CN210071552U - 桩与锚杆三轴围压试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了桩与锚杆三轴围压试验装置,包括支撑平台,所述支撑平台的上方设置有动载监测装置,所述支撑平台的上表面设置有围压模拟室,所述围压模拟室的内部设置有土体,所述土体中插接有试验件。本实用新型的有益效果是,载荷施力的方式相比现有的桩三轴实验更加符合实际工况。通过在支撑横梁的下底面设置动力加载装置,该装置可以提供震动载荷,以模拟实际桩受到车辆的振动荷载和重复荷载时,所引起桩的附加位移及累计变形量,同时能够对锚杆进行动态拉拔,解决以往锚杆拉拔试验装置,仅能对锚杆施加线性拉力或者冲击荷载的问题,使得实验数据更具说服力。
Description
技术领域
本实用新型涉及岩土加固工程领域,具体涉及桩与锚杆三轴围压试验装置。
背景技术
桩作为增加地基承载力的结构,广泛应用于地下路基工程、地基工程、桥梁工程等。随着桩的适用范围不断扩大,应用于各工程领域,振动荷载与重复荷载对桩承载力的影响也被提出来,当桩应用于路基工程中,在受到车辆的振动荷载和重复荷载时,将会引起桩的附加位移及累计变形。因此在计算桩承载力大小时仅仅考虑在初始状态下静力荷载下桩的承载力和位移是不合理的,不能满足实际需求的,研究动态荷载作用下,对桩的承载力及位移研究都是极其有意义的。不同土质,不同埋置深度桩身受到的围压是不同的,承载力也不同,因此采用不同围压条件下的桩承载力研究是有着重要实际工程意义的。
锚杆支护作为一种经济有效的加固方式,被广泛应用于地下工程、边坡工程、结构抗浮工程和深基坑工程。锚杆能成功锚固于地层取决于底层抵抗锚杆被拔出的抗力,其抗力不仅和土体种类有关,还与土体所处于的应力状态有关。因此不同围压状态下的锚杆抗拔试验时十分有必要的。
无论是研究不同应力状态下桩的承载力大小、锚杆的锚固性能还是动态响应,原位测试和模型试验都是最直接、最有效的手段。但是,原位测试往往受到环境条件的限制和各种不稳定因素的影响,难以开展,室内模型试验与原位测试相比实验的可控性较强,受外界干扰小,有利于发现规律。对于动态荷载作用下桩在不同应力状态下土体中桩的承载力性能和动力响应的模型试验及锚杆在不同应力状态土体中锚杆锚固性能和动力响应的模型试验非常有限,既有的试验装置不能很好模拟实际情况,且没有适合围压测试的试验装置,因此本实用新型的提出是极其有意义的。
实用新型内容
本发明的目的是为了解决针对现有试验仪器无法完全模拟桩或锚杆在实际工程中受到周围土体围压,进而影响承载力或抗拔力的问题,提供了一种桩与锚杆三轴围压试验装置。
实现上述目的本实用新型的技术方案为,桩与锚杆三轴围压试验装置,包括支撑平台,所述支撑平台的上方设置有动载监测装置,所述支撑平台的上表面设置有围压模拟室,所述围压模拟室的内部设置有土体,所述土体中插接有试验件;
所述支撑平台包括:底座、均布于底座上表面外圈的多个支撑立柱;
所述动载监测装置包括:设置于所述底座上方且与多个所述支撑立柱连接的支撑横梁、固定于支撑横梁下底面中心位置的动力加载装置、与动力加载装置连接且位于其下方的压力传感器、设置于压力传感器尾端的环扣、固定于支撑横梁下底面且位于动力加载装置一侧的位移传感器;
所述围压模拟室包括:压力室、设置于压力室顶部的压力室顶盖,开设于所述压力室顶盖上的围压腔注水口;
所述土体包括:土样、包裹在土样外层的橡胶膜、设置于土样下底面的试样底盘;
具体的,所述试验件插接于所述土样的中心位置,且与所述动力加载装置直接或间接接触。
具体的,支撑横梁与多个所述支撑立柱通过螺母连接。
具体的,所述压力室的内部为围压腔,所述围压腔注水口开设于所述压力室顶盖上且与所述围压腔对应的位置。
进一步的,所述压力室顶盖的上方设置有固定横梁,所述固定横梁固定于所述支撑横梁之间,所述压力室顶盖与固定横梁之间固定有试样盖固定杆。
进一步的,所述压力室顶盖与所述土样直接接触。
其中一种实施例为,所述试验件为桩,所述桩位于所述土样内部,且其上方设置有传力杆,所述传力杆的顶端与所述压力传感器接触,且所述传力杆的底端与所述桩接触。
