用于模拟土体三轴加卸荷对工程桩影响的试验装置

摘要

本发明涉及一种用于模拟土体三轴加卸荷对工程桩影响的试验装置，包括压力室上盖、压力室、多级模型桩、压力室底座、压力室托架、压力室拉杆、桩端约束弹簧、土样、围压加荷组件、竖向压力加荷组件、位移测量组件；所述的围压加荷组件包括乳胶膜、密封环、围压加卸荷阀门，所述的乳胶膜置于压力室内侧，上下两端通过密封环与压力室紧密连接，所述的围压加卸荷阀门设在压力室的侧壁上；所述的竖向压力加荷组件包括封闭竖向加荷压力囊、压力囊阀。与现有技术相比，本发明具有对土样进行三轴加卸荷，来测定土样的压缩变形与回弹变形对模型桩受力变形性状的影响等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种室内模型桩试验装置，尤其是涉及一种用于模拟土体三轴加 卸荷对工程桩影响的试验装置。

背景技术

深基坑开挖时，由于坑底卸荷导致土体回弹，坑底土体回弹对工程桩产生向 上的摩阻力，在适当的地层组合和钢筋笼长度下，容易在钢筋笼底部素混凝土桩身 段因产生上拔拉应力集中而将工程桩拉断，需进行深入的试验研究。

现有室内桩基模型试验装置加荷系统主要针对模型桩进行，对模型桩施加竖 向或水平向荷载，来测试模型桩的工作性状，这类试验中模型桩是直接承受荷载， 发生变形及位移并主动向土中传递应力，是属于主动桩范畴的室内模型试验装置。 但土体回弹对工程桩影响是由于桩周土体变形或运动而受到的影响，属于被动桩的 范畴，需要一种新型试验装置来研究土体的压缩和回弹对工程桩的影响。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于模拟土 体三轴加卸荷对工程桩影响的试验装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于模拟土体三轴加卸荷对工程桩影响的试验装置，其特征在于，包括压 力室上盖、压力室、多级模型桩、压力室底座、压力室托架、压力室拉杆、桩端约 束弹簧、土样、围压加荷组件、竖向压力加荷组件、位移测量组件，

所述的围压加荷组件包括乳胶膜、密封环、围压加卸荷阀门，所述的乳胶膜置 于压力室内侧，上下两端通过密封环与压力室紧密连接，所述的围压加卸荷阀门设 在压力室的侧壁上；

所述的竖向压力加荷组件包括封闭竖向加荷压力囊、压力囊阀，所述的封闭竖 向加荷压力囊设在压力室上盖与土样之间，所述的压力囊阀控制封闭竖向加荷压力 囊加卸荷；

所述的位移测量组件包括桩顶位移传感器、土样位移传感器，所述的土样位移 传感器设在压力室上盖上；

所述的土样填在压力室内；

所述的压力室托架与压力室底座连接，所述的压力室底座通过压力室拉杆与压 力室上盖固定连接，所述的多级模型桩上端设有上接桩，所述的多级模型桩下端设 有下接桩，所述的上接桩穿过压力室上盖上的套管与桩顶位移传感器连接，所述的 下接桩固定在压力室底座上，所述的下接桩通过讯号线与桩端约束弹簧一端连接， 所述的桩端约束弹簧另一端固定在压力室托架中的横梁上。

所述的多级模型桩包括由多个单节模型桩连接而成，所述的单节模型桩为铝合 金的拉力传感器，该拉力传感器一端设有外螺纹，另一端设有内螺纹。

所述的拉力传感器内侧贴有应变片。

所述的压力室外圈设有压力室加固圈。

所述的压力室底座中央设有透水石，该透水石外圈设有底端密封凹槽，所述的 透水石设有排水管，该排水管末端设有排水阀。

所述的压力室的外壁采用有机玻璃。

所述的密封环包括上密封环、下密封环，其中下密封环设在压力室底座的底端 密封凹槽内。

所述的下接桩通过定位销固定在压力室底座上。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)可在不同条件下完成对被动桩的试验分析，可发挥室内试验重复性好， 研究成本低的优势。

(2)采用大型的三轴压力室，可通过大型土样进行三轴加卸荷，完成对模型 桩应力应变的分析，减小了尺寸效应影响给试验带来的误差及不确定性。

(3)明底部有透水石，顶部也可添加透水石，在去除模型桩的情况下，可用 来完成针对大型土样的三轴固结排水试验，绘制土样的压缩-回弹-再压缩曲线， 丰富了岩土工程经典土力学室内试验手段。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的单节模型桩的结构示意图；

