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原文传递 T形桩桩间土拱作用实验装置及其实验方法

专利名称：	T形桩桩间土拱作用实验装置及其实验方法
摘要：	本发明公开了T形桩桩间土拱作用实验装置，包括模型箱和模型箱内设有的固定土层，固定土层固定有T形桩，模型箱的内壁固定有加载装置，加载装置连接有推土板，T形桩和推土板之间填充有土体，土体内设有土压力计，T形桩粘贴应变片。其实验方法为模型箱内固定T形桩，填入土体，埋入土压力计，加载装置通过推土板对土体施加水平推力荷载，监测抗滑桩跨中截面的法向土压力和T形桩后的土压力。本发明设计的实验装置简单，容易安装和布置，操作简单可重复操作，通过加载装置模拟真实情况下支护桩受到的滑坡推力，应变片用于检测受荷段的拉应变，土压力计用于检测土体内的压力。
专利类型：	发明专利
申请人：	西南石油大学;中铁西北科学研究院有限公司;云南建投第一勘察设计有限公司
发明人：	苏培东;吴茂;戚宗轲;贾荣谷;丁海涛;李有贵;邱鹏;陆星好;董天雷;侯建伟;庄坤;黄大贵
专利状态：	有效
申请日期：	2023-08-01T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-17T00:00:00+0800
申请号：	CN202310960397.8
公开号：	CN117071649A
代理机构：	杭州六方于义专利代理事务所(普通合伙)
代理人：	方洲易
分类号：	E02D33/00;G06F30/20;G06F119/14;E;G;E02;G06;E02D;G06F;E02D33;G06F30;G06F119;E02D33/00;G06F30/20;G06F119/14
申请人地址：	610500 四川省成都市新都区新都大道8号;;
主权项：	1.T形桩桩间土拱作用实验装置，其特征在于：包括模型箱和所述模型箱内设有的固定土层，所述固定土层固定有T形桩，所述模型箱的内壁固定有加载装置，所述加载装置连接有推土板，所述T形桩和所述推土板之间填充有土体，所述土体内设有土压力计，所述T形桩粘贴应变片。 2.根据权利要求1所述T形桩桩间土拱作用实验装置，其特征在于：所述T形桩嵌固在所述固定土层内的部分为嵌固段，所述T形桩与所述土体直接接触的部分为受荷段，所述受荷段均匀粘贴有所述应变片。 3.使用如权利要求1-2任意一项所述T形桩桩间土拱作用实验装置的实验方法，其特征在于，包括如下步骤： (1)每次实验开始前对各工况不同土体材料的物理力学参数进行初步测试，然后再进行填土工作，采用钢板和碎石模拟T形桩的嵌固段并计算其长度，将T形桩按设定的桩间净距用混凝土块固定嵌固段，使得在各种工况下T形桩在水平荷载较大的情况下依然固定； (2)在T形桩的受荷段粘贴应变片，以监测T形桩从桩顶至嵌固段的连续应变过程； (3)在设计位置完成土压力计的预埋后，整理连接的线路，填入最后的土体，然后进行整平，采用混凝土立方体试块进行初步压实，在模型箱的内侧涂抹凡士林，消除加载时推土板与侧壁之间的摩擦； (4)采用加载装置对抗滑桩的桩后土体分级施加水平推力荷载，监测抗滑桩跨中截面的法向土压力和T形桩后的土压力，得到桩间不同高度土体内部的土压力分布曲线，并测量各级荷载下桩顶和桩身的位移值，记录各级荷载下T形桩的应变值，以此分析各T形桩身的弯曲内力及剪切内力； (5)调整T形桩的桩间净距，重复步骤(3)-(4)，并测量推土板和T形桩的桩顶位移； (6)在相同桩间净距的情况下设置了不同含水率不同配比的土体材料，重复步骤(3)-(4)，并测量推土板和T形桩的桩顶位移。 4.根据权利要求3使用所述T形桩桩间土拱作用实验装置的实验方法，其特征在于：步骤(1)中，土体材料包括粘土、碎石和砂土中的至少一种，对不同土体材料进行直剪实验，得到抗剪强度按式(1-1)计算： τ＝CR (1-1) 其中，C为测力环系数，取1.803N/mm2/0.01mm，R为测力环中测微表的最大读数；将所得到的数据线性拟合可以得到不同土体材料的抗剪强度线，根据Mohr-Coulomb强度理论，土体材料的抗剪强度由粘聚力和内摩擦角共同组成，具体公式如(1-2)式：其中，c为土体材料的黏聚力，为土体材料的内摩擦角，σ为正应力，经过剪切实验得到的抗剪强度线纵轴的截距为粘聚力c，抗剪强度线的斜率为内摩擦角的正切值，利用反正切函数可以求出试样的内摩擦角/> 5.根据权利要求3使用所述T形桩桩间土拱作用实验装置的实验方法，其特征在于：步骤(1)中，T形桩的嵌固段的长度通过拟悬臂桩法计算，假设滑面以下的地基系数值为常数，滑坡推力已考虑桩前抗力，则T形桩的最小嵌固深度h2min可以根据式(2-1)计算：式中，桩后推力为三角形分布时A＝2.0，桩后推力为梯形分布时A＝2.5，桩后推力为矩形分布时A＝3.0；E′T—单桩荷载，kN；h1-T形桩的受荷段长度，m，[σ]—土体侧向容许承载力，kN/m2；其中，土体的侧向容许承载力可根据式(1-2)计算：式中，γ1、γ2-分别为滑面以上和以下土体的重度，kN/m3；c-滑面以下土体的内摩擦角和粘聚力；h1-T形桩受荷段的长度，m；y-滑面至嵌固段上计算点的距离，m。 6.根据权利要求3使用所述T形桩桩间土拱作用实验装置的实验方法，其特征在于：步骤(2)中，应变片粘贴在T形桩桩背中心，应变片外部采用硅橡胶密封绝缘处理。 7.根据权利要求3使用所述T形桩桩间土拱作用实验装置的实验方法，其特征在于：步骤(3)中，土压力计分两层不同深度布置，每层布置两列，第一列从T形桩的桩背正后方开始布置，此后土压力计以相同间距布置，第二列从两个T形桩的桩间后方开始布置，第二列的土压力计与第一列的土压力计保持相同间距。 8.根据权利要求3使用所述T形桩桩间土拱作用实验装置的实验方法，其特征在于：步骤(4)中，加载时采用分级加载，每级荷载控制在100N，在下一级荷载开始施加前稳定1min，让土体固结并留一定的观察时间，每次实验持续加载，直至加载到桩间土体垮塌为止，并记录此时的应变、土压力和桩顶位移。 9.根据权利要求3使用所述T形桩桩间土拱作用实验装置的实验方法，其特征在于：步骤(1)中，桩间净距的计算值通过如下解析式(3-1)计算： c为土体的黏聚力，为土体的内摩擦角，γ为土体的重度，b为统一强度参数，b’为T形桩的桩背宽度，β为正压力FN与水平方向的夹角，Q为桩后土体均布荷载。 10.根据权利要求3使用所述T形桩桩间土拱作用实验装置的实验方法，其特征在于：每次实验完成后，导出系统所记录的实验数据土压力和桩身应变，并测量桩顶位移，记录桩间土体的破坏情况，然后对T形桩进行卸载，挖走上覆土层并取出土压力计。
所属类别：	发明专利