斜坡桩桩土相互作用局部模型试验装置的制作方法

本发明专利设计了一种能够测量动力作用下斜坡桩桩土相互作用的装置，特指采用液压千斤顶及滚轴系统对模型箱施加单向位移以模拟斜坡侧移，采用mts电液伺服加载系统对刚性短桩施加循环荷载，通过安装在刚性短桩上的应变片和埋设于土体的加速度计、孔压计测量加载过程中桩身的应变量和土中加速度、孔隙水压力，同时在填土表面设置标记点来分析桩周土在加载过程中的位移场，以揭示地基侧移条件下桩土界面相互作用机理的装置。

背景技术：

在进行动力作用下斜坡桩桩土相互作用的研究时，往往采用振动台模型试验，将模型桩和土体按预定的坡形设置在特定的模型箱中，布置相应的测试元件，再将模型箱固定在振动台上，通过振动台台面对试验模型施加地震波信号。利用测量得到的加速度、孔隙水压力、桩身应变等数据来分析地震作用下桩土相互作用机理。但是试验中影响因素甚多，无法有针对性的分析地基侧移对桩土界面相互作用特性的影响。若能设计一种新的试验装置，在对试验装置施加动荷载的同时还能控制桩周土体的侧移量用以模拟地基的侧移，就能够很好的揭示斜坡桩在地基侧移条件下桩土界面相互作用机理，尤其是先期最大接触压力对近场土刚度及屈服应力的影响，并可以提出考虑斜坡侧移作用的桩土界面本构模型。目前尚无此种装置。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种在对桩基础施加动荷载的同时还能控制桩周土体的侧移量用以模拟地基的侧移，通过布置加速度计、孔压计和应变片等测试元件得到加载时土中压力、孔隙水压力、桩身应变等各项数据，揭示地基侧移条件下桩土界面相互作用机理的斜坡桩桩土相互作用局部模型试验装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供了斜坡桩桩土相互作用局部模型试验装置。用实心钢材制作直接为20mm，长度为150mm的刚性短桩（入土深度100mm），将其置于500mm（长）×500mm（宽）×120mm（高）的模型箱中，所述的模型箱内用砂土、粉土及粘土等分别填筑厚度为100m的地基土。所述的地基土表面用红色的砂布置成网格状标记带，可采用高清照相机拍摄照片。在所述的地基土中埋设加速度计、孔压计，在所述的刚性短桩上粘贴应变片。所述的模型箱通过液压千斤顶在底部设置的滚轴上单向移动。试验中桩顶荷载通过mts电液伺服加载系统施加。

进行实验时，采用所述的mts电液电液伺服加载系统按幅值大小分级对刚性短桩直接施加1~2hz的循环荷载，同时对所述的模型箱施加一个单向位移，模拟地基侧移条件。通过所述的模型箱内的测试元件测量加载过程中桩身应变量及土中压力与孔隙水压力。利用matlab图像处理技术对所述的高清相机拍摄的照片进行处理获得桩周土在加载过程中的位移场。通过所采集的数据，分析近场土在桩身反复压缩下的塑性变形特性、桩土界面脱空及再接触特性。由此揭示地基侧移条件下桩土界面相互作用机理，尤其是先期最大接触压力对近场刚度及屈服应力的影响，并提出可考虑斜坡侧移条件作用的桩土界面本构模型。

综上所述，本发明是一种在对所述的刚性短桩施加动荷载的同时能控制桩周土的侧移，通过采集的数据揭示地基侧移条件下桩土相互作用机理，并提出考虑斜坡桩侧移作用的桩土界面本构模型的斜坡桩桩土相互作用局部模型试验装置。本发明扩展了桩土相互作用机理的研究手段，切实可行。

附图说明

图1是实验装置整体图。

图2是土体表面标记布置示意图。

具体实施方式

参考图1和图2，mts电液伺服加载系统1通过连接件2与刚性短桩7连接，并安装激光位移计8，刚性短桩7上粘贴应变片11，刚性短桩7置于模型箱3内，模型箱3中用砂土、粉土及粘土等分别填筑作地基土6，地基土6中埋设加速度计9、孔压计10，模型箱3箱壁安装激光位移计8，底部设置滚轴4，可以通过液压千斤顶5对模型箱3施加单向位移，模型箱3顶部安装刚性支架13，照相机12固定在刚性支架13上，地基土6表面用红色的砂布置成网格状标记带14，可用高清照相机12拍摄照片。

参考图1和图2，进行试验时，mts电液伺服加载系统1按幅值大小分别对刚性短桩7直接施加1~2hz的循环荷载，同时利用液压千斤顶5对模型箱4施加一个单向位移，实验过程中采集加速度计6、孔压计7、激光位移计8和应变片9的时程数据，高清照相机在整个加载过程中进行连续拍照。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种斜坡桩桩土相互作用局部模型试验装置，将刚性短桩（7）置于模型箱（3）中，所述的模型箱（3）内采用砂土、粉土及粘土等填筑为地基土（6），采用MTS电液伺服加载系统（1）将对所述的刚性短桩（7）施加循环荷载，所述的模型箱（3）底部安装有滚轴（4），可以施加单向位移用以模拟地基的侧移。通过布置的测试元件可以采集加载过程中所述的刚性短桩（7）的桩身应变量、所述的地基土（6）中加速度、孔隙压力和位移场等数据。本发明是一种能够测试斜坡侧移条件下近场土受桩身反复压缩时发生的塑性变形、桩土界面脱空及再接触特性，由此揭示地基侧移条件下桩土界面相互作用机理的试验装置。

技术研发人员：贺炜;罗智猛
受保护的技术使用者：长沙理工大学
技术研发日：2017.03.10
技术公布日：2017.08.18