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原文传递室内模拟桩周土受力状态的桩侧摩阻力试验装置及方法

专利名称：	室内模拟桩周土受力状态的桩侧摩阻力试验装置及方法
摘要：	本发明涉及室内模拟桩周土受力状态的桩侧摩阻力试验装置及方法，属于基础工程及地基处理领域，装置包括桩土作用机构、压力室加荷机构及数据采集机构，本发明以恢复桩周土在地层当中的实际应力状态为目的，通过两套液压装置对桩周土同时施加上覆土压力及水平侧压力，在桩顶竖向加载情况下，测量任意深度某一土层桩侧摩阻力的室内试验装置及试验方法。测出桩侧摩阻力与桩身位移的关系曲线以分析桩侧摩阻力随桩身位移的发挥性能，准确得到任意深度土层的极限侧摩阻力值，解决现有工程实践设计中桩基侧摩阻力合理取值的问题，为桩基工程设计侧摩阻力取值提供重要参数依据。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	吉林;22
申请人：	吉林大学
发明人：	徐燕;高康;沈世伟;张敏;王宏;张涛;芮向健;胡天明;孙炜
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-12T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-13T00:00:00+0800
申请号：	CN201910629553.6
公开号：	CN110230329A
代理机构：	长春市吉利专利事务所
代理人：	李晓莉
分类号：	E02D33/00(2006.01);E;E02;E02D;E02D33
申请人地址：	130000 吉林省长春市前进大街2699号
主权项：	1.室内模拟桩周土受力状态的桩侧摩阻力试验装置，其特征在于，包括：桩土作用机构、压力室加荷机构及数据采集机构，其中桩土作用机构包括底座(23)、立柱(1)、试验底板(30)、桩垫块(25)、试验桩(33)、桩周土试样(31)、测量顶块(6)和横梁(4)，所述立柱(1)设置于底座(23)上，立柱(1)与底座(23)呈垂直设置，立柱(1)的下部悬固有试验底板(30)，试验底板(30)呈水平设置，试验底板(30)的上表面中央位置设置有圆形凸台；所述桩垫块(25)通过位于试验底板(30)中心的贯穿孔装配在试验底板(30)上，桩垫块(25)的顶面与试验底板(30)的圆形凸台顶面齐平，桩垫块(25)上部设置有试验桩(33)；所述试验桩(33)环周设置有桩周土试样(31)，桩周土试样(31)的外壁与试验底板(30)的圆形凸台环周对齐，试验桩(33)上部设置有与其同轴设置的测量顶块(6)，且测量顶块(6)设置在中空圆柱形凸起内部；所述横梁(4)设置在立柱(1)上部，横梁(4)与立柱(1)呈垂直设置；其中压力室加荷机构包括压力室顶盖(11)、压力室侧壁(17)、试样顶板(15)、第一液压管(2)、侧向液压泵(29)、第二液压管(3)、竖向液压泵(28)、第一溢流阀(8)及第二溢流阀(10)，所述压力室顶盖(11)与试验底板(30)呈平行设置，压力室顶盖(11)通过压力室螺栓(19)与底座(23)紧固连接；所述压力室侧壁(17)的底部通过底板U型橡胶卡槽(21)与试验底板(30)相连接，压力室侧壁(17)的顶部通过顶盖U型橡胶卡槽(13)与压力室顶盖(11)相连接；所述试样顶板(15)置于桩周土试样(31)顶部，试样顶板(15)呈水平布置，试样顶板(15)的外边缘与压力室侧壁(17)紧密贴合，且在试样顶板(15)的底部边缘处设置有第二液压密封圈(16)，试样顶板(15)、桩周土试样(31)及压力室侧壁(17)所围成的封闭空间为侧向压力室，试样顶板(15)的上表面中心有中空圆柱形凸起，该中空圆柱形凸起穿过压力室顶盖(11)延伸至其外部，并在压力室顶盖(11)的底部与中空圆柱形凸起接触处设置有第一液压密封圈(9)，试样顶板(15)、压力室侧壁(17)及压力室顶盖(11)所围成的封闭空间为竖向压力室；所述侧向液压泵(29)设置在底座(23)上，侧向液压泵(29)通过第一液压管(2)与侧向压力室内部连通；所述竖向液压泵(28)通过第二液压管(3)与竖向压力室内部连通；所述第一溢流阀(8)的下部固定在试样顶板(15)上并穿过试样顶板(15)与侧向压力室连通，第一溢流阀(8)的上部穿过压力室顶盖(11)与外部管路连接；所述第二溢流阀(10)通过过孔固定在压力室顶盖(11)上，第二溢流阀(10)的上部与外部管路连接，第二溢流阀(10)的下部与竖向压力室连通；其中数据采集机构包括手动式液压千斤顶(7)、第三液压管(12)、千斤顶油箱(22)、侧向液压表(35)、竖向液压表(34)、千斤顶压力表(14)、微型压力计(18)、数据传输线(20)、数据接收处理器(24)、位移计(26)和压力表(27)，所述手动式液压千斤顶(7)的上部固定在横梁(4)上，手动式液压千斤顶(7)的底部与测量顶块(6)的顶部相接触，手动式液压千斤顶(7)上设置有千斤顶手柄(5)，手动式液压千斤顶(7)通过第三液压管(12)与千斤顶油箱(22)相连接；所述侧向液压表(35)设置在第一液压管(2)上；所述竖向液压表(34)设置在第二液压管(3)上；所述千斤顶压力表(14)设置在第三液压管(12)上；所述微型压力计(18)设置在桩周土试样(31)内部，微型压力计(18)通过数据传输线(20)与数据接收处理器(24)相连接；所述位移计(26)和压力表(27)置于底座(23)上，同时位移计(26)和压力表(27)的测量端均与桩垫块(25)相连接。 