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原文传递一种桩周土颗粒破碎测量装置及其测量方法

专利名称：	一种桩周土颗粒破碎测量装置及其测量方法
摘要：	发明提供一种桩周土颗粒破碎测量装置及其测量方法。该装置包括装置由试验箱体、模型桩、千斤顶和高清相机。测量方法包含染色土颗粒层布置、取样设计与方法、颗粒图像处理几部分。在试验箱中，将颗粒颜色依粒径大小而不同的土颗粒分层布设在桩底、桩侧；采用千斤顶使桩下沉、颗粒破碎。设计合理空间取样点位，并取得散体或原状样。采用高清相机对试样进行拍照，并使用图像处理软件分析颗粒破碎信息。该装置突破了较大尺寸桩周土颗粒破碎难以测量的难题，可模拟多种工况，试验操作方便，实现了对不同粒径土颗粒破碎的区分，结合现代图像处理技术信息，为研究桩土相互作用提够了丰富的参数，可供实际工程研究中桩周土颗粒破碎参考。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	重庆;50
申请人：	重庆大学
发明人：	丁选明;彭宇;邓鑫;崔春义;邓玮婷;陈信升
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-28T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-03T00:00:00+0800
申请号：	CN201910077531.3
公开号：	CN109706908A
代理机构：	重庆缙云专利代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	王翔
分类号：	E02D1/00(2006.01);E;E02;E02D;E02D1
申请人地址：	400044 重庆市沙坪坝区沙正街174号
主权项：	1.一种桩周土颗粒破碎测量装置，其特征在于：包括测试装置和图像采集装置；所述测试装置包括模型试验箱体(2)、载荷板(3)、反力架(4)、若干模型桩(6)和若干千斤顶(7)；所述模型试验箱体(2)布置在反力架(4)的测试中心区；所述模型试验箱体(2)为上端敞口的透明矩形箱体；所述模型试验箱体(2)的内腔中分层分区填筑土体材料；所述土体材料包括混合染色土颗粒(11)和同级配的未染色土颗粒(12)；所述模型桩(6)布设在土体材料中；所述模型桩(6)的桩顶伸出土体的上表面；所述模型桩(6)的桩身上布置有应变片(13)，桩底埋设有土压力盒(14)；所述土体材料的上表面和模型桩(6)的桩顶设置有载荷板(3)；所述模型桩(6)桩顶处的载荷板(3)的边角位置对称布置有两个千分表(10)；所述反力架(4)顶部横梁的下表面设置有千斤顶(7)；所述千斤顶(7)下端与载荷板(3)紧贴；所述图像采集装置包括高清相机(30)、试样碟(29)和微机(32)；所述高清相机(30)与微机(32)相连；试验时，所述千斤顶(7)带动载荷板(3)沿纵向运动进行桩周土颗粒破碎试验；试验完成后，在模型桩(6)的桩周取样，并将土颗粒样品放入试样碟(29)中；采用高清相机(30)对试样碟(29)中的土颗粒样品进行拍照；所述微机(32)对高清相机(30)获得的图像信息进行分析处理。 2.根据权利要求1所述的一种桩周土颗粒破碎测量装置，其特征在于：所述反力架(4)为门型反力架，包括两根立柱(401)以及连接在两根立柱(401)之间的横梁(402)；所述模型试验箱体(2)的上端敞口处具有外卷边(201)；所述两根立柱(401)布置在外卷边(201)上；所述模型试验箱体(2)的外壁上具有刻度。 3.根据权利要求1所述的一种桩周土颗粒破碎测量装置，其特征在于：所述模型桩(6)为方形截面桩、圆截面桩或X截面桩；所述模型桩(6)采用单桩布置、4桩方形布置或5桩梅花形布置形式。 4.根据权利要求1所述的一种桩周土颗粒破碎测量装置，其特征在于：所述模型桩(6)为无缝钢管；所述应变片(13)粘贴在无缝钢管的内壁上。 5.根据权利要求1所述的一种桩周土颗粒破碎测量装置，其特征在于：所述模型桩(6)为钢筋混凝土桩；所述应变片(13)粘贴在钢筋混凝土桩的钢筋笼上。 6.