斜直交替群桩-土-结构相互作用实验模型

摘要

本发明公开了一种斜直交替群桩-土-结构相互作用实验模型，属土工相似模拟实验技术领域，为解决斜直交替群桩-土-结构相互作用实验模型制作复杂的问题而设计。本发明由土箱、地基土、斜直交替群桩基础、承台和上部结构组成；所述的土箱为上方敞开的空心长方体，由钢板焊接而成；所述的地基土分为两层，上层为黏土，下层为砂土；所述的斜直交替群桩基础由两根垂直桩和两根倾斜桩组成，桩底标高相同；所述的承台为混凝土浇筑的长方体，其将垂直桩和倾斜桩联为整体；所述的上部结构由独柱墩和配重组成，独柱墩为圆柱体，上端植入两根竖向排列的螺纹杆，配重由不同重量的砝码组合而成。本发明结构简单、加工制作方便、工程实用性强。

说明书

技术领域

本发明属于土工相似模拟实验技术领域，具体涉及一种相似模拟实验模型，尤其涉及斜直交替群桩-土-结构相互作用实验模型。

背景技术

目前，斜直交替群桩被广泛应用于公路桥梁、港口码头、海上钻井平台、高填方路堤、高塔结构、超高层建筑、基坑支护、地基处理、大型输电线路杆塔以及机场、体育场馆、文体活动中心、展览馆等大跨度屋盖结构公共建筑基础中。虽然近年来国内外开展了一些桩-土-结构动力相互作用模型实验研究，且取得了较多的研究成果，但这些研究均是针对竖直单桩或竖直群桩进行的，相应的实验模型均为竖直单桩实验模型或竖直群桩实验模型，国内外还未见斜直交替群桩-土-结构相互作用实验模型的文献资料。

为了研究斜直交替群桩-土-结构相互作用体系的受力和变形特性，在国家自然科学基金项目（编号：41372288）的资助下，拟采用相似模拟实验方法开展相关研究，但由于斜直交替群桩-土-结构相互作用实验模型制作复杂，以致目前仍缺少相配套的相似模拟实验模型，因此，需要发明一种有效的斜直交替群桩-土-结构相互作用实验模型。

发明内容

本发明的目的是提供一种斜直交替群桩-土-结构相互作用实验模型，该实验模型不但可以真实的反映斜直交替群桩-土-结构体系的相互作用特性，而且结构简单、制作成本低廉、实用性强、技术经济可行。

本发明所采取的技术方案是：斜直交替群桩-土-结构相互作用实验模型，它由土箱、地基土、斜直交替群桩基础、承台和上部结构组成；所述的土箱为上方敞开的空心长方体，由钢板焊接而成；所述的地基土分为两层，上层为黏土，下层为砂土；所述的斜直交替群桩基础由两根垂直桩和两根倾斜桩组成，桩底标高相同；所述的承台为混凝土浇筑的长方体，其将垂直桩和倾斜桩联为整体；所述的上部结构由独柱墩和配重组成，独柱墩为圆柱体，上端植入两根竖向排列的螺纹杆，配重由不同重量的砝码组合而成。

本发明的施工使用方法是：斜直交替群桩-土-结构相互作用实验模型，首先，根据设计尺寸预制由斜直交替群桩基础中的两根垂直桩和两根倾斜桩、承台以及独柱墩所组成的整体结构，并在独柱墩的上端植入两根竖向排列的螺纹杆。然后，用钢板按照设计要求将土箱焊接起来，并往土箱里填地基土中的砂土，当填土高度达到桩底标高时，将预制的由斜直交替群桩基础中的两根垂直桩和两根倾斜桩、承台以及独柱墩所组成的整体结构按设计要求安放到地基土的上方，而后继续填砂土，当填土高度达到砂土的设计标高时，开始填黏土，直至填土高度达到设计要求的高度。实验模型制作完成后，根据实验所需的上部结构的荷载大小，选取配重所需要的不同重量的砝码，并将选取的砝码安放到独柱墩上端的螺纹杆上，加上垫片，拧紧螺母。最后，根据实验的要求，对斜直交替群桩-土-结构相互作用实验模型进行加载实验，并记录相关实验数据。

本发明的工作原理是：斜直交替群桩-土-结构相互作用实验模型，它是根据事先确定的相似比制作而成的缩尺实验模型，该实验模型的组成结构和受力情况均与实际工程一致，因此，可以真实的反映实际工程中斜直交替群桩-土-结构相互作用体系的受力和变形特性。

本发明的有益效果是：斜直交替群桩-土-结构相互作用实验模型结构简单、制作方便、造价低廉、工程实用性强，且能够全面准确的模拟实际工程情况，所得研究结果可以真实反映实际工程中斜直交替群桩-土-结构相互作用体系的力学状态，从而为实际工程的理论分析、工程设计和现场施工提供必要的数据支持和施工指导。

附图说明

图1为本发明斜直交替群桩-土-结构相互作用实验模型整体剖面示意图。

图2为本发明斜直交替群桩-土-结构相互作用实验模型承台示意图。

图3为本发明斜直交替群桩-土-结构相互作用实验模型上部结构示意图。

图例说明：1-土箱；2-地基土；3-斜直交替群桩基础；4-承台；5-上部结构；6-黏土；7-砂土；8-垂直桩；9-倾斜桩；10-独柱墩；11-螺纹杆；12-砝码；13-垫片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1～图3所示，本发明斜直交替群桩-土-结构相互作用实验模型，它由土箱1、地基土2、斜直交替群桩基础3、承台4和上部结构5组成；所述的土箱1为上方敞开的空心长方体，由钢板焊接而成；所述的地基土2分为两层，上层为黏土6，下层为砂土7；所述的斜直交替群桩基础3由两根垂直桩8和两根倾斜桩9组成，桩底标高相同；所述的承台4为混凝土浇筑的长方体，其将垂直桩8和倾斜桩9联为整体；所述的上部结构5由独柱墩10和配重组成，独柱墩10为圆柱体，上端植入两根竖向排列的螺纹杆11，配重由不同重量的砝码12组合而成。

使用时，首先，根据设计尺寸预制由斜直交替群桩基础3中的两根垂直桩8和两根倾斜桩9、承台4以及独柱墩10所组成的整体结构，并在独柱墩10的上端植入两根竖向排列的螺纹杆11。然后，用钢板按照设计要求将土箱1焊接起来，并往土箱1里填地基土2中的砂土7，当填土高度达到桩底标高时，将预制的由斜直交替群桩基础3中的两根垂直桩8和两根倾斜桩9、承台4以及独柱墩10所组成的整体结构按设计要求安放到地基土2的上方，而后继续填砂土7，当填土高度达到砂土7的设计标高时，开始填黏土6，直至填土高度达到设计要求的高度。实验模型制作完成后，根据实验所需的上部结构5的荷载大小，选取配重所需要的不同重量的砝码12，并将选取的砝码12安放到独柱墩10上端的螺纹杆11上，加上垫片13，拧紧螺母。最后，根据实验的要求，对斜直交替群桩-土-结构相互作用实验模型进行加载实验，并记录相关实验数据。