具体的,所述传力杆的一端且与所述压力传感器靠近的位置固定有铁片,所述铁片与所述位移传感器的末端接触,且在实验过程中始终保持与所述位移传感器接触,所述传力杆与所述压力传感器接触但不连接。
另一种实施例为,所述试验件为锚杆,所述锚杆的下端位于所述土样内部,且其上端穿过所述压力室顶盖与所述压力传感器接触,所述锚杆的顶部通过所述环扣与所述压力传感器连接。
具体的,所述围压反压装置包括:控压底座、设置于控压底座上的滑道、设置于滑道上的电动机和滑动杆、设置于滑动杆末端且与其连接的控压腔、开设于控压腔一端的控压入水口和控压出水口。
具体的,所述底座的外侧面开设有连通所述围压模拟室围压腔的围压控制器接孔、孔压传感器接孔、压力孔和围压腔排水孔。
其有益效果在于,1.载荷施力的方式相比现有的桩三轴实验更加符合实际工况。通过在支撑横梁的下底面设置动力加载装置,该装置可以提供震动载荷,以模拟实际桩受到车辆的振动荷载和重复荷载时,所引起桩的附加位移及累计变形量,同时能够对锚杆进行动态拉拔,解决以往锚杆拉拔试验装置,仅能对锚杆施加线性拉力或者冲击荷载的问题,使得实验数据更具说服力。
2.压力室顶盖的结构整体采用环状,保持桩或锚杆在装载或拉拔的过程中不会受到压力室顶盖造成的阻力干扰,避免了在实验过程中,其周围土体受到外力约束,对锚杆的载荷拉拔受力产生干扰的情况,从而使得本实验装置检测锚杆所受抗拔力时的锚固性能更科学。
附图说明
图1是本实用新型的桩围压实验装置结构示意图;
图2是本实用新型的锚杆围压实验装置结构示意图;
图3是本实用新型的围压反压装置整体结构示意图;
图4是本实用新型的压力室顶盖结构示意图;
图5是本实用新型的试样底盘结构俯视示意图;
图中,1、支撑平台;101、底座;102、支撑立柱;103、孔压传感器接孔;104、压力孔;105、围压腔排水孔;106、围压控制器接孔;2、动载监测装置;201、支撑横梁;202、动力加载装置;203、压力传感器;204、环扣;205、位移传感器;206、螺母;3、围压模拟室;301、固定横梁;302、压力室;303、压力室顶盖;304、试样盖固定杆;305、注水口;306、固定杆;307、围压腔;4、土体;401、土样;402、橡胶膜;403、试样底盘;5、试验件;501、桩;502、传力杆;503、铁片;504、锚杆;6、围压反压装置;601、控压底座;602、滑道;603、电动机;604、滑动杆;605、控压腔;606、控压入水口;607、控压出水口。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行具体描述,如图1-5所示,桩与锚杆三轴围压试验装置,包括支撑平台1,所述支撑平台1的上方设置有动载监测装置2,所述动载监测装置2可以对桩或锚杆施加载荷并检测其反力大小,用于模拟实际中外界对桩或锚杆的震动载荷,并检测桩或锚杆在震动载荷下桩的承载力或锚杆的锚固力,所述支撑平台1 的上表面设置有围压模拟室3,所述围压模拟室3用于对土样提供围压环境,反应位于不同深度时桩的承载力和锚杆的锚固力变化,所述围压模拟室3的内部设置有土体4,所述土体4中插接有试验件5,所述土体4就是模拟现实中的土壤,试验件5即为***土体中的桩或锚杆,所述支撑平台1的一侧设置有围压反压装置6;所述支撑平台1包括:底座101、均布于底座101上表面外圈的多个支撑立柱102,多个所述支撑立柱102用于支撑所述动力加载装置202,同时使其可以在所述支撑立柱102上进行高度调节;所述动载监测装置2包括:设置于所述底座101上方且与多个所述支撑立柱102连接的支撑横梁201、固定于支撑横梁201下底面中心位置的动力加载装置202、与动力加载装置 202连接且位于其下方的压力传感器203、设置于压力传感器203尾端的环扣204、固定于支撑横梁201下底面且位于动力加载装置202一侧的位移传感器205,压力传感器203可选型号为TKA-10000kg,所述支撑横梁201用于为其他元件提供一个悬挂的平台,同时通过对所述支撑横梁201高度的调节改变其所连接悬挂的所有元件的高度,所述动力加载装置202用于对所述试验件5施加载荷,模拟工程实际情况下试验件受到的振动荷载,所述压力传感器203用于监测所述动力加载装置202的载荷力大小,确保载荷力符合实验要求,所述环扣204用于将其与下方的杆件连接在一起,所述位移传感器205的参数为量程 200mm精度0.01,用于监测所述试验件5在载荷力作用下的位移量;
