專利名稱：深層開挖條件下抗拔樁力學(xué)性能測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種測試裝置，尤其是涉及深層開挖條件下抗拔樁力學(xué)性能測試
直O(jiān)
背景技術(shù)：
隨著城市建設(shè)的發(fā)展，抗拔樁應(yīng)用越來越廣泛，應(yīng)用的領(lǐng)域主要包括房屋建筑、道路橋梁、海上海岸工程、輸變電工程等建設(shè)工程。然而到目前為止，大部分關(guān)于抗拔樁的研究都是基于樁頂部埋置于地表或是地下很淺的位置，而對于正在建設(shè)的亞洲最大的地下變電站工程——上海世博500kV大型地下變電站工程(以下簡稱世博地下變工程)這樣的一類大型工程而言，面臨的是一種全新的抗拔樁課題。該變電站為全地下結(jié)構(gòu)，地下結(jié)構(gòu)直徑為130米，埋置深度約34米，因此該工程的抗拔樁全部是深埋入地下的，在抗拔樁基礎(chǔ)上則面臨著深基坑開挖，上覆土層的大面積卸載使得抗拔樁的承載力確定變得很復(fù)雜。由于原位試樁只能在基坑開挖前進(jìn)行，即使采用雙套管施工的鉆孔灌注樁進(jìn)行試樁，也只是忽略了地面至坑底段樁側(cè)摩阻力，但并沒有考慮開挖卸載對樁土接觸面法向應(yīng)力的改變。目前有關(guān)抗拔樁的研究大多基于樁頂部埋置于地表或地下很淺的位置，且多數(shù)地質(zhì)條件為砂土和軟巖，而對于上海軟土地區(qū)世博地下變這類大型工程而言，所有樁都深埋于地下，特別是需要考慮深基坑開挖對抗拔樁承載特性的影響，面臨的是一種全新的抗拔樁課題。以往研究表明，上海地區(qū)中長抗拔擴底樁破壞模式往往表現(xiàn)為小角度擴展形式， 然而有關(guān)抗拔樁在開挖卸載作用下的破壞特性及承載力機理目前仍不明確，尚缺乏相關(guān)的理論分析和試驗研究。目前還沒有基于對現(xiàn)場試驗成果分析、離心模型試驗、理論分析和數(shù)值模擬等多種技術(shù)手段結(jié)合的系統(tǒng)研究。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種優(yōu)化設(shè)計與施工方案，節(jié)省了工程投資，完善了抗拔樁分析理論的深層開挖條件下抗拔樁力學(xué)性能測試裝置。本實用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)深層開挖條件下抗拔樁力學(xué)性能測試裝置，其特征在于，該裝置包括顯示器、數(shù)據(jù)處理器、控制器、抽水機、大功率離心風(fēng)機、紅外線自動控制沖水系統(tǒng)、施工升降機，所述的數(shù)據(jù)處理器與顯示器連接，所述的控制器與數(shù)據(jù)處理器連接，所述的抽水機、大功率離心風(fēng)機、紅外線自動控制沖水系統(tǒng)、施工升降機分別與控制器連接。所述的控制器通過控制抽水機、大功率離心風(fēng)機、紅外線自動控制沖水系統(tǒng)、施工升降機得到深層開發(fā)條件下抗拔樁力學(xué)性能數(shù)據(jù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型直接應(yīng)用于上海世博500kV地下變電站抗拔樁基礎(chǔ)工程，優(yōu)化了設(shè)計與施工方案，克服了關(guān)鍵技術(shù)難點，節(jié)省了工程投資。數(shù)值模擬和試驗研究揭示了抗拔樁的承載機理，很好的模擬了深開挖條件下抗拔樁承載特性，在此基礎(chǔ)上提出的簡化計算方法和極限分析法，完善了抗拔樁分析理論，并為今后抗拔樁設(shè)計提供了理論支撐和指導(dǎo)。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。實施例如圖1所示，深層開挖條件下抗拔樁力學(xué)性能測試裝置，該裝置包括顯示器1、數(shù)據(jù)處理器2、控制器3、抽水機4、大功率離心風(fēng)機5、紅外線自動控制沖水系統(tǒng)6、施工升降機7，數(shù)據(jù)處理器2與顯示器1連接，控制器3與數(shù)據(jù)處理器2連接，抽水機4、大功率離心風(fēng)機5、紅外線自動控制沖水系統(tǒng)6、施工升降機7分別與控制器3連接?？