CN105547732A - 桩前大开挖条件下群桩推桩模型试验装置及其试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及滑坡、松散岩土体的加固和桩的受力分析试验装置和方法，具体为桩前大开挖条件下群桩推桩模型试验装置及其试验方法，模型的前后端分别安装有前反力装置和后反力装置，两侧为侧板；模型包括模型桩，模型桩与后反力装置之间通过千斤顶连接，模型前端由坡角盖板，模型的斜坡上有前缘盖板；坡角盖板通过合页与前缘盖板铰接，模型桩桩身、模型前缘和斜坡上安装应变片和百分表，模型由多层的层状土组成，每层层状土的中间及相邻层状土的分层处安装有振弦式应变计。该装置结构简单，操作方便，可记录桩后不同推力作用下模型桩桩身、桩前岩体重要部位以及岩体内部受到的应变，测量桩身悬臂段的水平位移和桩前岩体重要部位的水平位移与***位移。
Description
技术领域
本发明涉及滑坡、松散岩土体的加固和桩的受力分析试验装置和方法，具体为桩前大开挖条件下群桩推桩模型试验装置及其试验方法。
背景技术
目前，对于需要进行桩前大开挖的工况出现在一些工程中，桩前大开挖时必然导致开挖之后土体应力重分部，在此工况下抗滑桩的抗滑效果以及在抗滑桩桩前岩体和抗滑桩本身在不同受力情况下的受力特点需要进一步研究，由于现场进行试验受到限制，故在室内进行模型试验能成功解决上述问题，且能较好地揭示抗滑桩在桩前岩体开挖情况下抗滑桩的抗滑机理。
发明内容
针对上述技术问题，本发明目的在于提供一种桩前大开挖条件下层状嵌固端岩体中群桩推桩模型试验装置及试验方法。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
桩前大开挖条件下群桩推桩模型试验装置，包括模型和模型底板，模型放置在模型底板上，模型的前端和后端分别安装有前反力装置和后反力装置，模型的两侧为侧板；所述的模型包括模型桩，模型桩朝向模型后端的一侧有钢板，钢板与后反力装置之间通过千斤顶连接，所述的千斤顶通过支架固定；
所述的侧板内壁贴有量尺，侧板外壁有斜撑；斜撑底边有腰形孔，通过螺丝安装在模型底板上；
模型前端由坡角盖板，模型的斜坡上有前缘盖板；所述的坡角盖板通过合页与前缘盖板铰接，前缘盖板与前反力装置之间有支撑杆；
模型桩桩身、模型前缘和斜坡上安装应变片和百分表，应变片与静态应变测试仪连接，静态应变测试仪与电脑分析***连接；百分表安装在固定支架上，固定支架底部与吸铁石，吸铁石固定在模型底板上；
模型由多层的层状土组成，每层层状土的中间及相邻层状土的分层处安装有振弦式应变计，振弦式应变计与读数装置连接，相邻层状土之间还铺设有一层滑石粉层。
桩前大开挖条件下群桩推桩模型试验装置，试验方法包括以下步骤：
(1)确定模型试验的相似比；
(2)模拟各层岩土体，采用浇筑成型的混凝土桩做模型桩；
(3)在模型桩埋入段布置应变片，位置根据各层状土土层高度来确定；
(4)完成前反力装置、后反力装置、模型底板、侧板和斜撑的安装；
(5)侧板内壁贴上量尺，精度1mm；
(6)将层状土土体逐层均匀地置入模型中，每层层状土中间和相邻层状土之间分别等间距放置振弦式应变计并留置连接线，相邻层状土之间撒上一层均匀很薄的滑石粉层；当达到模型桩底部高度时，放入模型桩并固定后继续置入土，当前端达到斜坡底端位置时，铺设好坡角盖板和前缘盖板，通过合页调节坡度后继续置入层状土，待前缘盖板稳固后，在模型前段的前反力装置与前缘盖板之间加两道带可调撑托的支撑杆并调节稳固；
(7)继续置入层状土，置入达到指定高度停止；
(8)待模型达到强度后，依次拆除斜撑、侧板、支撑、前缘盖板、坡角盖板；
(9)安装钢板、支架、千斤顶、应变片和百分表；
(10)用千斤顶同时并逐级施加荷载，当千斤顶抵紧两端时撤出支架；当百分表指针稳定后读取示数，并分析应变数据；
(11)由振弦式应变计的读数装置中读取应变计实际测量值，并计算岩体内部的应变：根据下式计算：
εm＝k△F+b△T＝k(F-F0)+(b-α)(T-T0)
式中：εm—被测结构物的应变量，单位为10-6；
