一种基于杠杆加载的桩基负摩阻力模型试验装置及群桩试验方法

1.本发明涉及一种基于杠杆加载的桩基负摩阻力模型试验装置及群桩试验方法。


背景技术：

2.目前，桩基负摩阻力模型试验加载装置通过千斤顶施加荷载以实现桩周土堆载的方式仍存在缺陷，具体表现为：当实用千斤顶对桩周土施加载荷时，由于桩周土的初始含水率、压缩性大，导致土体的沉降较为明显，同时，手动式千斤顶仅以位移控制施加于桩周土表面的荷载，因此，随着固结时间的增加，桩周土固结沉降导致千斤顶未能够发挥预设的荷载强度，为弥补该缺陷，通常通过定期多次手动调整千斤顶的行程以尽量达到预设荷载强度，同时桩基负摩阻力模型试验装置通常测试单桩的负摩阻力，目前很少对群桩进行测试。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于杠杆加载的桩基负摩阻力模型试验装置，该装置基于杠杆原理能够精准的施加竖向荷载，同时能够进行单桩试验和群桩试验；群桩试验方法，获取关于群桩在不同条件下负摩阻力的情况，运用到实际问题上提高施工的稳定。
4.为此，本发明提供的一种基于杠杆加载的桩基负摩阻力模型试验装置，包括模型箱，所述模型箱内装有土体，土体包括砂土层和粘土层，砂土层位于粘土层上方，所述土体上设置有两块对称载荷板，所述箱体外围设置有支架，所述支架上设置有杠杆式加载组件，所述杠杆式加载组件与载荷板连接，所述载荷板之间设置有空隙，所述空隙上设置有模拟桩组件，所述模拟桩组件和土体内均排置有数据采集组件，所述数据采集组件与数据处理系统连接，通过数据处理系统对数据进行分析。
5.进一步的，所述杠杆式加载组件包括固定杆，所述固定杆上端铰接有杠杆，所述杠杆一端设置有调平砝码，另一端设置有加载砝码，所述杠杆上设置有传力杆，所述传力杆底端设置有导板，所述导板上对称设置有连接杆，连接杆连接载荷板，通过调平砝码实现杠杆平衡，通过施加加载砝码，实现不同载荷应力垂直作用于土体。
6.进一步的，所述模拟桩组件包括下压板，所述下压板沿着连接杆的长度方向上下移动，所述下压板上设置有通孔供连接杆插入，所述下压板上连接有垂直驱动件，所述下压板油多块矩形板拼接而成，所述矩形板底端面设置有多个卡接口，所述卡接口用于卡接桩体，垂直驱动件用于压入桩体以及对桩体施加竖向载荷。
7.进一步的，所述矩形板上均设置有施压杆，所述施压杆底端与矩形板上端面固定连接，所述施压杆上配置有加重块。
8.进一步的，所述数据采集组件包括多组应力传感器和多个孔压计，所述多个应力传感器设在桩体上，应力传感器沿着桩体的长度方向均匀分布，应力传感器连接外部的应变仪，所述孔压计安装在土体内，孔压计与孔隙水压力接收器连接，所述模型箱内壁内嵌有
竖直警示灯排，所述桩体外围设置有刻度线。
9.进一步的，所述杠杆的杠杆比为1：24，即加载砝码的加载力与传力杆所传递的载荷之比为1：24。
10.进一步的，所述模型箱内侧壁下端部设置有排水阀门。
11.一种基于杠杆加载的桩基负摩阻力模型试验装置的群桩试验方法，其特征在于：
12.(1)模型箱为具有开口的透明材料制成的，在模型箱内表面涂抹凡士林，减少土体和模型箱的摩檫力，在模型箱内放入土体，在土体内放置有多个孔压计，将孔压价与外部的孔隙水压力接收器连接；
13.(2)：配平杠杆加载组件上的调平砝码将加载杠杆、加载砝码、传力杆、导板自重平衡掉，保持杠杆水平；依次添加加载砝码，分级施加竖向载荷，对土体进行竖向加载；在土体排水固结的过程中，不断调节调平砝码，使加载杠杆保持水平；
14.(3)：通过垂直驱动件将桩基一一打入土体内形成群桩，对桩周土进行分次施加荷载，当桩周土沉降小于0.1mm/h时，当前加载完成，施加下一级荷载，通过12h一组的应变数据获取后，获取群桩在土体固结过程中群桩桩身轴力变化数据；
15.(4)：通过垂直驱动件将桩基一一打入土体内形成群桩，对桩周土进行分级施加荷载，当桩周土沉降小于0.1mm/h时，当前加载完成，施加下一级荷载，对群桩施加相应的荷载，通过12h一组的应变数据获取后，获取在群桩和桩周土施加相同的荷载的过程中群桩桩身轴力变化数据；
16.(5)：通过垂直驱动件将桩基一一打入土体内形成群桩，对桩周土进行分级施加荷载，当桩周土沉降小于0.1mm/h时，当前加载完成，施加下一级荷载，对群桩施加均匀荷载除外，对群桩中的角桩再施重，形成群桩上不均匀荷载，通过12h一组的应变数据获取后，获取群桩上角桩不均匀荷载在桩周土固结过程中的群桩桩身轴力变化图；
