專利名稱：一種負(fù)摩阻力樁土位移測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量含樁土體性能的裝置，具體來說，涉及一種負(fù)摩阻力樁土位移測量裝置。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)外樁基負(fù)摩阻力室內(nèi)試驗(yàn)中樁土位移的測量一直沒有較好的解決，已有的研究多一味采用在土中埋設(shè)沉降標(biāo)的方法測定土體位移，通過測定樁頂或樁底位移得到樁體位移，這種方式獲得的樁土位移具有明顯的缺陷。首先，在室內(nèi)試驗(yàn)中由于空間限制，設(shè)置沉降標(biāo)的數(shù)量一般有限，只能在土體內(nèi)部選取特定幾處放置沉降標(biāo)，沉降值采樣的點(diǎn)較少，無法獲得連續(xù)的位移場。其次，沉降標(biāo)通過較大的底座伴隨埋設(shè)位置處土共同沉降而獲得位移值，該方法難免會產(chǎn)生一定的誤差。再者，土中設(shè)置沉降標(biāo)必定會一定程度干擾土體內(nèi)部位移的正常發(fā)展，影響試驗(yàn)結(jié)果。最后，通過上述方法得到某處的樁土位移是分別對樁位移以及土位移測定后，二次推算得到的近似值，并非直接實(shí)測值。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種負(fù)摩阻力樁土位移測量裝置，該測量裝置可實(shí)現(xiàn)土體荷載分級加載，并利用PIV技術(shù)測量不同負(fù)摩阻力值作用下的樁土位移場，保證了樁土位移測量的準(zhǔn)確性。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種負(fù)摩阻力樁土位移測量裝置，該測量裝置包括反力裝置、模型樁、盛有土體的試驗(yàn)箱、上載荷板、承臺板、支撐柱、下載荷板、應(yīng)變片、千斤頂、應(yīng)變采集儀、CCD攝像儀、計算機(jī)和堆載砝碼，其中，所述的反力裝置包括頂梁、反力柱和底座，頂梁通過反力柱固定連接在底座上方；試驗(yàn)箱位于反力裝置內(nèi)部，且試驗(yàn)箱位于反力裝置的底座上，應(yīng)變采集儀、CCD攝像儀和計算機(jī)位于反力裝置的外側(cè)；下載荷板位于試驗(yàn)箱中的土體上表面，下載荷板中設(shè)有通孔；模型樁的底端位于試驗(yàn)箱的土體中，模型樁的頂端穿出下載荷板的通孔，模型樁與試驗(yàn)箱的一個側(cè)壁貼合，且該側(cè)壁為透明材料制成；上載荷板位于下載荷板上方，且上載荷板和下載荷板之間通過支撐柱固定連接，上載荷板和下載荷板均呈水平布置；上千斤頂固定在上載荷板頂面，且反力裝置的頂梁位于上千斤頂?shù)纳戏?；承臺板位于模型樁上方，且承臺板的底面貼覆在模型樁的頂端；堆載砝碼位于承臺板的頂面；應(yīng)變片貼覆在模型樁的表面，且應(yīng)變片通過導(dǎo)線與應(yīng)變采集儀連接，應(yīng)變采集儀通過USB數(shù)據(jù)線與計算機(jī)相連，CXD攝像儀的攝像頭與模型樁相對，且CXD攝像儀通過USB數(shù)據(jù)線與計算機(jī)相連。
進(jìn)一步，所述的負(fù)摩阻力樁土位移測量裝置，還包括平衡梁、第一位移傳感器、沉降標(biāo)、第二位移傳感器、第三位移傳感器和位移采集儀，位移采集儀位于反力裝置的外側(cè)，平衡梁通過螺栓固定連接在試驗(yàn)箱的壁面上；沉降標(biāo)的底端位于試驗(yàn)箱的土體中，沉降標(biāo)的頂端穿出下載荷板的通孔；第一位移傳感器位于沉降標(biāo)的頂部，且第一位移傳感器通過磁性表座固定在平衡梁上；第二位移傳感器位于承臺板的頂面，且第二位移傳感器通過磁性表座固定在平衡梁上；第三位移傳感器位于下載荷板的頂面，且第三位移傳感器通過磁性表座固定在試驗(yàn)箱的側(cè)壁上；第一位移傳感器、第二位移傳感器和第三位移傳感器分別通過導(dǎo)線與位移采集儀連接。