k—应变计的测量灵敏度，单位为10-6/F；
△F—应变计实时测量值相对于基准值的变化量，单位为F；
△T—温度实时测量值相对于基准值的变化量，单位为℃；
F—应变计的实时测量值，单位为F；
F0—应变计的测量基准值，单位为F；
b—应变计的温度修正系数，单位为10-6/℃；
α—被测结构物的线膨胀系数，单位为10-6/℃；
T—温度的实时测量值，单位为℃；
T0—温度的测量基准值，单位为℃；
频率模数F＝Hz2×10-3。
当涉及到模拟顺层、逆层基岩时，桩前大开挖条件下群桩推桩模型试验装置的侧板分割成分解侧板，前反力装置和后反力装置分别安装有卡槽，将分解侧板两端***卡槽内。
模拟顺层、逆层基岩时，试验方法包括以下步骤：
(1)确定模型试验的相似比；
(2)模拟各层岩土体，采用浇筑成型的混凝土桩做模型桩；
(3)在模型桩埋入段布置应变片，位置根据各层状土土层高度来确定；
(4)完成前反力装置、后反力装置、模型底板安装；
(5)侧板内壁贴上量尺，精度1mm；
(6)逐块安装分解侧板，并逐层放入层状土，每层层状土中间和相邻层状土之间分别等间距放置振弦式应变计并留置连接线，相邻层状土之间撒上一层均匀很薄的滑石粉层；当达到模型桩底部高度时，放入模型桩并固定后继续置入土，当前端达到斜坡底端位置时，铺设好坡角盖板和前缘盖板，通过合页调节坡度后用临时支撑放在前缘盖板与后反力装置之间；分解侧板用支撑二固定；继续放入层状土，当前缘盖板基本稳定后将临时支撑拆除，加入支撑杆；
(7)继续置入层状土，置入达到指定高度停止；
(8)待模型达到强度后，依次拆除支撑二、分解侧板、支撑、前缘盖板、坡角盖板；
(9)安装钢板、支架、千斤顶、应变片和百分表；
(10)用千斤顶同时并逐级施加荷载，当千斤顶抵紧两端时撤出支架；当百分表指针稳定后读取示数，并分析应变数据；
(11)由振弦式应变计的读数装置中读取应变计实际测量值，并计算岩体内部的应变：根据下式计算：
εm＝k△F+b△T＝k(F-F0)+(b-α)(T-T0)
式中：εm—被测结构物的应变量，单位为10-6；
k—应变计的测量灵敏度，单位为10-6/F；
△F—应变计实时测量值相对于基准值的变化量，单位为F；
△T—温度实时测量值相对于基准值的变化量，单位为℃；
F—应变计的实时测量值，单位为F；
F0—应变计的测量基准值，单位为F；
b—应变计的温度修正系数，单位为10-6/℃；
α—被测结构物的线膨胀系数，单位为10-6/℃；
T—温度的实时测量值，单位为℃；
T0—温度的测量基准值，单位为℃。
注：频率模数F＝Hz2×10-3。
当千斤顶施加荷载后，可以从百分表读出模型桩桩身水平位移、桩前岩体***位移以及斜坡上的位移。桩身和桩前岩体的应变的数据传输至静态应变测试仪中，在传入电脑分析***中经过软件分析，可以测得在一定推力下模型桩、桩前岩体重要部位的应变。同时可以由振弦式应变计读数装置中得到应变计实际测量值，经公式转化得到岩体内部的应变。
本发明提供的桩前大开挖条件下群桩推桩模型试验装置及其试验方法，装置结构简单，操作方便，可记录桩后不同推力作用下模型桩桩身、桩前岩体重要部位以及岩体内部受到的应变，还可测量桩身悬臂段的水平位移和桩前岩体重要部位的水平位移与***位移，适用于多种工况下抗滑桩的稳定性分析。
附图说明
图1是本发明的侧视结构示意图；
图2是本发明的俯视结构示意图；
图3是本发明的百分表、固定支架以及斜撑结构示意图；
图4是本发明支撑杆结构示意图；
图5是实施例模拟顺层基岩时分解侧板结构示意图；
图6是实施例模拟逆层基岩时分解侧板结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步的描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
如图1、图2、图3和图4所示，桩前大开挖条件下群桩推桩模型试验装置，包括模型和模型底板11，模型放置在模型底板11上，模型的前端和后端分别安装有前反力装置40和后反力装置1，模型的两侧为侧板13；所述的模型包括模型桩4，模型桩4朝向模型后端的一侧有钢板3，钢板3与后反力装置1之间通过千斤顶2连接，所述的千斤顶2通过支架17固定；