17.(6)依次对群桩中桩体所处的位置，边桩以及中心桩按照角桩的试验步骤进行一一试验。
18.本发明的有益效果：
19.1、通过设置有杠杆式加载组件，通过施加不同的加载砝码，可以达到施加不同荷载的目的，能够较为精准和有效地进行均匀加载。
20.2、该装置可对单桩进行试验，也可对群桩进行试验，能够实现群桩上不均匀载荷在土体固结过程中群桩桩身负摩阻力的变化规律，实际工程中部分都是群桩，根据变化规律去对实际工程进行指导。
21.3、发明结构简单，试验操作难度低。
附图说明
22.图1为试验装置的示意图；
23.图2为图1的正视图；
24.图3为图1的俯视图；
25.图4为下压板的俯视图。
26.附图标记：1、模型箱；2、载荷板；3、支架；4、杠杆式加载组件；41、固定杆；42、杠杆；43、调平砝码；44、加载砝码；45、传力杆；46、导板；47、连接杆；5、模拟桩组件；51、下压板；
511、矩形板；512、卡接口；513、施压杆；514、加重块；52、垂直驱动件；53、桩体；6、数据采集组件；61、应力传感器；62、孔压计；63、应变仪；64、孔隙水压力接收器；65、竖直警示灯；7、排水阀门；8、土体。
具体实施方式
27.为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
28.参照图1至图4所示，本实施例的一种基于杠杆加载的桩基负摩阻力模型试验装置，包括模型箱1，所述模型箱1内装有土体8，土体8包括砂土层和粘土层，砂土层位于粘土层上方，所述土体8上设置有两块对称载荷板2，所述箱体外围设置有支架3，所述支架3上设置有杠杆式加载组件4，所述杠杆式加载组件4与载荷板2连接，所述载荷板2之间设置有空隙，所述空隙上设置模拟桩组件5，所述模拟桩组件5和土体8内均配置有数据采集组件6，所述数据采集组件6与数据处理系统连接，通过数据处理系统对数据进行分析。
29.在上述实施例的基础上，所述杠杆式加载组件4包括固定杆41，所述固定杆41上端铰接有杠杆42，所述杠杆42一端设置有调平砝码43，另一端设置有加载砝码44，所述杠杆42上设置有传力杆45，所述传力杆45底端设置有导板46，所述导板46上对称设置有连接杆47，连接杆47连接载荷板2，通过调平砝码43实现杠杆42平衡，通过施加加载砝码44，实现不同载荷应力垂直作用于土体8。
30.在上述实施例的基础上，所述模拟桩组件5包括下压板51，所述下压板51沿着连接杆47的长度方向上下移动，所述下压板51上设置有通孔供连接杆47插入，所述下压板51上连接有垂直驱动件52，所述下压板51由多块矩形板511拼接而成，所述矩形板511底端面设置有多个卡接口512，所述卡接口512用于卡接桩体53，垂直驱动件52用于压入桩体53以及对桩体53施加竖向载荷。
31.在上述实施例的基础上，所述矩形板511上均设置有施压杆513，所述施压杆513底端与矩形板511上端面固定连接，所述施压杆513上配置有加重块514。
32.在上述实施例的基础上，所述数据采集组件6包括多组应力传感器61和多个孔压计62，所述多个应力传感器61设在桩体53上，应力传感器61沿着桩体53的长度均匀分布，应力传感器61连接外部的应变仪63，所述孔压计62安装在土体8内，孔压计62与孔隙水压力接收器64连接，所述模型箱1内壁内嵌有竖直警示灯65排，所述桩体53外围设置有刻度线。
33.在上述实施例的基础上，所述杠杆42的杠杆42比为1：24，即加载砝码44的加载力与传力杆45所传递的载荷之比为1：24。
34.在上述实施例的基础上，所述模型箱1内侧壁下端部设置有排水阀门7。
35.上述改进具体为：如图1至图4所示：试验装置包括模型箱1，模型箱1为具有开口的透明箱体，模型箱1底部设置有排水阀门7，用于排出土体8当中的孔隙水；模型箱1内装有土体8，土体8包括砂土层和粘土层，砂土层位于粘土层上方，砂土层上方设置有对称载荷板2，箱体外围设置有支架3，支架3上设置有杠杆式加载组件4，杠杆式加载组件4与载荷板2连接，杠杆式加载组件4包括固定杆41，固定杆41一端固定在支架3上，另一端铰接有杠杆42，杠杆42上设置有传力杆45，传力杆45底端设置有导板46，导板46上对称设置有连接杆47，连接杆47连接载荷板2，在调平砝码43实现杠杆42平衡，通过施加加载砝码44，实现不同载荷