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果I.可以測定樁土位移場，且區(qū)域大小、位置選取自由。本發(fā)明的測量裝置包含CXD攝像儀，利用CCD攝像儀拍攝樁土位移場，并且位移場區(qū)域大小可根據(jù)試驗(yàn)精度的要求調(diào)整，通過調(diào)整CXD攝像儀擺放距離的控制即可實(shí)現(xiàn)。所測位移場位置可通過將CXD攝像儀預(yù)先設(shè)置在任意拍攝區(qū)域正前方進(jìn)行控制。本發(fā)明的測量裝置克服了傳統(tǒng)沉降標(biāo)測量土體內(nèi)部位移只能獲得某一點(diǎn)位移的缺陷，并且測定區(qū)域選擇靈活，能夠直觀反映土體內(nèi)部位移變化。2.測試精度高。傳統(tǒng)的沉降標(biāo)的位移測量裝置，須將沉降標(biāo)埋入土中，一定程度上會干擾土內(nèi)位移場的發(fā)展。而本發(fā)明的測量裝置，基于PIV技術(shù)進(jìn)行樁土位移的測量，無須 在土體中埋設(shè)測試原件，避免對土體位移場的干擾，且可以直接獲取所測區(qū)域的樁土位移，從而提高了測量精度。本發(fā)明的測量裝置采用的無接觸測量技術(shù)，相對傳統(tǒng)測量方法，具備測量精度的優(yōu)越性。同時，本發(fā)明還采用土體荷載分級加載，并利用PIV技術(shù)測量不同負(fù)摩阻力值作用下的樁土位移場。常規(guī)模型試驗(yàn)如采用多次堆載難免會干擾已安裝的儀器，往往需要進(jìn)行多次試驗(yàn)才能獲得土體荷載與負(fù)摩阻力樁土位移的關(guān)系。本發(fā)明的裝置一次試驗(yàn)即可測定土體荷載與負(fù)摩阻力樁土位移場的關(guān)系，操作簡便、高效，測試過程中不干擾儀器，確保測試結(jié)果精確。3.安裝快捷，便于測量。本發(fā)明的測量裝置包括反力裝置、模型樁、試驗(yàn)箱、上載荷板、承臺板、支撐柱、下載荷板、應(yīng)變片、千斤頂、應(yīng)變采集儀、CCD攝像儀、計算機(jī)和堆載砝碼。各部件的安裝簡單快捷，利用CCD攝像儀采集的圖像由計算機(jī)完成后期數(shù)據(jù)處理。該測量裝置用于負(fù)摩阻力樁土位移測量具有省時省力的特點(diǎn)，有利于開展多組數(shù)的系列試驗(yàn)研究。


圖I是本發(fā)明的正視圖。圖2是本發(fā)明的側(cè)視圖。圖中有反力裝置I、頂梁101、反力柱102、平衡梁2、第一位移傳感器3、螺栓4、模型樁5、有機(jī)玻璃板6、環(huán)形鋼帶7、試驗(yàn)箱8、上載荷板9、承臺板10、支撐柱11、沉降標(biāo)12、下載荷板13、應(yīng)變片14、千斤頂15、應(yīng)變采集儀16、(XD攝像儀17、計算機(jī)18、堆載砝碼19、第二位移傳感器20、位移采集儀21、第三位移傳感器22。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明。如圖I和圖2所示，本發(fā)明的一種負(fù)摩阻力樁土位移測量裝置，包括反力裝置I、模型樁5、盛有土體的試驗(yàn)箱8、上載荷板9、承臺板10、支撐柱11、下載荷板13、應(yīng)變片14、千斤頂15、應(yīng)變采集儀16、CO)攝像儀17 (英文全稱是Charge-coupled Device Camera,對應(yīng)中文是電荷耦合元件數(shù)碼攝像儀，文中簡稱CCD攝像儀)、計算機(jī)18和堆載砝碼19。反力裝置I包括頂梁101、反力柱102和底座，頂梁101通過反力柱102固定連接在底座上方。反力裝置I內(nèi)部為空腔。試驗(yàn)箱8位于反力裝置I內(nèi)部，且試驗(yàn)箱8位于反力裝置I的底座上。應(yīng)變采集儀16、(XD攝像儀17和計算機(jī)18位于反力裝置I的外側(cè)。下載荷板13位于試驗(yàn)箱8中的土體上表面。