图3为本发明的压力室底座平面结构示意图；

图4为本发明的封闭竖向加荷压力囊的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1，一种用于模拟土体三轴加卸荷对工程桩影响的试验装置，包括压力室 上盖18、压力室19、多级模型桩6、压力室底座22、压力室托架25、压力室拉杆 4、桩端约束弹簧26、土样8、围压加荷组件、竖向压力加荷组件、位移测量组件，

所述的围压加荷组件包括乳胶膜7、密封环10、围压加卸荷阀门20，所述的 乳胶膜7置于压力室19内侧，上下两端通过密封环10与压力室19紧密连接，所 述的围压加卸荷阀门20设在压力室19的侧壁上；

所述的竖向压力加荷组件包括封闭竖向加荷压力囊3、压力囊阀2，所述的封 闭竖向加荷压力囊3设在压力室上盖18与土样8之间，所述的压力囊阀3控制封 闭竖向加荷压力囊3加卸荷；

所述的位移测量组件包括桩顶位移传感器15、土样位移传感器17，所述的土 样位移传感器17设在压力室上盖18上；所述的土样8填在压力室19内；

所述的压力室托架25与压力室底座22连接，所述的压力室底座22通过压力 室拉杆4与压力室上盖18固定连接，所述的多级模型桩6上端设有上接桩16，所 述的多级模型桩6下端设有下接桩24，所述的上接桩16穿过压力室上盖18上的 套管1与桩顶位移传感器15连接，所述的下接桩24通过定位销12固定在压力室 底座22上，所述的下接桩24通过讯号线13与桩端约束弹簧26一端连接，所述的 桩端约束弹簧26另一端固定在压力室托架25中的横梁14上。所述的压力室19 外圈设有压力室加固圈5。

如图2所示，所述的多级模型桩6包括由多个单节模型桩连接而成，所述的单 节模型桩为铝合金的拉力传感器，该拉力传感器一端设有外螺纹27，另一端设有 内螺纹28。所述的拉力传感器内侧贴有应变片9。

如图3所示，所述的压力室底座22中央设有透水石21，该透水石21外圈设 有底端密封凹槽29，所述的透水石21设有排水管，该排水管末端设有排水阀11。

所述的压力室19的外壁采用有机玻璃。

所述的密封环10包括上密封环、下密封环，其中下密封环设在压力室底座的 底端密封凹槽29内。

首先加工一个上盖和底座可以拆卸的能容纳土样与模型桩的压力室，压力容器 的尺寸可以根据土样的性质及模型桩的尺寸加以调整，因围压较大且需限制土样的 侧向变形，压力室刚度和耐侧向变形能力需较大。土层应力环境通过上覆土压力和 围压加载来进行模拟。模型桩预埋在试验土样中，先对土样进行竖向与侧向加荷， 同时通过模型桩应变片量测桩身应力应变，通过位移传感器量测土样及桩身位移变 化，最终完成土样压缩变形对模型桩的影响分析；再对土样进行竖向荷载卸荷，通 过应变及位移传感器获得桩身应力应变和桩土相对位移变化情况，即可实现土样卸 荷回弹对工程桩影响形状的分析。伴随竖向压力的加卸荷，当不施加围压荷载时， 可实现K0固结条件下实验分析，当施加不同围压时，可完成不同围压三轴加卸荷 条件下的试验分析过程。

(1)安装调试：先将压力室托架25、压力室底座22连接好，将圆柱形乳胶 膜7置于压力室19内侧，利用密封环10将乳胶膜7与压力室19紧密连接并放于 底端密封凹槽29内，润湿透水石21并放于底部。通过定位销12预先将多级模型 桩6安装就位，然后向压力室19内填装土样8至预定高度后，将套管1套于上接 桩身上，在安装封闭竖向加荷压力囊3就绪后，通过压力室拉杆4将压力室上盖 18与压力室底座22相连接，最后将桩顶位移传感器15及土样位移传感器17等量 测装置安装就位。

(2)展开试验：待装置安装调试完成后，即可进行试验。首先参照土工固结 试验程序对土样进行预压固结，再通过空气压缩机经由围压加卸荷阀门20将围压 加至指定值，然后再通过压力囊阀2逐步对土样施加竖向荷载，同步监测土样压缩 变形对模型桩应力应变产生的影响，土样压缩变形完成后，再逐步卸荷，使土样产 生回弹变形，并量测土样回弹对模型桩参数的影响。