刂破?通過控制抽水機4、大功率離心風(fēng)機5、紅外線自動控制沖水系統(tǒng)6、施工升降機7得到深層開發(fā)條件下抗拔樁力學(xué)性能數(shù)據(jù)。深層開發(fā)條件下抗拔樁力學(xué)性能的測試方法，該測試方法如下所示(1)利用數(shù)值分析方法、離心模型試驗、極限平衡法和極限分析法建立了擴底抗拔樁的豎向受拉力學(xué)模型；(2)基于離心模型試驗及數(shù)值模擬，得出了等截面抗拔樁和擴底抗拔樁的破壞機理和承載力特性及開挖卸載下抗拔承載力損失特性；(3)提出了預(yù)估深開挖條件下抗拔樁承載力損失的三種計算方法數(shù)值分析方法、基于Mindlin (人名明德林)解的簡化分析方法和近似查表方法。(4)采用改進(jìn)的Monte-Carlo (人名蒙特卡羅)搜索技術(shù)確定臨界破壞面，建立擴底抗拔樁極限承載力多塊體極限上限分析法。本發(fā)明基于極限平衡法和多塊體上限法提出的抗拔樁承載力簡化分析方法在理論上有一定創(chuàng)新，并實現(xiàn)了抗拔樁離心模型試驗研究。超深基坑開挖條件下擴底抗拔樁承載力多塊體極限上限理論分析在國內(nèi)外均屬空白。本發(fā)明對以下內(nèi)容進(jìn)行研究(1)抗拔樁承載能力的有限元數(shù)值模擬及試驗驗證；(2)有限元模擬單樁承載能力的試驗驗證；(3)抗拔樁承載能力的機理探討；(4)群樁基礎(chǔ)抗拔承載力的有限元模擬。本發(fā)明通過研究得出的結(jié)論為(1)開挖條件下抗拔樁基礎(chǔ)承載力損失特性深開挖條件下，隨著開挖半徑增加，抗拔樁的承載力損失比逐漸增大，開始呈線性增加趨勢，在開挖半徑接近2倍抗拔樁有效樁長后，損失比增加變緩；隨開挖深度與有效樁長比值增加，抗拔樁承載力損失比逐漸增大；當(dāng)基坑開挖尺寸恒定時，適當(dāng)增加抗拔樁有效樁長可提高抗拔樁極限承載力并顯著降低開挖后抗拔樁承載力損失比。[0027](2)開挖條件下抗拔樁極限承載力離心模型試驗結(jié)果離心模型試驗結(jié)果表明，當(dāng)開挖半徑R = 15m,開挖深度H = 13m，有效樁長L = 20m, R/L = 0. 75和H/L = 0. 65，等截面抗拔樁承載力損失了 9. 84%，擴底抗拔樁承載力損失了 8.42%。開挖條件下擴底抗拔樁承載力損失略小于等截面抗拔樁。(3)抗拔樁極限承載力的簡化分析方法的適用性基于局部滑移面假設(shè)，采用橢圓面描述擴大頭周圍土體的局部滑移面，利用靜力平衡推導(dǎo)滑移面上抗拔阻力，從而得到擴底抗拔樁承載力極限平衡算法。通過對多個工程實例結(jié)果進(jìn)行回歸分析，得出一個擴底抗拔樁擴大頭影響高度隨擴大頭埋置深度的經(jīng)驗關(guān)系式。采用改進(jìn)Monte-Carlo搜索技術(shù)確定臨界破壞面，基于多塊體上限法對擴底抗拔樁進(jìn)行分析，計算擴底樁承載力得到的上限解相比原位試樁偏大10%左右，表明上限解預(yù)測精度完全滿足工程應(yīng)用要求。(4)上海世博500kV地下變抗拔樁基礎(chǔ)承載力特性分析上海世博500kV地下變，開挖半徑R = 65m,開挖深度H = 34m,有效樁長L = 48. 5m,即R/L = 1. 34和H/L = 0. 70,開挖后基坑中心位置處抗拔樁承載力損失最大，等截面抗拔樁承載力損失了 22.3%，擴底抗拔樁承載力損失了 21.4%。利用數(shù)值分析方法、離心模型試驗、極限平衡法和極限分析法建立了擴底抗拔樁的豎向受拉力學(xué)模型，研究開挖前后擴底抗拔樁的承載特性，尤其是對深層開挖條件下擴底抗拔樁的承載力損失和等截面抗拔樁的區(qū)別進(jìn)行了理論研究，分析結(jié)果表明(1)隨著深基坑開挖半徑的增大，擴底抗拔樁極限承載力隨開挖半徑增大而減??； 適當(dāng)增加樁長可以大幅度地提高擴底抗拔樁的側(cè)摩阻力和極限承載力；埋置深度越大，則擴底抗拔樁的極限承載力越高；同等深基坑開挖條件下，擴底抗拔樁擴大頭部位隨開挖半徑增大而承載力的降低很?。