下載荷板13中設(shè)有通孔。模型樁5的底端位于試驗(yàn)箱8的土體中，模型樁5的頂端穿出下載荷板13的通孔，模型樁5與試驗(yàn)箱8的一個側(cè)壁貼合，且該側(cè)壁為透明材料制成。該透明材料可以為玻璃、塑料等。作為優(yōu)選，試驗(yàn)箱8的側(cè)壁由有機(jī)玻璃板6制成。上載荷板9位于下載荷板13上方，且上載荷板9和下載荷板13之間通過支撐柱11固定連接，上載荷板9和下載荷板13均呈水平布置。千斤頂15固定在上載荷板9頂面，且反力裝置I的頂梁101位于上千斤頂15的上方。承臺板10位于模型樁5上方，且承臺板10的底面貼覆在模型樁5的頂端。堆載砝碼19位于承臺板10的頂面。應(yīng)變片 14貼覆在模型樁5的表面，且應(yīng)變片14通過導(dǎo)線與應(yīng)變采集儀16連接，應(yīng)變采集儀16通過USB數(shù)據(jù)線與計算機(jī)相連，CXD攝像儀17的攝像頭與模型樁5相對，且CXD攝像儀17通過USB數(shù)據(jù)線與計算機(jī)18相連。進(jìn)一步，所述的負(fù)摩阻力樁土位移測量裝置，還包括平衡梁2、第一位移傳感器3、沉降標(biāo)12、第二位移傳感器20、第三位移傳感器22和位移采集儀21。位移采集儀21位于反力裝置I的外側(cè)，平衡梁2通過螺栓4固定連接在試驗(yàn)箱8的壁面上。沉降標(biāo)12的底端位于試驗(yàn)箱8的土體中，沉降標(biāo)12的頂端穿出下載荷板13的通孔。第一位移傳感器3位于沉降標(biāo)12的頂部，且第一位移傳感器3通過磁性表座固定在平衡梁2上。第二位移傳感器20位于承臺板10的頂面，且第二位移傳感器20通過磁性表座固定在平衡梁2上。第三位移傳感器22位于下載荷板13的頂面，且第三位移傳感器22通過磁性表座固定在試驗(yàn)箱8的側(cè)壁上。第一位移傳感器3、第二位移傳感器20和第三位移傳感器22分別通過導(dǎo)線與位移采集儀21連接。位移采集儀21通過USB數(shù)據(jù)線與計算機(jī)18相連。設(shè)置第一位移傳感器3、第二位移傳感器20、第三位移傳感器22和位移采集儀21的目的是分別用于試驗(yàn)過程中的模型樁5頂?shù)奈灰?、試?yàn)箱8中的土體內(nèi)部的位移、試驗(yàn)箱8中的土體表面位移的測量。該部分的測量可以與CXD攝像儀17采集的圖像通過計算機(jī)18處理分析，獲得樁土位移場進(jìn)行對比驗(yàn)證，判斷CCD攝像儀17采集的信息是否準(zhǔn)確。進(jìn)一步，為了保證試驗(yàn)箱8中土體和模型樁5受力均勻，千斤頂15位于上載荷板9的幾何中心,堆載砝碼19的重心位于承臺板10的幾何中心，上載荷板9的幾何中心和下載荷板13的幾何中心位于同一豎線上，且支撐柱11均勻布置在上載荷板9的幾何中心周邊。千斤頂15位于上載荷板9的幾何中心，上載荷板9的幾何中心和下載荷板13的幾何中心位于同一豎線上，支撐柱11均勻布置在上載荷板9的幾何中心周邊。這樣可以保證上載荷板9和下載荷板13受力均勻，進(jìn)而保證土體受力均勻。在上載荷板9和下載荷板13之間設(shè)置四根支撐柱11，且四根支撐柱11到上載荷板9中心點(diǎn)的距離相等。上載荷板9和下載荷板13的橫截面可以是矩形、圓形等。上載荷板9和下載荷板13之間還可以設(shè)置6根、8根或者10根支撐柱11。堆載砝碼19位于承臺板10的幾何中心。模型樁5為一根時，模型樁5位于承臺板10的幾何中心下方。模型樁5為多根時，模型樁5均勻布置在承臺板10的幾何中心周邊。這樣可以保證承臺板10受力均勻，進(jìn)而保證模型樁5受力均勻。進(jìn)一步，所述的模型樁5為空心管，應(yīng)變片14貼覆在模型樁5的內(nèi)壁面上。將應(yīng)變片14貼覆在模型樁5的內(nèi)壁面上，可以避免模型樁5外側(cè)的土體對應(yīng)變片14的破壞，使得應(yīng)變片14采集的信息更加準(zhǔn)確。