技术特征：
1.一种保证模型桩贯入垂直度和角度的辅助装置，其特征在于，包括有：模型箱（1），模型箱（1）上端开口，模型箱内填充有砂土层；所述模型箱（1）上设置有至少两组的x轴向驱动轨道系统（2），每两组所述x轴向驱动轨道系统（2）相对设置在模型箱（1）的开口处，用于驱动辅助装置沿模型箱（1）的x轴方向运动；每两组所述x轴向驱动轨道系统（2）之间设置有至少一组y轴向驱动轨道系统（3），用于驱动辅助装置沿模型箱（1）的y轴方向运动；所述y轴向驱动轨道系统（3）上设置有至少一组z轴向驱动轨道系统（4），用于驱动辅助装置沿模型箱（1）的z轴方向运动；所述z轴向驱动轨道系统（4）上设置有夹桩机构（5），用于将模型桩（6）夹载在夹桩机构（5）上，模拟现实施工转态下的桩贯入至砂土层中的沉桩过程,所述夹桩机构（5）上设有可拆装的锤击辅助模拟模块（7）和/或静压辅助模拟模块（8），用于在模拟沉桩过程中增加锤击和/或静压的模拟情况；所述y轴向驱动轨道系统（3）与z轴向驱动轨道系统（4）连接处设置有角度调节机构（10）。2.如权利要求1所述的一种保证模型桩贯入垂直度和角度的辅助装置，其特征在于，x轴向驱动轨道系统（2）、y轴向驱动轨道系统（3）和z轴向驱动轨道系统（4）结构相同，x轴向驱动轨道系统（2）由x轴轨道（201）和安装在x轴轨道（201）上的x轴滑块（202）构成，y轴向驱动轨道系统（3）由y轴轨道（301）和安装在y轴轨道（301）上的y轴滑块（302）构成,z轴向驱动轨道系统（4）由z轴轨道（401）和安装在z轴轨道（401）上的z轴滑块（402）构成。3.如权利要求2所述的一种保证模型桩贯入垂直度和角度的辅助装置，其特征在于，所述夹桩机构（5）包括固定安装在z轴向驱动轨道系统（4）的z轴滑块（402）上的夹桩底座（501）和夹桩盖（502）构成；所述夹桩底座（501）和夹桩盖（502）通过手拧螺栓，将模型桩（6）夹紧在夹桩底座（501）和夹桩盖（502）之间。4.如权利要求3所述的一种保证模型桩贯入垂直度和角度的辅助装置，其特征在于，所述夹桩盖（502）中部开有长条形的窗口，在窗口的内部前后均设置有瞄准线（9），当模型桩（6）上的应变计中线与两条瞄准线（9）形成三条线处于同一平面内时，模型桩（6）则为垂直且未发生偏转的状态，此时模型桩上的应变计已经正对加载设备。5.如权利要求3所述的一种保证模型桩贯入垂直度和角度的辅助装置，其特征在于，所述锤击辅助模拟模块（7）包括：锤击安装底座（701），锤击安装底座（701）安装在夹桩底座（501）上；轨道柜（702），轨道柜（702）安装在锤击安装底座（701），且轨道柜（702）与锤击安装底座（701）相互垂直；凹槽（703），每个凹槽（703）开设置在轨道柜（702）内壁的表面上，且每组凹槽（703）相对设置；驱动件（704），驱动件（704）安装在轨道柜（702）上端，且驱动件（704）的输出端可穿过轨道柜（702）上端的板体；重锤（705），重锤（705）与驱动件（704）的输出端相连接；
导向凸起（706），导向凸起（706）位于重锤（705）两侧，且导向凸起（706）嵌入于凹槽（703）内。6.如权利要求5所述的一种保证模型桩贯入垂直度和角度的辅助装置，其特征在于，当驱动件为旋转输出驱动件时，驱动件（704）输出端与重锤（705）之间还设置有导向机构（707）。7.如权利要求6所述的一种保证模型桩贯入垂直度和角度的辅助装置，其特征在于，所述导向机构（707）包括：螺旋导向柱（7071），所述螺旋导向柱（7071）位于驱动件（704）输出端与重锤（705）之间；导向凹槽（7072），所述导向凹槽（7072）开在螺旋导向柱（7071）的外表面上；安装孔（7073），所述安装孔（7073）开在重锤（705）的表面上；导向块（7074），所述导向块（7074）活动安装在安装孔（7073）内壁表面上，且导向块（7074）嵌入导向凹槽（7072）内，使导向块（7074）可沿导向凹槽（7072）的轨迹运动。