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原文传递一种模型桩计算宽度可视化试验装置及方法

专利名称：	一种模型桩计算宽度可视化试验装置及方法
摘要：	本发明提供一种模型桩计算宽度可视化试验装置及方法。该装置主要由模型箱、模型土、模型桩、高速粒子摄像机、螺栓、扣件、钢杆和位移标点构成，所述模型箱由钢结构和亚克力组成的透明箱体，所述模型土与原型土有相似的物理力学指标，并和模型桩布设于模型箱中，所述位移标点按一定角度布设于模型土表面，所述螺栓和扣件配合所述钢杆组成迷你脚手架用于架设检测设备，高速粒子摄像机架设于模型土体正上方，与现有试验装置和试验方法相比，本发明搭接方便灵活，能依据相似原理定量化分析土体应力扩散，计算得到桩身计算宽度，可广泛应用于不同场地坡度、土性或桩身几何尺寸下的桩土相互作用研究。
专利类型：	发明专利
申请人：	四川大学
发明人：	康舜;刘长武;袁勋
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T09:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T15:00:00+0805
申请号：	CN202010022262.3
公开号：	CN111155570A
分类号：	E02D33/00;E;E02;E02D;E02D33;E02D33/00
申请人地址：	610065 四川省成都市武侯区一环路南一段24号
主权项：	1.一种模型桩计算宽度的可视化试验装置，其特征在于:包括模型箱（1）、高速粒子摄像机（2）、加载装置（3）、模型土（4）、模型桩（5）、位移标点（6）、钢杆（7）、扣件（8）、和螺栓（9）；所述模型箱（1）为立方体结构，其对应两侧长边面上的顶部各焊接有钢杆固定槽（1-a），一个侧短边面垂直方向焊接有两个卡槽（1-b）；所述模型土（4）参考原型土依据相似原理配置，并填充在模型箱（1）内；所述模型桩（5）嵌固在模型土内，可根据试验要求改变其截面形状及尺寸；所述位移标点（6）按一定角度分排布设在所述模型土（4）表面；所述螺栓（9）包括带螺纹的螺母（9-a）和带孔洞的螺杆（9-b）；所述扣件（8）带两个直径分别与所述钢杆（7）和所述螺栓（9）直径对应的孔洞；所述钢杆（7）能穿过所述扣件（8）和所述螺杆（9-b）配合钢杆固定槽（1-a）形成迷你脚手架；所述高速粒子摄像机（2）经迷你脚手架搭设在所述模型土（4）正上方。 2.根据权利要求1所述的一种模型桩计算宽度的可视化试验装置及方法，其特征在于：所述模型箱（1）的骨架是由钢架焊接而成，底部和一侧短边面各焊接一块钢板，另一侧短边面沿竖直方向焊接有两个卡槽（1-b），卡槽（1-b）内可嵌固多块透明亚克力，长边两侧面均由透明亚克力拼接，并用防水胶进行密封，模型箱顶端开口。 3.根据权利要求1所述的一种模型桩计算宽度的可视化试验装置及方法，其特征在于：所述的模型土（1）为根据试验要求，按照相似原理配置的与原型土有相似物理力学指标的粘性土或无粘性土。 4.根据权利要求1所述的一种模型桩计算宽度的可视化试验装置及方法，其特征在于：所述高速粒子摄像机（2）为粒子图像测速系统的一部分，还包括配套的便携式计算机；可以在桩土相互作用过程中跟踪所述位移标点（6）的位移，进而取得对应土体的位移量。 5.根据权利要求1所述的一种模型桩计算宽度的可视化试验装置及方法，其特征在于：所述位移标点（6）带有不同灰度并且可插入所述模型土（4）中，根据试验要求按一定的扩散角度对称布置在所述模型土（4）表面，可布置多排，并会随着土体的位移而移动。 6.根据权利要求1所述的一种模型桩计算宽度的可视化试验装置及方法，其特征在于：所述扣件（8）分别可由所述钢杆（7）和所述螺杆（9-b）穿过，所述螺杆（9-b）又可再由一根所述钢杆（7）穿过，拧紧所述螺母（9-a）以此形成迷你脚手架的一个关节，可以任意调整迷你脚手架搭接方向。 7.一种模型桩计算宽度的可视化试验装置及方法，其特征在于具体步骤如下：（1）准备试验材料和器材根据相似原理计算所配置的与原状土和原型桩有相似物理力学指标的模型土（4）和模型桩（5），根据边界效应计算所确定尺寸的模型箱（1），由钢杆（7）、扣件（8）和螺栓（9）搭接而成的迷你脚手架、高速粒子摄像机（2）、加载装置（3）和一台电脑；（2）建造模型桩边坡模型将配制好的模型土分层填入模型箱（1）中，夯实填土直至模型箱（1）内填土达到满足边界效应的设计高度，再将模型桩（5）的一端埋入模型土（4）中至预定位置，整平土体；继续分层填入模型土（4），并且每层均整平压实，根据试验要求填筑出不同坡度，直至达到预定桩身出露长度；（3）固定调整监测设备在模型桩周围已整平的坡体表面按确定的扩散角度多排布置不同灰度的位移标点（6）；搭接钢杆（7）、扣件（8）和螺栓（9）形成迷你脚手架；通过迷你脚手架将高速粒子摄像机（2）安装在模型土（4）正上方，调整镜头角度及相机参数使能拍摄到所有位移标点（6）的清晰的图像；将加载装置（3）安装在模型箱钢板侧面和模型桩（5）之间；（4）开始试验打开高速粒子摄像机（2）和电脑，并设定电脑中的拍摄频率和时间参数，等待试验加载；通过加载装置（3）对模型桩（5）施以分阶段的维持性水平荷载，用高速粒子摄像机（2）记录各加载阶段位移标点（6）的位移和模型土的破坏过程，直至模型土（4）或模型桩（5）完全破坏；（5）试验结果分析试验加载结束后，通过图像后处理软件PIVprogress对高速粒子摄像机（2）所采集的照片进行分析，跟踪各个位移标点（6）取得对应的位移，绘制标点位置-位移分布曲线，通过分阶段插值积分获取模型桩等效计算宽度；（6）重复步骤（1）-（5），以研究不同场地坡度，不同土性，不同基础截面形状和尺寸土体的变形破坏过程，定量化分析模型桩（5）周围土体应力扩散效果，绘制土体位移分布曲线，积分得到等效计算宽度。
所属类别：	发明专利