2.根据权利要求1所述的室内模拟桩周土受力状态的桩侧摩阻力试验装置，其特征在于，位于所述试验底板(30)中心的贯穿孔呈阶梯状，贯穿孔上部直径小于下部直径。 3.根据权利要求1所述的室内模拟桩周土受力状态的桩侧摩阻力试验装置，其特征在于，所述试样顶板(15)的底部设置有与桩周土试样(31)截面形状相匹配的凹槽，桩周土试样(31)顶部置于该凹槽内。 4.根据权利要求1所述的室内模拟桩周土受力状态的桩侧摩阻力试验装置，其特征在于，所述试样顶板(15)的顶部设置有凹陷区。 5.根据权利要求1所述的室内模拟桩周土受力状态的桩侧摩阻力试验装置，其特征在于，所述试样顶板(15)的中空圆柱形凸起内壁为阶梯形，中空圆柱形凸起上部的直径大于下部的直径。 6.室内模拟桩周土受力状态的桩侧摩阻力试验方法，其特征在于，该方法采用权利要求1-5中任一一项所述的试验装置进行试验，包括如下步骤：步骤一、设置底座(23)和立柱(1)，在立柱(1)下部安装试验底板(30)，将位移计(26)和压力表(27)置于底座(23)上，压力表(27)的测量端与桩垫块(25)相连，并将桩垫块(25)顶面与试验底板(30)顶面调平；步骤二、将预制好的试验桩(33)置于桩垫块(25)上方，并将桩周土试样(31)的制样筒套于试验底板(30)的圆形凸台上，在制样筒内填筑桩周土试样(31)，填筑的同时在桩周土试样(31)内埋置微型压力计(18)，并将与微型压力计(18)相连的数据传输线(20)从桩周土试样(31)的下部试验底板(30)穿出与置于底座(23)上的数据接收处理器(24)相连，将桩周土试样(31)夯实并将顶部整平；步骤三、取下制样筒，在桩周土试样(31)及试验底板(30)的圆形凸台外包裹弹性薄膜，在底部用橡皮筋扎紧，使桩周土试样(31)封闭，将已经固定好第二液压密封圈(16)的试样顶板(15)置于桩周土试样(31)顶部；步骤四、在压力室顶盖(11)上固定好第一液压密封圈(9)，在试验底板(30)的底板U型橡胶卡槽(21)上放置压力室侧壁(17)，压力室侧壁(17)上部经顶盖U型橡胶卡槽(13)与压力室顶盖(11)相连接，同时试样顶板(15)中部的圆柱凸起从压力室顶盖(11)中部穿出，用压力室螺栓(19)将压力室顶盖(11)与试验底板(30)紧固密封；步骤五、用第一液压管(2)将侧向压力室与侧向液压泵(29)连通，用第二液压管(3)将竖向压力室与竖向液压泵(28)连通；打开第一溢流阀(8)和第二溢流阀(10)，然后开启竖向液压泵(28)向竖向压力室内注入竖向液压油(36)，开启侧向液压泵(29)向侧向压力室注入侧向液压油(32)，压力室注满液压油后拧紧第一溢流阀(8)和第二溢流阀(10)；步骤六、将竖向液压泵(28)和侧向液压泵(29)缓慢加压，同时观察竖向液压表(34)和侧向液压表(35)的读数，反复调节直至读数同时达到预定压应力并保持稳定；利用静止土压力系数公式得出桩周土试样(31)的侧压力系数K0；待完全稳定后，根据待模拟土层的深度h，得出所施加的竖向压力值，该值等于实际土层上覆土压力P1，观察数据接收处理器(24)的示数，根据所加侧向水平压力和与微型压力计(18)相连接的数据接收处理器(24)的示数拟合出桩周土试样(31)内部土压与桩周距离关系曲线图，得到桩周真实水平侧压力，将得到的桩周真实水平侧压力值与实际土层水平侧压力P2对比，若不相同，同时调节竖向液压泵(28)和侧向液压泵(29)，直至竖向液压表(34)的示数及计算出的桩周真实竖向测压力等于实际土层上覆土压力P1，侧向液压表(35)及计算出的桩周真实水平测压力等于实际土层水平侧压力P2；步骤七、反复调整千斤顶手柄(5)直至手动式液压千斤顶(7)底部与测量顶块(6)顶部刚好接触，此时将位移计(26)和压力表(27)的示数调零；步骤八、试验桩(33)桩侧摩阻力的测试试验：首先等应力加荷，压动千斤顶手柄(5)，同时观察千斤顶压力表(14)，待位移计(26)发生变动，再等应变加荷，保持手动式液压千斤顶(7)匀速缓慢加压，实时观察位移计(26)的读数，每变化0.4mm读一次千斤顶压力表(14)、位移计(26)和压力表(27)的示数，直至位移计(26)示数超过6mm时，试验完成；步骤九、根据试验桩(33)的直径d和桩土作用接触高度l，计算出桩土作用面积S＝πdl；根据每位移0.4mm时的千斤顶压力表(14)的示数P3和压力表(27)的示数P4,计算出该点桩侧摩阻力为结合位移计(26)的读数，绘制桩侧摩阻力与桩位移的关系曲线图。 7.根据权利要求6所述的室内模拟桩周土受力状态的桩侧摩阻力试验方法，其特征在于，所述步骤六中静止土压力系数公式为实际土层上覆土压力P1＝hγ，实际土层水平侧压力P2＝K0hγ，其中，K0为桩周土试样(31)的侧压力系数，v为桩周土试样(31)的泊松比，P1＝hγ，γ为桩周土试样(31)的天然重度γ。
所属类别：	发明专利