如图1-5所示,所述围压模拟室3包括:压力室302、设置于压力室302顶部的压力室顶盖303,开设于所述压力室顶盖303上注水口 305,通过注水口305向压力室302内加入水,从而在其中心位置的所述土体4周围形成压强;所述土体4包括:土样401、包裹在土样401外层的橡胶膜402、设置于土样401下底面的试样底盘403,由于不同地区的土壤成分不同,为保证实验结果更贴合实际需要,可以采用与实际场地相同的土壤样品,保证本实验的准确性,所述橡胶膜402用于将松散的土样聚拢成型,避免其松散分布不利于实验;所述试验件5 插接于所述土样401的中心位置,且与所述动力加载装置202直接或间接接触,所述动力加载装置202产生震动载荷给予所述试验件5,通过监测所述试验件5在震动载荷作用下的位移量与反力大小,判断不同深度试验件的承载力或锚固力。所述支撑横梁201与多个所述支撑立柱102通过螺母连接,支撑横梁201的四周均开设有与多个所述支撑立柱102对应的通孔,所述支撑立柱102的一端且与所述支撑横梁 201接触的部分设置有螺纹,如图1-2所示,将所述支撑横梁201穿过所述支撑立柱102,同时在支撑横梁201的上下底面均通过螺母206与支撑立柱102连接,从而将支撑横梁201的高度固定在上下两螺母206 之间,当需要调节支撑横梁201的高度时,旋松螺母206,将支撑横梁 201重新确定高度,然后上紧螺母206,即可对支撑横梁201的高度进行任意调节。所述压力室302的内部为围压腔307,所述围压腔307为有机玻璃罩,所述围压腔注水口305开设于所述压力室顶盖303上且与所述围压腔307对应的位置,在所述围压腔307中注水,并控制水压,从而模拟出不同地质压力状态下土样的环境压力;所述压力室302 上均布有固定杆309,用于保证压力室302的稳定,所述试样底盘403 上开设有多个与所述固定杆309对应的螺纹孔,固定杆由上至下穿过所述压力室顶盖303并通过螺纹连接在试样底盘403上,为所述围压模拟室提供牢固稳定的实验环境,所述压力室顶盖303的上方设置有固定横梁301,所述固定横梁301固定于所述支撑横梁201之间,所述压力室顶盖303与固定横梁301之间固定有试样盖固定杆304,用于压制所述压力室顶盖303,保证所述压力室顶盖303紧扣在所述土样401 上。
如图1所示,所述试验件5为桩501,所述桩501位于所述土样 401内部,且其上方设置有传力杆502,所述传力杆502的顶端与所述压力传感器203接触,且所述传力杆502的底端与所述桩501接触;所述传力杆502的一端且与所述压力传感器203靠近的位置固定有铁片503,所述铁片503与所述位移传感器205的末端接触,且在实验过程中始终保持与所述位移传感器205接触,由于所述铁片503与所述传力杆502固定,所述传力杆502与所述桩501接触,所以所述铁片 503的运动位移量即为所述桩501的运动位移量,在对所述桩501施加震动载荷的过程中监测所述桩501的位移量,即可得知在不同深度桩的承载力变化量,所述传力杆502与所述压力传感器203接触但不连接,由于桩的实际使用中只会受到压力载荷,不会受到拉拔的力,所以要求桩501与传力杆502之间,传力杆502与位移传感器205之间,只接触且不连接。
如图2所示,所述试验件5为锚杆504,所述锚杆504的下端位于所述土样401内部,且其上端穿过所述压力室顶盖303与所述压力传感器203接触,所述锚杆504的顶部通过所述环扣204与所述压力传感器203连接,锚杆504在实际应用中,不但会受到载荷力,还会受到向上的拉力,所以将所述锚杆504与所述压力传感器203连接,在所述动力加载装置202进行震动载荷的过程中,对所述锚杆504进行拉拔,从而能够监测出位于不同深度时锚杆的锚固力变化。