所述的侧板13内壁贴有量尺22，侧板13外壁有斜撑18；斜撑18底边有腰形孔，通过螺丝安装在模型底板11上；
模型前端由坡角盖板10，模型的斜坡上有前缘盖板8；所述的坡角盖板10通过合页9与前缘盖板8铰接，前缘盖板8与前反力装置40之间有支撑杆27；
模型桩4桩身、模型前缘和斜坡上安装应变片5和百分表6，应变片5与静态应变测试仪15连接，静态应变测试仪15与电脑分析***16连接；百分表6安装在固定支架7上，固定支架7底部有吸铁石25，吸铁石25可固定在模型底板11上；
模型由多层的层状土12组成，每层层状土12的中间及相邻层状土12的分层处安装有振弦式应变计23，振弦式应变计23与读数装置24连接，相邻层状土12之间还铺设有一层滑石粉层21。
桩前大开挖条件下群桩推桩模型试验装置，试验方法包括以下步骤：
(1)确定模型试验的相似比；
(2)模拟各层岩土体，采用浇筑成型的混凝土桩做模型桩4；
(3)在模型桩4埋入段布置应变片5，位置根据各层状土12土层高度来确定；
(4)完成前反力装置40、后反力装置1、模型底板11、侧板13和斜撑18的安装；
(5)侧板13内壁贴上量尺22，精度1mm；
(6)将层状土12土体逐层均匀地置入模型中，每层层状土12中间和相邻层状土12之间分别等间距放置振弦式应变计23并留置连接线，相邻层状土12之间撒上一层均匀很薄的滑石粉层21；当达到模型桩4底部高度时，放入模型桩4并固定后继续置入土，当前端达到斜坡底端位置时，铺设好坡角盖板10和前缘盖板8，通过合页9调节坡度后继续置入层状土12，待前缘盖板8稳固后，在模型前段的前反力装置40与前缘盖板8之间加两道带可调撑托的支撑杆27并调节稳固；
(7)继续置入层状土12，置入达到指定高度停止；
(8)待模型达到强度后，依次拆除斜撑18、侧板13、支撑27、前缘盖板8、坡角盖板10；
(9)安装钢板3、支架17、千斤顶2、应变片5和百分表6；
(10)用千斤顶2同时并逐级施加荷载，当千斤顶2抵紧两端时撤出支架17；当百分表6指针稳定后读取示数，并分析应变数据；
(11)由振弦式应变计23的读数装置24中读取应变计实际测量值，并计算岩体内部的应变：根据下式计算：
εm＝k△F+b△T＝k(F-F0)+(b-α)(T-T0)
式中：εm—被测结构物的应变量，单位为10-6；
k—应变计的测量灵敏度，单位为10-6/F；
△F—应变计实时测量值相对于基准值的变化量，单位为F；
△T—温度实时测量值相对于基准值的变化量，单位为℃；
F—应变计的实时测量值，单位为F；
F0—应变计的测量基准值，单位为F；
b—应变计的温度修正系数，单位为10-6/℃；
α—被测结构物的线膨胀系数，单位为10-6/℃；
T—温度的实时测量值，单位为℃；
T0—温度的测量基准值，单位为℃；
频率模数F＝Hz2×10-3。
实施例2
模拟顺层或者逆层基岩。
如图4、图5和图6所示，将侧板13分解成分解侧板130，分解时注意顺层和逆层与水平面的角度，并按此角度加工，分解时中间侧板131，一端与坡脚盖板10齐平。前反力装置40和后反力装置1分别安装有卡槽32，将分解分解侧板130两端***卡槽32内。
试验方法包括以下步骤：
(1)确定模型试验的相似比；
(2)模拟各层岩土体，采用浇筑成型的混凝土桩做模型桩4；
(3)在模型桩4埋入段布置应变片5，位置根据各层状土12土层高度来确定；
(4)完成前反力装置40、后反力装置1、模型底板11安装；
(5)侧板13内壁贴上量尺22，精度1mm；
