩与注浆土体接触面失效机理的试验试验方法，其特征在于包括以下步骤：

组装模型试验箱，并安装在下框架上；

根据要试验的管桩的入土情况，调节上框架的高度且与下框架固定；

在模型试验箱内的底部铺设试验土体，试验土体的厚度在15cm～30cm；

在管桩底部设置压力盒，将管桩放置在硬土上并对应上框架的中间位置；

在管桩外套设与管桩对应的pvc管，pvc管内表面与管桩外表面之间预留用于灌注水泥浆的空隙；所述管桩的外表面贴有若干对称布置的应变花，管桩的顶部设置有位移传感器；

用试验土体填充箱体：每填充30cm高度的试验土就进行一次压实，直到埋过pvc管的外表面最上层的应变花。

试验土土体压实后，收紧pvc管并拔出，使试验土土体的外表面形成与pvc管波纹相同的纹路；

在管桩与土体之间灌注水泥浆；

待水泥凝固后将圆环钢板套入模型桩，确保其内径同水泥浆体与土体的胶结面相切；

加载装置从上部对管桩施加竖向压力；记录所述应变花、位移传感器、压力表、压力盒监测到的数据。

作为优选，待水泥静置多于28天的凝固时间后，将圆环钢板套入模型桩。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过上述结构，本发明拆装方便，可移动，加载准确且强度和刚度满足试验要求的桩基模型试验系统来保证试验的顺利进行。分离式试验装置实现了加载装置与模型箱的分离。反力架及加载机构的自重较轻，反力架可在人力的作用下前后左右自由移动，提高了整个模型试验系统对不同高度，不同类型模型桩的适用性，并且缩短了加载装置到模型桩桩端的距离，尽可能避免了使用垫块和传力杆导致荷载偏心的情况，也方便了各种仪器和仪表的连接固定。加载机构也可以在加载过程中可进行微调，让荷载准确的作用在模型桩的正中心上，尽量避免偏心加载带来得误差。管桩试验模型箱与加载装置可分离，从而可重复利用并提高了运输方便性。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：

图1是本发明所述的测试桩与注浆土体接触面失效机理的试验装置的结构示意图；

图2是本发明所述的测试桩与注浆土体接触面失效机理的试验装置的应用结构示意图；

图3是本发明所述的测试桩与注浆土体接触面失效机理的试验装置试验时的正面结构示意图

图4是本发明所述的测试桩与注浆土体接触面失效机理的试验装置的俯视结构示意图。

图5是本发明所述的管桩的结构示意图。

其中：

1—加载装置；11—反力架；111—上框架；1111—第一杆体；112—下框架；1121—第二杆体；1122—辅助定位杆；113—连接杆；12—加载机构；13—位移计；2—管桩模型试验箱；21—可拆卸木板；22—垫块；3—管桩；31—应变花。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1～图4所示，本发明所述的测试桩与注浆土体接触面失效机理的试验装置，包括加载装置及管桩模型试验箱；所述加载装置包括反力架、设置在反力架上给管桩模型试验箱提供压力的加载机构；管桩模型试验箱安装在反力架上。

反力架包括上框架及下框架。

上框架包括至少两根平行设置的呈倒“凹”的第一杆体，优选为两根；相邻的两根第一杆体通过连接杆横跨两者的形式进行连接。平行设置的第一杆体的中部设置有一连接杆，该连接杆与第一杆体相互不可分离；平行设置的第一杆体的顶部的两端皆通过两根的连接杆连接，该些连接杆通过高强度螺栓组件与第一杆体连接。

下框架包括至少两根平行设置的呈“凹”的第二杆体，优选为两根；相邻的两根杆体通过连接杆横跨两者的形式进行连接。平行设置的第二杆体的顶部的两端皆通过两根的连接杆连接，该些连接杆通过高强度螺栓组件与第二杆体连接。第二杆体的的两端的外侧壁底部皆延伸出辅助定位杆；在实际使用过程，在辅助定位杆上垫加沙包等重物，可以防止反力架在加载装置施力过大时被撑起，保证试验的顺利进行。