一种使用权利要求1所述测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤： 1)根据模拟工况，选择土颗粒材料和相应的工业染色剂； 2)将土颗粒材料筛分成多个粒径组，不同粒径组的土颗粒材料染为不同颜色进行标定； 3)将染色后的土颗粒材料按粒径级配比例均匀混合，制备为混合土颗粒材料(11)； 4)结合工况，在模型试验箱体(2)的内腔中分层分区填筑混合染色土颗粒(11)和同级配的未染色土颗粒(12)；其中，模型试验箱体(2)中心位置处的土体材料中布设有模型桩(6)； 5)在模型桩(6)顶部及桩侧土体材料上表面布置载荷板(3)；在载荷板(3)的边角位置处对称布置两个千分表(10)；在载荷板(3)与反力梁之间布置千斤顶(7)，并调试千斤顶(7)； 6)使用千斤顶(7)分级加荷；模型桩(6)受荷下沉，土颗粒破碎；采集模型桩(6)贯入下沉过程中的应变、土压力和位移数据，直至桩下沉到设计的位移值； 7)设计取样点位置，分层开挖土体材料；开挖到染色土颗粒层后，采用卷尺、铅锤测量染色土颗粒层沉降漏斗空间方位和桩壁处破碎土颗粒迁移位置；记录桩壁处迁移染色土颗粒方位，并取破碎迁移细颗粒样； 8)采用细线定位方式确定桩四周染色土颗粒层取样点(21)，取样自最上层染色土颗粒开始，直至取完箱底最后一层染色土颗粒； 9)取土颗粒样结束后，取出模型试验桩(6)，清理出模型试验箱(2)内所有土颗粒；依次开展其它桩型、填土密实度和荷载值下的桩周土颗粒破碎，直至设计的所有试验结束； 10)对取样所得混合染色土颗粒材料重新筛分，得到每一粒径区间颗粒含量；获得破碎后土颗粒级配曲线，得到依据最终颗粒含量分布的颗粒相对破碎率； 11)将步骤14)获得的各粒径组颗粒分别置于试样碟(29)中，采用高清相机(30)对颗粒拍照，利用微机(32)上程序拍照获得高清土颗粒照片； 12)采用微机(32)上图像处理软件对高清颗粒照片中不同颜色颗粒，分别进行颗粒分割、二值化处理，获取各颜色颗粒在该照片中所占面积； 13)依据各颜色颗粒在图片中的面积百分比，计算确定对应颜色颗粒质量百分比，确定破碎后一定粒径区间颗粒的最初来源粒径及各粒径颗粒的相对破碎率，提出并得到综合考虑各粒径颗粒破碎重叠掩盖量的绝对破碎量； 14)绘制不同桩型、填土密实度、荷载大小的桩底、桩周土颗粒破碎率的空间分布位置图，分析同一桩周位置处，不同粒径颗粒的破碎形态、破碎模式、破碎量差异等细节信息。 7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于，步骤4)具体包括以下步骤： 4.1)清理模型试验箱(1)，按设计要求采用木板静压法分层铺设定级配的未染色土颗粒(12)； 4.2)间隔铺设同级配定的混合染色土颗粒(11)和未染色土颗粒(12)至设计高度； 4.3)安放土压力盒(14)；在土压力盒(14)上安放模型试验桩(6)，并在桩侧回填一定厚度的未染色土颗粒(12)，使模型桩保持直立状态； 4.4)间隔布设混合染色土颗粒(11)和未染色土颗粒(12)至至设计桩基埋深。 8.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于：步骤7)中，土体材料的取样区域(22)包括桩周的圆柱形区域(2201)和桩底的圆台形区域(2202)；所述取样点(21)布设在以模型桩为中心的若干个同心圆的圆周上；沿半径向外方向上，相邻两个同心圆之间的间距逐渐增大；在同一圆周上，相邻两个取样点(21)与圆心的连线之间的夹角为30～60°。 9.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于：步骤8)中，采用注射器(24)和注射管(25)向取样点(21)位置处注射胶凝剂(23)，获得颗粒孔隙、排列方式保持原状的胶凝土颗粒样(26)；采用分割器(27)获得胶凝土颗粒样(26)的胶凝土颗粒样剖面(28)；在步骤11)中，将胶凝土颗粒样剖面(28)放于试样碟(29)中拍照观察分析原状样，获得桩周土颗粒优势排列方位信息。 10.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于：所述模型桩(6)的桩径为D；最大土颗粒粒径为d；埋设模型桩(6)时，模型桩(6)桩底距离试验箱体(2)箱底的距离为l，模型桩(6)侧壁距离试验箱体(2)侧壁的距离为L；其中，D＞10d，l≥10D，且L＞4D。
所属类别：	发明专利