本實(shí)用新型為土木工程模型試驗(yàn)領(lǐng)域，特別是一種被動樁模型試驗(yàn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

樁基礎(chǔ)是陸域土建工程中使用范圍最廣泛的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式之一，在實(shí)際工程中樁基承受豎向荷載或者側(cè)向荷載作用的情況很多，由于工程建設(shè)項(xiàng)目的開挖、堆載導(dǎo)致鄰近構(gòu)造物、樁基礎(chǔ)產(chǎn)生變形、破壞以致失穩(wěn)的事故屢見不鮮。因此開挖或者堆載造成的土體水平運(yùn)動，進(jìn)而使樁基礎(chǔ)承受水平荷載的情況不容忽視，基于以上原因被動樁的試驗(yàn)研究顯得尤為重要。

被動樁的試驗(yàn)研究包括現(xiàn)場測試、室內(nèi)模型和離心模型試驗(yàn)。根據(jù)以往的現(xiàn)場試驗(yàn)，實(shí)際工程中面臨的問題都比較復(fù)雜，而且變化因素不容易控制，現(xiàn)場測試雖然能較真實(shí)的反應(yīng)客觀事實(shí)，但是要投入大量的人力和物力，而且在場地上受到諸多限制，不便于實(shí)施。室內(nèi)模型試驗(yàn)通過建立相似的原樁模型，依據(jù)樁基的實(shí)際工作狀態(tài)，人為的控制試驗(yàn)變量，能較好的反應(yīng)實(shí)際工程狀況。離心模型試驗(yàn)雖然有著現(xiàn)場測試和室內(nèi)模型試驗(yàn)不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，但是試驗(yàn)條件有限。綜上所述，室內(nèi)模型試驗(yàn)更加符合要求。

現(xiàn)有的被動樁模型試驗(yàn)系統(tǒng)存在的不足之處在于：①在側(cè)向加載時不能調(diào)節(jié)加載高度，不能有效的模擬樁基礎(chǔ)在不同高程處受到水平荷載時的情況；②目前的加載裝置只能加載矩形荷載，不能模擬其他形狀的荷載形式；③當(dāng)前的側(cè)向加載裝置加載不均，精度較低，不能準(zhǔn)確測量出加載后土體發(fā)生的位移及樁基位移。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種能夠判斷樁基在土體側(cè)移作用下的基本性狀的被動樁模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，同時能夠模擬在樁基的不同高程處受到水平荷載時樁身的基本性狀。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供一種被動樁模型試驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括模型箱、移動滑塊、壓樁裝置、豎向加載系統(tǒng)、側(cè)向加載系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及模型樁，在模型箱里設(shè)有內(nèi)裝有砂土的模型槽，利用豎向液壓千斤頂將模型樁壓入模型槽中的砂土中，利用側(cè)向液壓千斤頂推動移動滑塊，然后利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄樁身試驗(yàn)參數(shù)模擬被動樁模型試驗(yàn)，即形成被動樁模型試驗(yàn)系統(tǒng)。

本實(shí)用新型的效果是采用被動樁模型試驗(yàn)系統(tǒng)，可獲取樁基在土體側(cè)移作用下的基本性狀，其中土體位移測定精度能夠達(dá)到1mm，樁身位移測定精度能夠達(dá)到0.01mm，精度的提高能夠更好獲取樁基基本力學(xué)性能，提高工程安全儲備。本試驗(yàn)系統(tǒng)特點(diǎn)為：

1、本實(shí)用新型的模型槽底部加了移動裝置，可以前后調(diào)整模型槽的位置，進(jìn)而改變壓樁位置，調(diào)整模型樁與模型槽邊界的距離，具有很好的靈活性。

2、本實(shí)用新型在模型槽上部整齊的擺放一定數(shù)目的移動滑塊，側(cè)向液壓千斤頂處安裝有上下調(diào)節(jié)裝置，滿足不同類型模塊不同加載高度的側(cè)向加載，設(shè)置擋板防止土體流出，同時在移動滑塊上部安裝有固定滑輪，保證滑塊正常移動時不會因?yàn)榧虞d模塊的側(cè)向推力作用而產(chǎn)生隆起。