传递到土体8上，所述杠杆42的杠杆42比为1：24，即加载砝码44的加载力与传力杆45所传递的载荷之比为1：24，通过杠杆42原理对载荷板2进行加载，合理采用杠杆42比，精准有效的施加载荷；载荷板2之间设置有空隙，空隙供模拟桩组件5放置，模拟桩组件5和土体8内均配置有数据采集组件6，数据采集组件6用于采集在施加载荷下土体8以及模拟桩组件5的变化，数据采集组件6与数据处理系统连接，数据处理系统对数据进行分析，模拟桩组件5包括下压板51，下压板51上连接有垂直驱动件52，垂直驱动件52为垂直液压，下压板51上设置有通孔，液压杆驱动下压板51的通孔沿着连接杆47的长度方向向下移动，将基桩压入土体8内，下压板51由多块矩形板511拼接而成，矩形板511底端面设置有多个卡接口512，卡接口512用于卡接桩体53，根据单桩试验还是群桩试验，去安装基桩的数量，根据试验目的，比如为了试验群桩与群桩周边的土承载相同载荷时，群桩的桩身负摩阻力变化，垂直驱动件52不仅是压入基桩的作用，还要不断对群桩施加均匀荷载的作用；比如试验群桩中的位置受到不均匀荷载时，群桩的桩身负摩阻力变化，在垂直驱动施加均匀荷载外，还需要在相应的基桩的矩形板511上的施压杆513，配置加重块514，形成不均匀荷载，在受到不均匀荷载的前提，土体8的施加载荷过程对群桩桩身的负摩阻力的影响；数据采集组件6包括多组应力传感器61和多个孔压计62，应力传感器61设置桩体53上，应力传感器61沿着桩体53的长度均匀分布，应力传感器61连接外部的应变仪63，孔压计62安装在土体8内，孔压计62与孔隙水压力接收器64连接，桩体53外围设置有刻度线，模型箱1内壁内嵌有竖直警示灯65排，应力传感器61用于监测桩身应力应变，竖直警示灯65排和刻度线观察土体8或是桩体53的沉降情况，孔压加用于监测桩体53周围土体8分层孔隙水压力，监测土体8孔隙水压力消散情况，通过不同监测工具获得大量实测数据，根据数据综合判断桩体53的中心性点位置，负摩阻力，以及下拉荷载、桩体53承载力。
36.一种基于杠杆42加载的桩基负摩阻力模型试验装置的群桩试验方法，其特征在于：模型箱1为具有开口的透明材料制成的，在模型箱1内表面涂抹凡士林，减少土体8和模型箱1的摩檫力，在模型箱1内放入土体8，在土体8内放置有多个孔压计62，将孔压计62与外部的孔隙水压力接收器64连接，应力传感器61与外部应变仪63连接；
37.配平杠杆42加载组件上的调平砝码43将加载杠杆42、加载砝码44、传力杆45、导板46自重平衡掉，保持杠杆42水平；依次添加加载砝码44，分级施加竖向载荷，对土体8进行竖向加载；在土体8施加载荷的过程中，不断调节调平砝码43，使加载杠杆42保持水平；
38.通过垂直驱动件52将桩基一一打入土体8内形成群桩，对桩周土进行分次施加荷载，当桩周土沉降小于0.1mm/h时，当前加载完成，施加下一级荷载，通过12h一组的应变数据获取后，获取群桩在群桩周围土体8施加载荷过程中群桩桩身轴力变化数据；
39.通过垂直驱动件52将桩基一一打入土体8内形成群桩，对桩周土进行分级施加荷载，当桩周土沉降小于0.1mm/h时，当前加载完成，施加下一级荷载，对群桩施加相应的荷载，通过12h一组的应变数据获取后，获取群桩在群桩周围土体8施加相同的荷载的过程中群桩桩身轴力变化数据；
40.通过垂直驱动件52将桩基一一打入土体8内形成群桩，对桩周土进行分级施加荷载，当桩周土沉降小于0.1mm/h时，当前加载完成，施加下一级荷载，对群桩施加均匀荷载除外，对群桩中的角桩再施重，形成群桩上不均匀荷载，通过12h一组的应变数据获取后，获取群桩上角桩不均匀荷载在群桩周围土体8施加载荷过程中的群桩桩身轴力变化数据；
41.依次对群桩中桩体53所处的位置，边桩以及中心桩按照角桩的试验步骤进行一一试验，根据获得数据进行分析得出结论。
42.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，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但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简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。