(6)将分解侧板130中最下端的一块板***卡槽32中，将四周涂上水性涂膜剂或者黄油，然后置入第一层层状土12土体，并使第一层层状土12土体上端与最下端的一块板上端齐平，并撒上一层很薄均匀的滑石粉，当置土达到一半和第一层完时分别等间距放入振弦式应变计23并留置振弦式应变计的连接线，继续加入第二块侧板，放入第二层层状土12；当达到指定位置时，放入模型桩4，当完成至中间侧板131时，放置坡脚盖板10和前缘盖板8，并通过合页9调节坡度至指定位置，用临时支撑34支撑在前缘盖板8与后反力装置1之间；再继续放置分解侧板130，其一端与前缘盖板8接触，另一端***卡槽32中，同时将分解侧板130通过支撑二33固定，继续置入层状土12，当前缘盖板8基本稳定后将临时支撑34拆除，加入支撑杆27，继续置入层状土12，直到模型制作完成；
(7)继续置入层状土12，置入达到指定高度停止；
(8)待模型达到强度后，依次拆除支撑二33、分解侧板13、支撑27、前缘盖板8、坡角盖板10；
(9)安装钢板3、支架17、千斤顶2、应变片5和百分表6；
(10)用千斤顶2同时并逐级施加荷载，当千斤顶2抵紧两端时撤出支架17；当百分表6指针稳定后读取示数，并分析应变数据；
(11)由振弦式应变计23的读数装置24中读取应变计实际测量值，并计算岩体内部的应变：根据下式计算：
εm＝k△F+b△T＝k(F-F0)+(b-α)(T-T0)
式中：εm—被测结构物的应变量，单位为10-6；
k—应变计的测量灵敏度，单位为10-6/F；
△F—应变计实时测量值相对于基准值的变化量，单位为F；
△T—温度实时测量值相对于基准值的变化量，单位为℃；
F—应变计的实时测量值，单位为F；
F0—应变计的测量基准值，单位为F；
b—应变计的温度修正系数，单位为10-6/℃；
α—被测结构物的线膨胀系数，单位为10-6/℃；
T—温度的实时测量值，单位为℃；
T0—温度的测量基准值，单位为℃。
注：频率模数F＝Hz2×10-3。
Claims (4)
1.桩前大开挖条件下群桩推桩模型试验装置，其特征在于：包括模型和模型底板(11)，模型放置在模型底板(11)上，模型的前端和后端分别安装有前反力装置(40)和后反力装置(1)，模型的两侧为侧板(13)；所述的模型包括模型桩(4)，模型桩(4)朝向模型后端的一侧有钢板(3)，钢板(3)与后反力装置(1)之间通过千斤顶(2)连接，所述的千斤顶(2)通过支架(17)固定；
所述的侧板(13)内壁贴有量尺(22)，侧板(13)外壁有斜撑(18)；斜撑(18)底边有腰形孔，通过螺丝安装在模型底板(11)上；
模型前端有坡角盖板(10)，模型的斜坡上有前缘盖板(8)；所述的坡角盖板(10)通过合页(9)与前缘盖板(8)铰接，前缘盖板(8)与前反力装置(40)之间有支撑杆(27)；
模型桩(4)桩身、模型前缘和斜坡上安装应变片(5)和百分表(6)，应变片(5)与静态应变测试仪(15)连接，静态应变测试仪15与电脑分析***(16)连接；百分表(6)安装在固定支架(7)上，固定支架(7)底部有吸铁石(25)，吸铁石(25)可固定在模型底板(11)上；
模型由多层的层状土(12)组成，每层层状土(12)的中间及相邻层状土(12)的分层处安装有振弦式应变计(23)，振弦式应变计(23)与读数装置(24)连接，相邻层状土(12)之间还铺设有一层滑石粉层(21)。
2.根据权利要求1所述的桩前大开挖条件下群桩推桩模型试验装置，其特征在于：所述的侧板(3)分割成分解侧板(130)，前反力装置(40)和后反力装置(1)分别安装有卡槽(32)，将分解分解侧板(130)两端***卡槽(32)内。
3.根据权利要求1所述的桩前大开挖条件下群桩推桩模型试验装置，其特征在于，试验方法包括以下步骤：
(1)确定模型试验的相似比；
(2)模拟各层岩土体，采用浇筑成型的混凝土桩做模型桩(4)；
(3)在模型桩(4)埋入段布置应变片(5)，位置根据各层状土(12)土层高度来确定；
(4)完成前反力装置(40)、后反力装置(1)、模型底板(11)、侧板(13)和斜撑(18)的安装；
(5)侧板(13)内壁贴上量尺(22)，精度1mm；