3、本實(shí)用新型在壓樁裝置設(shè)置定位橫梁，在定位橫梁上設(shè)置水平儀，能隨時監(jiān)測定位橫梁是否水平向下移動，從而保證壓樁時樁體豎直壓下。在豎向支架兩端設(shè)置刻度，能夠精確便捷的讀取壓樁深度。

4、本實(shí)用新型的豎向加載系統(tǒng)可根據(jù)試驗(yàn)要求施加不同大小的穩(wěn)定豎向荷載。

5、本實(shí)用新型在側(cè)向加載系統(tǒng)處受力橫梁與記錄標(biāo)尺相連，在保證順利水平推動的情況下能夠精確的讀出對土體施加的側(cè)向位移。

6、本實(shí)用新型加載系統(tǒng)均采用液壓千斤頂，能夠精確控制加載速度及大小，加載穩(wěn)定，便于控制，保證模型樁加載的穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的被動樁模型試驗(yàn)系統(tǒng)的正視圖；

圖2為本實(shí)用新型的被動樁模型試驗(yàn)系統(tǒng)的俯視圖；

圖3為本實(shí)用新型的被動樁模型試驗(yàn)系統(tǒng)涉及的模型樁示意圖；

圖4為本實(shí)用新型的被動樁模型試驗(yàn)系統(tǒng)涉及的應(yīng)變片安裝示意圖；

圖5-1、5-2為本實(shí)用新型的被動樁模型試驗(yàn)系統(tǒng)模型篩二視圖。

圖中：

1.底座 2.固定滑片 3.模型槽 4.外部擋板支架 5.砂土 6.頂絲 7.內(nèi)部擋板支架 8.頂絲 9.擋板 10.移動滑塊 11.固定滑輪 12.龍門架 13.位移計(jì)支架 14.位移計(jì) 15.模型樁 16.預(yù)留孔 17.套管 18.加載盤 19.安全環(huán) 20.安全繩 21.刻度 22.樁套 23.定位橫梁 24.水平儀 25.豎向液壓千斤頂 26.控制臺 27.螺旋桿 28.加載模塊 29.受力橫柱 30.托舉架 31.豎向指針 32.記錄標(biāo)尺 33.螺旋調(diào)高器 34.側(cè)向液壓千斤頂 35.側(cè)向加載支架 36.液壓管 37.液壓泵 38.導(dǎo)線 39.應(yīng)變片 40.應(yīng)變片導(dǎo)線 41.模型篩 42.篩孔

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的被動樁模型試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。

如圖1、2、所示，本實(shí)用新型的被動樁模型試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是，該系統(tǒng)包括模型箱、移動滑塊10、壓樁裝置、豎向加載系統(tǒng)、側(cè)向加載系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及模型樁15。所述模型箱里設(shè)有的模型槽3內(nèi)裝有砂土5，利用豎向液壓千斤頂25將模型樁15壓入模型槽3中的砂土5中，在模型樁15樁頂安裝豎向加載系統(tǒng)，利用側(cè)向液壓千斤頂34推動移動滑塊10，然后利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄樁身試驗(yàn)參數(shù)模擬被動樁模型試驗(yàn)。

所述模型箱包括有底部支座1、螺旋桿件27、固定滑片2、模型槽3、外部擋板支架4、頂絲Ⅰ6、內(nèi)部擋板支架7、頂絲Ⅱ8和擋板9，固定滑片2固定在底部支座1兩側(cè)的上表面，模型槽3安裝在固定滑片2上，頂絲Ⅰ6安裝在外部擋板支架外側(cè)，頂絲Ⅱ8安裝在擋板9外側(cè)，外部擋板支架4對稱分布在模型槽3的前側(cè)邊緣，外部擋板支架4內(nèi)設(shè)有可上下移動的內(nèi)部擋板支架7，頂絲Ⅰ6穿過外部擋板支架6頂住內(nèi)部擋板支架7外邊緣鎖緊，固定內(nèi)部擋板支架7，頂絲Ⅱ穿過擋板9頂住內(nèi)部擋板支架7外邊緣鎖緊，固定擋板9。