下框架的底部的侧壁上设有至少两个安装凹位，管桩模型试验箱的底部设有垫块；管桩模型试验箱通过垫块安装在安装凹位而安装在反力架内。

上框架的杆体的侧部及下框架的杆体的侧部皆设有若干安装通孔，上框架及下框架通过螺栓安装在安装通孔及螺母锁定进行可拆卸连接。通过上框架与下框架各自的安装通孔的对应方式，从而调整上框架的相对于下框架的高度，通过螺栓及螺母固定后，实现了上框架高度的调整。

一固定板可拆卸地安装在上框架的顶部内侧的中部；上框架设有第二安装通孔，固定板上设有第三安装通孔，两者通过高强度螺栓组件连接。

固定板固定设置有加载机构及位移检测装置。位移检测装置为位移计，加载机构为超薄型千斤顶。加载机构及位移检测装置皆位于上框架的顶部的内侧。

加载机构及位移检测装置皆位于管桩模型试验箱的管桩模型安装位的上方。

管桩试验模型箱包括箱体，箱体包括前壁为敞口的主箱体及可拆卸木板；可拆卸木板的两端分别设有凸块，主箱体上设有对应凸块的卡槽，可拆卸木板通过凸块插入卡槽中从而安装在箱体上，构成箱体的前壁。

分离式试验装置实现了加载装置与模型箱的分离。反力架及加载机构的自重较轻，反力架可在人力的作用下前后左右自由移动，提高了整个模型试验系统对不同高度，不同类型模型桩的适用性，并且缩短了加载装置到模型桩桩端的距离，尽可能避免了使用垫块和传力杆导致荷载偏心的情况，也方便了各种仪器和仪表的连接固定。加载机构也可以在加载过程中可进行微调，让荷载准确的作用在模型桩的正中心上，尽量避免偏心加载带来得误差。管桩试验模型箱与加载装置可分离，从而可重复利用并提高了运输方便性。试验装置绝大部分采用螺栓连接，易于拼接和改装，进行了一次试验后可改装用于其他试验，避免了钢材的浪费，节约资源。四是实现了正面卡槽结构中木板的可分段拆卸，方便了试验人员铲土及进出整理土样。

本实施例所述测试桩与注浆土体接触面失效机理的试验装置的其它结构参见现有技术。

本发明所述的测试桩与注浆土体接触面失效机理的试验装置进行的测试管桩与注浆土体接触面失效机理的试验试验方法，包括以下步骤：

组装模型试验箱，并将模型试验箱安装在下框架上；

根据要试验的管桩的入土情况，将上框架调节到合适的高度且与下框架固定；

在模型试验箱内的底部铺设试验土，试验土的厚度在15cm～30cm；

在管桩底部设置压力盒，将管桩放置在硬土上并对应上框架的中间位置；

在管桩外套设与管桩对应的pvc管，pvc管内表面与管桩外表面之间预留用于灌注水泥浆的空隙；所述管桩的外表面贴有若干对称布置的应变花(图5所示)，管桩的顶部设置有位移传感器；

用试验土体填充箱体：每填充30cm高度的试验土就进行一次压实，直到埋过pvc管的外表面最上层的应变花。

试验土土体压实后，收紧pvc管并拔出，使试验土土体的外表面形成与pvc管波纹相同的纹路。特别说明，pvc管是两个半圆，管顶部有两个耳朵，耳朵上有螺栓孔用于将两半pvc管固定，固定的时候两个半圆之间留有一定的空隙，将螺栓取下下，两个半圆管间就没有连接，可以挤紧后取下，并且可以不破坏土体的纹路。

在管桩与土体之间灌注水泥浆；

待水泥静置多于28天的凝固时间后，将圆环钢板套入模型桩，确保其内径同水泥浆体与土体的胶结面相切；

加载装置从上部对管桩施加竖向压力。

记录所述应变花、位移传感器、压力表、压力盒监测到的数据，用于后续的分析。

若要进行其他型号的测试，只要更换不同型号的波纹管后重复上述步骤即可。

与现有技术相比，本发明所述的试验方法不仅能对不同的管桩进行试验，从而比较分析不同注浆参数、不同水泥浆厚度对剪切特征的影响，还能通过设置不同纹路的管桩，分析不同粗糙程度的桩土接触面对剪切特征的影响。试验过程科学合理，能模拟管桩实际工作时的承载性状，保证测量数据合理准确，为实际工程和科学研究提供可靠依据。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。