(6)将层状土(12)土体逐层均匀地置入模型中，每层层状土(12)中间和相邻层状土(12)之间分别等间距放置振弦式应变计(23)并留置连接线，相邻层状土(12)之间撒上一层均匀很薄的滑石粉层(21)；当达到模型桩(4)底部高度时，放入模型桩(4)并固定后继续置入土，当前端达到斜坡底端位置时，铺设好坡角盖板(10)和前缘盖板(8)，通过合页(9)调节坡度后继续置入层状土(12)，待前缘盖板(8)稳固后，在模型前段的前反力装置(40)与前缘盖板(8)之间加两道带可调撑托的支撑杆(27)并调节稳固；
(7)继续置入层状土(12)，置入达到指定高度停止；
(8)待模型达到强度后，依次拆除斜撑(18)、侧板(13)、支撑(27)、前缘盖板(8)、坡角盖板(10)；
(9)安装钢板(3)、支架(17)、千斤顶(2)、应变片(5)和百分表(6)；
(10)用千斤顶(2)同时并逐级施加荷载，当千斤顶(2)抵紧两端时撤出支架(17)；当百分表(6)指针稳定后读取示数，并分析应变数据；
(11)由振弦式应变计(23)的读数装置(24)中读取应变计实际测量值，并计算岩体内部的应变：根据下式计算：
εm＝k△F+b△T＝k(F-F0)+(b-α)(T-T0)
式中：εm—被测结构物的应变量，单位为10-6；
k—应变计的测量灵敏度，单位为10-6/F；
△F—应变计实时测量值相对于基准值的变化量，单位为F；
△T—温度实时测量值相对于基准值的变化量，单位为℃；
F—应变计的实时测量值，单位为F；
F0—应变计的测量基准值，单位为F；
b—应变计的温度修正系数，单位为10-6/℃；
α—被测结构物的线膨胀系数，单位为10-6/℃；
T—温度的实时测量值，单位为℃；
T0—温度的测量基准值，单位为℃；
频率模数F＝Hz2×10-3。
4.根据权利要求2所述的桩前大开挖条件下群桩推桩模型试验装置，其特征在于，用于模拟顺层、逆层基岩时，试验方法包括以下步骤：
(1)确定模型试验的相似比；
(2)模拟各层岩土体，采用浇筑成型的混凝土桩做模型桩(4)；
(3)在模型桩(4)埋入段布置应变片(5)，位置根据各层状土(12)土层高度来确定；
(4)完成前反力装置(40)、后反力装置(1)、模型底板(11)安装；
(5)侧板(13)内壁贴上量尺(22)，精度1mm；
(6)逐块安装分解侧板(13)，并逐层放入层状土(12)，每层层状土(12)中间和相邻层状土(12)之间分别等间距放置振弦式应变计(23)并留置连接线，相邻层状土(12)之间撒上一层均匀很薄的滑石粉层(21)；当达到模型桩(4)底部高度时，放入模型桩(4)并固定后继续置入土，当前端达到斜坡底端位置时，铺设好坡角盖板(10)和前缘盖板(8)，通过合页(9)调节坡度后用临时支撑(34)支撑在前缘盖板(8)与后反力装置(1)之间；分解侧板(13)用支撑二(33)固定；继续放入层状土(12)，当前缘盖板(8)基本稳定后将临时支撑(34)拆除，加入支撑杆(27)；
(7)继续置入层状土(12)，置入达到指定高度停止；
(8)待模型达到强度后，依次拆除支撑二(33)、分解侧板(13)、支撑(27)、前缘盖板(8)、坡角盖板(10)；
(9)安装钢板(3)、支架(17)、千斤顶(2)、应变片(5)和百分表(6)；
(10)用千斤顶(2)同时并逐级施加荷载，当千斤顶(2)抵紧两端时撤出支架(17)；当百分表(6)指针稳定后读取示数，并分析应变数据；
(11)由振弦式应变计(23)的读数装置(24)中读取应变计实际测量值，并计算岩体内部的应变：根据下式计算：
εm＝k△F+b△T＝k(F-F0)+(b-α)(T-T0)
式中：εm—被测结构物的应变量，单位为10-6；
k—应变计的测量灵敏度，单位为10-6/F；
△F—应变计实时测量值相对于基准值的变化量，单位为F；
△T—温度实时测量值相对于基准值的变化量，单位为℃；
F—应变计的实时测量值，单位为F；
F0—应变计的测量基准值，单位为F；
b—应变计的温度修正系数，单位为10-6/℃；
α—被测结构物的线膨胀系数，单位为10-6/℃；
T—温度的实时测量值，单位为℃；
T0—温度的测量基准值，单位为℃；
注：频率模数F＝Hz2×10-3。
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