進(jìn)一步，所述的負(fù)摩阻力樁土位移測量裝置，還包括環(huán)形鋼帶7，環(huán)形鋼帶7至少為兩個，且均勻分布在試驗(yàn)箱8的外壁面上。設(shè)置環(huán)形鋼帶7，可以加強(qiáng)試驗(yàn)箱8的穩(wěn)定性，避免在測試過程中，試驗(yàn)箱8的壁面發(fā)生形變，保證測量的準(zhǔn)確性。上述結(jié)構(gòu)的負(fù)摩阻力樁土位移測量裝置，基于PIV技術(shù)(Particle ImageVelocimetry,中文為顆粒圖像測速，文中簡稱PIV)，通過對負(fù)摩阻力樁土位移變化前后的圖像采集，實(shí)現(xiàn)樁土位移的測量。該測量裝置采用千斤頂配合載荷板，模擬土體堆載，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)摩阻力的模擬，利用CCD攝像儀對試驗(yàn)中指定區(qū)域進(jìn)行采樣，運(yùn)用PIV技術(shù)通過計算 機(jī)后期處理，實(shí)現(xiàn)對樁土位移的測量。具體工作過程是I.對試驗(yàn)箱8填土，同時將含有應(yīng)變片14的模型樁5、沉降標(biāo)12埋入預(yù)定位置；然后將應(yīng)變片14通過導(dǎo)線與應(yīng)變采集儀16連接，應(yīng)變采集儀16通過USB數(shù)據(jù)線與計算機(jī)18相連。2.將帶有通孔的下載荷板13放置到土體的上表面，模型樁5的上端和沉降標(biāo)12的上端分別穿出下載荷板13的通孔，然后將帶有支撐柱11的上載荷板9置于下載荷板13上，上載荷板9的平面中心對應(yīng)下載荷板13的平面中心。3.將平衡梁2通過螺栓4拴接至試驗(yàn)箱8的壁面上。4.將千斤頂15放置在上載荷板9的頂面中心處，且在頂梁101下，然后將承臺板10放置在模型樁5的頂面上，接著在承臺板10上放置第一位移傳感器3，第一位移傳感器3通過磁性表座吸附在平衡梁2上，在沉降標(biāo)12上放置第二位移傳感器20，第二位移傳感器20通過磁性表座吸附在平衡梁2上，第三位移傳感器22放置下載荷板13的頂面，且第三位移傳感器22通過磁性表座固定在試驗(yàn)箱8的側(cè)壁上；最后將第一位移傳感器3、第二位移傳感器20和第三位移傳感器(22)分別通過導(dǎo)線與位移采集儀21連接。5.在試驗(yàn)箱8前安裝CXD攝像儀17，CXD攝像儀17的攝像頭與模型樁5相對，用USB數(shù)據(jù)線將CXD攝像儀17與計算機(jī)18相連。6.采用千斤頂15對土體加載，用堆載砝碼19對模型樁5加載，在加載的過程中，CCD攝像儀17采集圖像。7.將CXD攝像儀17采集的圖像通過計算機(jī)18處理分析，獲得樁土位移場。
權(quán)利要求
1.一種負(fù)摩阻力樁土位移測量裝置，其特征在于，該測量裝置包括反力裝置(I)、模型樁(5)、盛有土體的試驗(yàn)箱(8)、上載荷板(9)、承臺板(10)、支撐柱(11)、下載荷板(13)、應(yīng)變片(14)、千斤頂(15)、應(yīng)變采集儀(16)、CXD攝像儀(17)、計算機(jī)(18)和堆載砝碼(19)，其中， 所述的反力裝置(I)包括頂梁(101)、反力柱(102)和底座，頂梁(101)通過反力柱(102)固定連接在底座上方；試驗(yàn)箱(8)位于反力裝置(I)內(nèi)部，且試驗(yàn)箱(8)位于反力裝置(I)的底座上，應(yīng)變采集儀(16)、CXD攝像儀(17)和計算機(jī)(18)位于反力裝置(I)的外側(cè)； 下載荷板(13)位于試驗(yàn)箱(8)中的土體上表面，下載荷板(13)中設(shè)有通孔；模型樁(5)的底端位于試驗(yàn)箱(8)的土體中，模型樁(5)的頂端穿出下載荷板(13)的通孔，模型樁(5)與試驗(yàn)箱(8)的一個側(cè)壁貼合，且該側(cè)壁為透明材料制成； 