如图3所示,所述围压反压装置6可以直接采用英国gds公司的围压控制***,其包括:控压底座601、设置于控压底座601上的滑道 602、设置于滑道602上的电动机603和滑动杆604、设置于滑动杆604 末端且与其连接的控压腔605、开设于控压腔605一端的控压入水口 606和控压出水口607,控压入水口606用于实验前期对控压腔605内的水进行补充,需要说明的是,实际实验中,需要同时采用两个所述围压反压装置6,且两装置独立工作,其中一个作为围压装置使用,通过将控压出水口607与围压控制器接孔106用橡胶软管连通,电动机 603正转,带动滑动杆604挤压控压腔605,控压腔605内的水通过围压控制器接孔106进入围压腔307,使得围压腔307水压增加,从而对土样施加围压(其工作原理等同于医用针管,电机提供动力,滑动杆为推杆,将控压腔内的水挤压到围压腔中);另一个作为反压装置使用,通过将控压出水口607与压力孔104用橡胶软管连通,电动机603 反转,带动滑动杆604抽出控压腔605,土样中受挤压产生的水由压力孔104进入控压腔605中,进而减少土样中的超静孔隙水压力(土体受到围压,产生超静孔隙水压力,通过反压装置调节,使超静孔隙水压力完全消散;可通过孔压传感器接孔103处的孔压传感器监测当前超静孔隙水压力的大小),其中,电动机为伺服步进电机,型号可以选用TKA-TTS-200,对应的围压体积控制器(即滑动杆与控压腔)规格具体为6MPa/8000ml。
如图1-2所示,所述底座101的外侧面开设有连通所述围压模拟室3围压腔的围压控制器接孔106、孔压传感器接孔103、压力孔104 和围压腔排水孔105,所述围压控制器接孔106用于连接外置的围压装置,围压装置通过向围压腔补水从而增大围压腔的水压,达到围压腔水体对土样施加围压的效果,所述孔压传感器接孔103用于连接外置的孔压传感器(该孔压传感器可选用参数为:量程0~2MPa,精度0.1%,供电10VDC),用于监测土样的孔隙水压力,所述压力孔104用于连接外置的反压装置,通过反压装置对土样的孔隙水压力进行调节,所述围压腔排水孔105用于在实验过后将围压腔的中的水排出。
工作原理:
本实用新型的桩围压实验使用过程:
1.实验前期准备工作。将土样事先预制成功后,套上橡胶模放在试样底盘上,同时将土体通过固定杆固定在试样底盘上,并调整实验件位置使得实验件顶在压力室顶盖底部,检查密封良好,下压传力杆使得传力杆跟桩接触良好。同样检查密封性,调整传力杆上铁片位置,使位移传感器出现初始读数并保证试验过程中位移传感器始终接触铁片。通过螺母上下旋转,调整动载监测装置的高度,通过显示屏(压力传感器与位移传感器的数据均通过外置的显示屏显示)数据读数显示判断使得上部装置跟传力杆刚好接触良好。
2.围压测试实验。通过注水口向内腔注水,注水过程中注意观察围压模拟室气密性。检查完好后开始试验,通过围压腔给土体施加围压(通过内腔注水口注水,内腔会存在一定水压,然后内腔注水口封闭,通过围压装置,将控压腔内的水挤压至压力孔,因为压力孔与内腔连通,可以达到通过围压装置控制内腔压力的目的),施加围压的同时通过反压装置调控土样中的超静孔隙水压力,使超静孔隙水压力消失,等围压稳定之后通过动力加载装置对桩进行加载,得到桩在振动荷载下的位移时程曲线,通过改变荷载周期与荷载振幅,输出周期- 位移曲线和振幅位移曲线。得到桩在不同应力状态下土体桩的受力状况和位移状况,通过围压调节得到桩在不同埋置深度时的受力情况。
本实用新型的锚杆围压实验使用过程:
1.实验前期准备工作。进行锚杆试验时,将土样分层击实后,模拟现场施工技术将特制锚杆通过混凝土浇筑到土样中,将养护好的土样套上橡胶模放在试样底盘上,盖上压力室顶盖,拆下传力杆,使得锚杆与压力传感器同轴线放置,调整动力加载装置的高度,使锚杆通过环扣和上方的压力传感器连接,调整试样盖固定杆和压力室顶盖接触。在锚杆上固定铁片,使位移传感器出现初始读数并保证试验过程中位移传感器始终接触铁片。同样,通过向围压模拟室围压腔注水维持围压,注水过程中注意观察围压模拟室气密性。
2.围压测试实验。检查完好后开始试验,给土体施加围压,稳定之后通过动力加载装置对锚杆进行加载,得到锚杆在振动荷载下的位移时程曲线,通过改变荷载周期与荷载振幅,输出周期-位移曲线和振幅位移曲线。用于研究处于不同应力状态下土体中锚杆动态拉拔时的锚固性能和动力响应。
本实用新型解决了现有的桩三轴试验过程中底座振动围压不稳定的情况,通过动力加载装置的振动模拟实际工况,更加符合实际,实验数据更有说服力。