壓樁裝置包括龍門架12、刻度21、豎向液壓千斤頂25、液壓泵37、定位橫梁23、樁套22、控制臺26，豎向液壓千斤頂20安裝在龍門架12的上端橫梁上，通過液壓管36與液壓泵32相連接，液壓泵32通過導(dǎo)線38與控制臺26連接，豎向液壓千斤頂25的前端設(shè)置在定位橫梁23上部，模型樁15的樁頂放入樁套22內(nèi)，所述的模型樁15外表面安裝有應(yīng)變片39，并通過應(yīng)變片導(dǎo)線40穿過預(yù)留孔16與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接。

所述豎向加載系統(tǒng)包括套管17、加載盤18、安全環(huán)19和安全繩20，所述的套管17套在模型樁15上，加載盤18固定在套管17上，在加載盤18兩側(cè)和龍門架12的橫梁上兩側(cè)分別安裝有兩個安全環(huán)19，在安全環(huán)19上連接有安全繩20。

所述側(cè)向加載系統(tǒng)包括加載模塊28、受力橫柱24、托舉架30、豎向指針31)、記錄標(biāo)尺32、側(cè)向液壓千斤頂34、側(cè)向加載支架35、控制臺26及液壓泵37，加載模塊28與受力橫柱29相連接，受力橫柱29固定在托舉架30上，托舉架30嵌套在記錄標(biāo)尺32上，豎向指針31安裝在托舉架30上，側(cè)向液壓千斤頂34與液壓泵37連接，側(cè)向液壓千斤頂34頂住受力橫柱29后端，施加荷載，受力橫柱29帶動加載模塊28推動移動滑塊10向前滑動。

所述的固定滑片2對稱固定在底部支座1上，模型槽3安裝在兩片固定滑片2上，模型槽3底部與螺旋桿件27相連，所述的外部擋板支架4固定在模型槽3前面的兩側(cè)，外部擋板支架4上設(shè)置有對內(nèi)部擋板支架7調(diào)整高度的頂絲Ⅰ6，通過頂絲Ⅰ6鎖緊；所述的擋板9上設(shè)置有頂絲Ⅱ8，將擋板9嵌套在內(nèi)部擋板支架7上，通過頂絲Ⅱ8鎖緊。

所述龍門架12內(nèi)側(cè)設(shè)置有一對固定滑輪11，樁套22固定在定位橫梁23底部中間位置，壓樁時將樁套22套在模型樁15的樁頂，定位橫梁23可沿著龍門架12上下移動，其中定位橫梁23上安裝有水平儀24；所述的龍門架12沿著定位橫梁23移動的方向上有刻度21；所述的豎向液壓千斤頂25與液壓泵37通過液壓管36相連，所述液壓泵37與控制臺26通過導(dǎo)線38相連，在龍門架12兩側(cè)固定有位移計(jì)支架13，在位移支架13中央固定有位移計(jì)14，位移計(jì)14前端頂在模型樁15的外表面，設(shè)置上下兩個位移計(jì)14，位移計(jì)14連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

所述側(cè)向加載支架35上設(shè)置有螺旋調(diào)高器33，所述螺旋調(diào)高器33與側(cè)向液壓千斤頂34相連。

如圖3、圖4所示，在試驗(yàn)前，制作模型樁15，沿模型樁15的外側(cè)確定兩條對稱軸線，在每條軸線上對稱的各取16個點(diǎn)，第一個點(diǎn)距離樁底50mm，然后依次每隔75mm取至第13個點(diǎn)，再依次每隔50mm取至第16個點(diǎn)，然后在每個點(diǎn)上安裝應(yīng)變片39，第16個應(yīng)變片39距離樁端500mm，在樁端處應(yīng)變片40穿出。