幌嗤哪Σ料禂?shù)條件下，擴底抗拔樁極限承載力的損失比隨著土層變形模量的提高而提高；(2)深層開挖會造成擴底抗拔群樁承載力的降低，相對于等截面群樁開挖后群樁效率沒有變化，擴底抗拔群樁的群樁效率在開挖后會大幅降低，且擴底群樁各基樁的承載力損失明顯大于擴底單樁的承載力損失。(3)在世博地下變工程的群樁布置方式以及開挖條件下，等截面群樁基礎(chǔ)開挖后的承載力損失約為23. 8%，而擴底群樁基礎(chǔ)的承載力損失約為26. %。(4)本次離心模型試驗中等截面抗拔樁的極限承載力約為6100kN，擴底抗拔樁的極限承載力約為7600kN，擴底抗拔樁承載力提高約25%。本次離心模型試驗中擴底抗拔樁的承載力損失約為8. 42%，擴底抗拔樁在同等開挖條件下的承載力損失要略小于等截面抗拔樁。(5)局部剪切滑移面假設(shè)，即擴大頭沿橢圓面滑移、等截面段沿樁土接觸面滑移的假設(shè)，合理的揭示了擴底抗拔中長樁的破壞機理；通過多個工程實例探討，發(fā)現(xiàn)擴大頭影響高度隨著擴大頭埋置深度的增大而減小，通過回歸分析得出如下經(jīng)驗關(guān)系式 Hjdl=Be^ ·(6)在同樣開挖工況下，包括開挖半徑、開挖深度和樁長等同條件下，擴底抗拔樁相比等截面抗拔樁的承載力損失比要低一些；(7)隨著多塊體平移滑動上限分析方法所用邊界節(jié)點數(shù)η的增加，深埋錨樁的抗拔系數(shù)Nc值的計算結(jié)果和極限分析有限元解越來越接近，表明隨著節(jié)點數(shù)的增加，本章分析方法的計算結(jié)果精度越來越高，這說明本章優(yōu)化程序的有效性還是值得肯定的；(8)多塊體平移滑動上限分析方法認(rèn)為在某一樁長或是埋深條件下擴底抗拔樁或是擴底錨樁在擴大頭部位局部剪切破裂面形狀幾乎不變，因而擴大頭的影響高度基本局限在擴大頭端上部一些，通過優(yōu)化程序分析認(rèn)為擴大頭影響高度和擴大頭底部直徑以及擴大頭高度有關(guān)；(9)通過多塊體平移滑動上限分析方法確定速度場以及優(yōu)化的方法與極限分析有限元法和極限平衡法的對比和綜合分析，說明本節(jié)分析方法是合理和有效的；同時表明多塊體極限分析上限法可以用于深基礎(chǔ)極限承載力的分析計算，通過優(yōu)化得出破裂面，合理揭示了擴底抗拔樁的承載機理。
權(quán)利要求1.深層開挖條件下抗拔樁力學(xué)性能測試裝置，其特征在于，該裝置包括顯示器、數(shù)據(jù)處理器、控制器、抽水機、大功率離心風(fēng)機、紅外線自動控制沖水系統(tǒng)、施工升降機，所述的數(shù)據(jù)處理器與顯示器連接，所述的控制器與數(shù)據(jù)處理器連接，所述的抽水機、大功率離心風(fēng)機、紅外線自動控制沖水系統(tǒng)、施工升降機分別與控制器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深層開挖條件下抗拔樁力學(xué)性能測試裝置，其特征在于，所述的控制器通過控制抽水機、大功率離心風(fēng)機、紅外線自動控制沖水系統(tǒng)、施工升降機得到深層開發(fā)條件下抗拔樁力學(xué)性能數(shù)據(jù)。
專利摘要本實用新型涉及深層開挖條件下抗拔樁力學(xué)性能測試裝置，該裝置包括顯示器、數(shù)據(jù)處理器、控制器、抽水機、大功率離心風(fēng)機、紅外線自動控制沖水系統(tǒng)、施工升降機，所述的數(shù)據(jù)處理器與顯示器連接，所述的控制器與數(shù)據(jù)處理器連接，所述的抽水機、大功率離心風(fēng)機、紅外線自動控制沖水系統(tǒng)、施工升降機分別與控制器連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有優(yōu)化設(shè)計與施工方案，節(jié)省了工程投資，完善了抗拔樁分析理論等優(yōu)點。
文檔編號E02D33/00GK201952819SQ20102066426
公開日2011年8月31日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者樂俊律, 劉曉東, 徐勍, 朱偉林, 王衛(wèi)東, 王杰, 王滬生, 陳崢, 陳祖元, 高倚山 申請人:上海久隆電力科技有限公司, 上海市電力公司