Claims (10)
1.桩与锚杆三轴围压试验装置,其特征在于,包括支撑平台(1),所述支撑平台(1)的上方设置有动载监测装置(2),所述支撑平台(1)的上表面设置有围压模拟室(3),所述围压模拟室(3)的内部设置有土体(4),所述土体(4)中插接有试验件(5),所述支撑平台(1)的一侧设置有围压反压装置(6);
所述支撑平台(1)包括:底座(101)、均布于底座(101)上表面外圈的多个支撑立柱(102);
所述动载监测装置(2)包括:设置于所述底座(101)上方且与多个所述支撑立柱(102)连接的支撑横梁(201)、固定于支撑横梁(201)下底面中心位置的动力加载装置(202)、与动力加载装置(202)连接且位于其下方的压力传感器(203)、设置于压力传感器(203)尾端的环扣(204)、固定于支撑横梁(201)下底面且位于动力加载装置(202)一侧的位移传感器(205);
所述围压模拟室(3)包括:压力室(302)、设置于压力室(302)顶部的压力室顶盖(303),开设于所述压力室顶盖(303)上的注水口(305);
所述土体(4)包括:土样(401)、包裹在土样(401)外层的橡胶膜(402)、设置于土样(401)下底面的试样底盘(403);
所述试验件(5)插接于所述土样(401)的中心位置,且与所述动力加载装置(202)直接或间接接触。
2.根据权利要求1所述的桩与锚杆三轴围压试验装置,其特征在于,所述支撑横梁(201)与多个所述支撑立柱(102)通过螺母(206)连接。
3.根据权利要求1所述的桩与锚杆三轴围压试验装置,其特征在于,所述压力室(302)的内部为围压腔(307),所述围压腔注水口(305)开设于所述压力室顶盖(303)上且与所述围压腔(307)对应的位置。
4.根据权利要求1所述的桩与锚杆三轴围压试验装置,其特征在于,所述压力室顶盖(303)的上方设置有固定横梁(301),所述固定横梁(301)固定于所述支撑横梁(201)之间,所述压力室顶盖(303)与固定横梁(301)之间固定有试样盖固定杆(304)。
5.根据权利要求1所述的桩与锚杆三轴围压试验装置,其特征在于,所述压力室顶盖(303)与所述土样(401)直接接触。
6.根据权利要求1所述的桩与锚杆三轴围压试验装置,其特征在于,所述试验件(5)为桩(501),所述桩(501)位于所述土样(401)内部,且其上方设置有传力杆(502),所述传力杆(502)的顶端与所述压力传感器(203)接触,且所述传力杆(502)的底端与所述桩(501)接触。
7.根据权利要求6所述的桩与锚杆三轴围压试验装置,其特征在于,所述传力杆(502)的一端且与所述压力传感器(203)靠近的位置固定有铁片(503),所述铁片(503)与所述位移传感器(205)的末端接触,且在实验过程中始终保持与所述位移传感器(205)接触,所述传力杆(502)与所述压力传感器(203)接触但不连接。
8.根据权利要求1所述的桩与锚杆三轴围压试验装置,其特征在于,所述试验件(5)为锚杆(504),所述锚杆(504)的下端位于所述土样(401)内部,且其上端穿过所述压力室顶盖(303)与所述压力传感器(203)接触,所述锚杆(504)的顶部通过所述环扣(204)与所述压力传感器(203)连接。
9.根据权利要求1所述的桩与锚杆三轴围压试验装置,其特征在于,所述围压反压装置(6)包括:控压底座(601)、设置于控压底座(601)上的滑道(602)、设置于滑道(602)上的电动机(603)和滑动杆(604)、设置于滑动杆(604)末端且与其连接的控压腔(605)、开设于控压腔(605)一端的控压入水口(606)和控压出水口(607)。
10.根据权利要求1所述的桩与锚杆三轴围压试验装置,其特征在于,所述底座(101)的外侧面开设有连通所述围压模拟室(3)围压腔的围压控制器接孔(106)、孔压传感器接孔(103)、压力孔(104)和围压腔排水孔(105)。
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2018
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