8.如权利要求3所述的一种保证模型桩贯入垂直度和角度的辅助装置，其特征在于，所述静压辅助模拟模块（8）包括：u型槽（807），u型槽（807）为具有连续齿条（8071）的槽体；静压安装底座（801），所述静压安装底座（801）安装在夹桩底座（501）上；安装板（802），至少一组所述安装板（802）相互平行安装静压安装底座（801）上；双输出旋转驱动件（803），双输出旋转驱动件（803）安装在一组安装板（802）之间，且双输出旋转驱动件（803）的输出端均穿过相对应的安装板（802）；偏心轮（804），每个偏心轮（804）的中心安装在相对应的双输出旋转驱动件（803）的输出端上；偏心导向柱（805），每个偏心导向柱（805）安装在相对应的安装板（802）上；偏心杆（806），每个偏心杆（806）的一端铰接安装在相对应的偏心轮（804）上，其另一端上的偏心导向凸起（8061）位于u型槽（807）的连续齿条（8071）内；偏心杆长孔（808），偏心杆长孔（808）开设在偏心杆（806）上；偏心导向柱（805）位于偏心杆长孔（808）内。9.如权利要求8所述的一种保证模型桩贯入垂直度和角度的辅助装置，其特征在于，所述角度调节机构（10）包括：角度调节安装底座（1001），角度调节安装底座（1001）固定安装在y轴滑块（302）上；角度调节长孔（1002），角度调节长孔（1002）位于u型槽（807）上；连杆（1003），连杆（1003）的一端铰接在角度调节安装底座（1001）上，另一端滑动连接在角度调节长孔（1002）内；角度调节安装底座（1001）的一端与角度调节长孔（1002）铰接，使角度调节安装底座（1001）、角度调节长孔（1002）和连杆（1003）构成实现调节角度和稳定支撑装置的三角形形状。10.一种运用权利要求1-9任意一项所述的保证模型桩贯入垂直度和角度的辅助装置的贯入方法，其特征在于，s1、模型箱（1）内填充有砂土层；
s2、模型桩（6）通过夹桩机构（5），夹载在装置上；s3、通过调节x轴向驱动轨道系统（2）、y轴向驱动轨道系统（3）和z轴向驱动轨道系统（4），模型桩选定指定位置和高度；s4、将s3中的模型桩（6）贯入到s1中的模型箱（1）中，实现不同位置和不同高度土面的实验；s5、装置通过角度调节机构（10）进行角度调节，调整模型桩（6）的贯入角度；s6、夹桩机构（5）上可选择安装锤击辅助模拟模块（7）或静压辅助模拟模块（8）；s7、如选择安装锤击辅助模拟模块（7），通过重锤的往复自由落体运动实现模型桩（6）的打入，模拟实际油锤打桩机打桩过程，并通过改变重锤的重量来实现不同锤击能量的模拟；s8、如选择安装静压辅助模拟模块（8），模型桩（6）通过循环往复的运动模式，模拟实际桩基的静压过程；s9、采集模型桩（6）上应变片的数据反馈，为研究打桩施工过程及其桩基的承载力问题提供数据。
技术总结
本发明涉及一种保证模型桩贯入垂直度和角度的辅助装置及贯入方法，属于建筑桩基工程技术领域，通过平面轨道和垂向轨道的调节，可以在模型箱中的不同位置和不同高度土面上将模型桩贯入；通过使用锤击模块和静压模块模拟实际打桩过程；锤击模块是通过重锤的往复自由落体运动实现模型桩的打入，这种贯入方法也跟实际的油锤打桩机保持一致，另外还可以通过改变重锤的重量来实现不同锤击能量的模拟；静压模块是类似于一种循环往复的运动模式，与实际桩基的静压过程也更为相似；通过夹桩盖上的两条瞄准线也可以实现模型桩与加载设备的对准，这就为研究打桩施工过程及其桩基的承载力问题研究提供可靠保障，保证了试验数据的准确可靠。靠。靠。
技术研发人员：安晓宇 纪文栋 张宇亭 刘晓强 裴文斌 赵跃
受保护的技术使用者：交通运输部天津水运工程科学研究所
技术研发日：2022.05.05
技术公布日：2022/6/3