上載荷板(9)位于下載荷板(13)上方，且上載荷板(9)和下載荷板(13)之間通過支撐柱(11)固定連接，上載荷板(9)和下載荷板(13)均呈水平布置；上千斤頂(15)固定在上載荷板(9)頂面，且反力裝置(I)的頂梁(101)位于上千斤頂(15)的上方； 承臺板(10)位于模型樁(5)上方，且承臺板(10)的底面貼覆在模型樁(5)的頂端；堆載石去碼(19)位于承臺板(10)的頂面； 應(yīng)變片(14)貼覆在模型樁(5)的表面，且應(yīng)變片(14)通過導(dǎo)線與應(yīng)變采集儀(16)連接，應(yīng)變采集儀(16)通過USB數(shù)據(jù)線與計算機(jī)(18)相連，CXD攝像儀(17)的攝像頭與模型樁(5)相對，且CXD攝像儀(17)通過USB數(shù)據(jù)線與計算機(jī)(18)相連。
2.按照權(quán)利要求I所述的負(fù)摩阻力樁土位移測量裝置，其特征在于，還包括平衡梁(2)、第一位移傳感器(3)、沉降標(biāo)(12)、第二位移傳感器(20)、第三位移傳感器(22)和位移采集儀(21)，位移采集儀(21)位于反力裝置(I)的外側(cè)，平衡梁(2)通過螺栓(4)固定連接在試驗(yàn)箱(8)的壁面上；沉降標(biāo)(12)的底端位于試驗(yàn)箱(8)的土體中，沉降標(biāo)(12)的頂端穿出下載荷板(13)的通孔；第一位移傳感器(3)位于沉降標(biāo)(12)的頂部，且第一位移傳感器(3)通過磁性表座固定在平衡梁(2)上；第二位移傳感器(20)位于承臺板(10)的頂面，且第二位移傳感器(20 )通過磁性表座固定在平衡梁(2 )上；第三位移傳感器(22 )位于下載荷板(13)的頂面，且第三位移傳感器(22)通過磁性表座固定在試驗(yàn)箱(8)的側(cè)壁上；第一位移傳感器(3 )、第二位移傳感器(20 )和第三位移傳感器(22 )分別通過導(dǎo)線與位移采集儀(21)連接。
3.按照權(quán)利要求I所述的負(fù)摩阻力樁土位移測量裝置，其特征在于，所述的上千斤頂(15)位于上載荷板(9)的幾何中心，堆載砝碼(19)的重心位于承臺板(10)的幾何中心，上載荷板(9)的幾何中心和下載荷板(13)的幾何中心位于同一豎線上，且支撐柱(11)均勻布置在上載荷板(9)的幾何中心周邊。
4.按照權(quán)利要求I、2或3所述的負(fù)摩阻力樁土位移測量裝置，其特征在于，所述的模型樁(5 )為空心管，應(yīng)變片(14 )貼覆在模型樁(5 )的內(nèi)壁面上。
5.按照權(quán)利要求I所述的負(fù)摩阻力樁土位移測量裝置，其特征在于，還包括環(huán)形鋼帶(7)，環(huán)形鋼帶(7)至少為兩個，且均勻分布在試驗(yàn)箱(8)的外壁面上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種負(fù)摩阻力樁土位移測量裝置，包括反力裝置、模型樁、試驗(yàn)箱、上載荷板、承臺板、支撐柱、下載荷板、應(yīng)變片、千斤頂、應(yīng)變采集儀、CCD攝像儀、計算機(jī)和堆載砝碼，下載荷板位于試驗(yàn)箱中土體上表面；模型樁的底端位于試驗(yàn)箱的土體中，模型樁的頂端穿出下載荷板，模型樁與試驗(yàn)箱的一個側(cè)壁貼合，該側(cè)壁為透明材料制成；上千斤頂固定在上載荷板頂面；承臺板的底面貼覆在模型樁的頂端；堆載砝碼位于承臺板的頂面；應(yīng)變片貼覆在模型樁的表面，且應(yīng)變片與應(yīng)變采集儀連接，應(yīng)變采集儀與計算機(jī)相連，CCD攝像儀的攝像頭與模型樁相對，CCD攝像儀與計算機(jī)相連。該測量裝置可實(shí)現(xiàn)土體荷載分級加載，保證了樁土位移測量的準(zhǔn)確性。
文檔編號G01B11/02GK102877492SQ201210427388
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月31日
發(fā)明者戴國亮, 黃挺, 龔維明, 劉立基, 徐國平 申請人:東南大學(xué)