接下來進(jìn)行試驗(yàn)，具體步驟如下：

第一步，填土。確定現(xiàn)場土質(zhì)的密度，確定模型篩41的高度，如圖5-1、5-2中的模型篩41，模型篩41內(nèi)并排分布大小相同的篩孔42，篩孔42可根據(jù)試驗(yàn)需要設(shè)置密集度。利用砂雨的方法每次讓砂土5通過篩孔42落入模型槽3內(nèi)，在模型槽3上擺放等量的移動滑塊10，保證每一次砂土5的落距相同，保證每次填土的密度相同，填土完成后，調(diào)整螺旋桿件27，使模型槽3前后移動到合適的位置，確定移動土層和固定土層的高度，安裝擋板9，將內(nèi)部擋板支架7提到相應(yīng)高度，用頂絲Ⅰ6將內(nèi)部擋板支架7固定在外部擋板支架4上，然后將擋板9嵌套在內(nèi)部擋板支架7上，用頂絲Ⅱ8將擋板9固定在內(nèi)部擋板支架7上。

第二步，壓樁。安裝壓樁位置，用液壓管36將豎向液壓千斤頂25和液壓泵37連接，將模型樁15豎直放置，樁頭插入砂土5中少許，樁頂用樁套17套住，避免模型樁15傾斜，觀察水平儀24將定位橫梁23調(diào)至水平，豎向液壓千斤頂25頂在定位橫梁23上面，開始進(jìn)行壓樁，龍門架12兩端有刻度21，可以讀取壓樁的高度，精確到1mm，同時可以通過控制臺觀察壓樁力。

第三步，安裝豎向加載系統(tǒng)。壓樁完畢后，將套管17套在模型樁15上，根據(jù)試驗(yàn)中樁頂施加荷載大小，在套管17上安裝并固定一定數(shù)量的加載盤18，安裝安全環(huán)19，安全繩20穿過安全環(huán)19防止加載盤18脫落造成事故。豎向加載系統(tǒng)安裝在模型樁15樁頂處，能與模型樁15運(yùn)動保持一致，能夠很好的模擬模型樁15受恒定豎向荷載的試驗(yàn)。

第四步，安裝位移計(jì)。將位移計(jì)支架13安裝在龍門架12兩側(cè)，根據(jù)試驗(yàn)要求上下調(diào)整兩個位移計(jì)支架13的位置，將位移計(jì)14固定在位移計(jì)支架13上，位移計(jì)14和模型樁15同時與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接。

第五步，安裝側(cè)向加載系統(tǒng)并推樁。所述的側(cè)向加載系統(tǒng)包括加載模塊28、受力橫柱29、托舉架30、豎向指針31、記錄標(biāo)尺32、側(cè)向液壓千斤頂34、側(cè)向加載支架35、控制臺26及液壓泵37。加載模塊28與受力橫柱29相連接，受力橫柱29固定在托舉架30上，將托舉架30嵌套在記錄標(biāo)尺32上，豎向指針31安裝在托舉架30上，側(cè)向液壓千斤頂34與液壓泵37連接，側(cè)向液壓千斤頂34對受力橫柱29施加荷載，將力傳遞給加載模塊28推動移動滑塊10向前滑動。

第六步，數(shù)據(jù)采集。整個采集系統(tǒng)包括土體側(cè)向位移采集、樁基側(cè)向位移采集、樁身應(yīng)變采集。所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括記錄標(biāo)尺32、刻度20、應(yīng)變片39、應(yīng)變片導(dǎo)線40、位移計(jì)14、DH3816靜態(tài)應(yīng)變儀以及計(jì)算機(jī)，所述的刻度量程2m，精度為1mm，能夠精確采集壓樁高度。所述的記錄標(biāo)尺32量程300mm，精度為1mm，能夠準(zhǔn)確讀出側(cè)向土體移動的位移。所述的模型樁15上的應(yīng)變片39連接有應(yīng)變儀，應(yīng)變儀連接電腦，所述的模型樁15前方安裝有兩個位移計(jì)14，一個與模型樁15的上端接觸，另一個與模型樁15上端靠下接觸，位移計(jì)14連接應(yīng)變儀，其中每個應(yīng)變片的電阻為120Ω，柵長×柵寬為3mm×2mm，靈敏度系數(shù)為2.20±1％，能夠精確監(jiān)測出樁身應(yīng)變。

上述實(shí)例是對本實(shí)用新型技術(shù)方案的說明而非限制，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可有各種變化和更改，比如更改本裝置外觀尺寸等。凡依據(jù)本實(shí)用新型的對本類裝置所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型所要求的權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。