土工离心模型试验模型桩的压桩装置

摘要

本发明公开了一种土工离心模型试验模型桩的压桩装置。中底板与下底板螺栓固定，上底板一端与中底板一端铰接，中底板另一端两侧设置角度调节支架，上底板另一端两侧设有角度调整锁紧螺丝，调节上底板角度后锁紧；四根柱形导轨安装在上底板四个角上，电机托板安装在四根柱形导轨上部，电机托板侧面的电机托板锁紧螺丝将电机托板固定在四根柱形导轨上，与减速器相连的调速电机安装在电机托板上，与减速器输出轴相啮合的螺杆的一端穿过电机托板后固接在移动块板中心，模型桩的一端安装在移动块板下部。该装置能针对单桩和群桩等实施压入过程，能够调节桩的压入角度和速度，保证模型桩埋设位置的准确，能够在1g和离心环境下完成压桩过程。

说明书

技术领域

本发明涉及一种离心模型试验装置，尤其是涉及一种土工离心模型试验模型桩的压桩装置。

背景技术

桩基是处理软弱土层提高地基承载力的有效工程措施之一，在工业民用建筑、道路和港口等建设中广为采用，桩基施工方法可分为预制插入式和现浇灌入式；可垂直地面埋设，也可与地面有一倾角插入。

近年来随着土工离心机试验技术的发展，利用土工离心机产生的离心加速度可以将原型桩基缩小n倍，再现桩基的实际工作状况，进而获取桩基的承载力以及埋入土层后桩的变形、应力等参数，成为工程技术和科研人员研究桩基问题有效方法。

在离心模型试验中，模型制备是一个重要的工作，离心模型尺寸小、精度要求高、制作技术难度大。制模过程中的误差，轻者影响试验结果，严重的造成试验失败。在模型桩压入模型土过程中如采用手工或简单机具，单桩的角度、桩与桩间的相对位置很难得到保证，对桩周土体的扰动较大，使试验结果准确性和可靠性受到影响。可见，桩基离心模型试验中，模型桩压入土层的工作是一个重要工序，稍有不慎，将影响试验成果的准确性，采取一种精密的、标准化的机械压桩装置是提高试验精度的有效方法。

目前，有报道的压桩装置有液压和气压式的，即采用液压缸或气压缸作为出力装置对模型桩施加压力使其进入模型土中。采用上述两种装置的不足在于：（1）液压缸和气压缸长度有限，限制缸中推杆的行程，增加行程需要更换缸体，费事、费力、成本高；（2）液压缸和气压缸实现位移控制的作动模式需要一套伺服反馈控制系统，成本较高，慢速下推杆移动速度稳定性不好；（3）液压缸和气压缸分别需要油源和气源，实际之中需要专门建设，不易获得。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种土工离心模型试验模型桩的压桩装置，该装置能针对单桩和群桩等实施压入过程，能够调节桩的压入角度和速度，保证模型桩埋设位置的准确，能够在1g和离心环境下（ng，n>1）完成压桩过程，从而满足不同离心模型试验要求。

本发明采用的技术方案是：

本发明中的底板由下底板、中底板和上底板组成；中底板通过调节螺栓与下底板固定，上底板一端与中底板一端两侧的转轴支架铰接，中底板另一端两侧设置角度调节支架，上底板另一端两侧设有角度调整锁紧螺丝，角度调整锁紧螺丝位于角度调节支架弧形槽中，调节上底板角度后锁紧；四根柱形导轨对称安装在上底板四个角上，移动块板放置在柱形导轨中间，电机托板安装在四根柱形导轨上部，电机托板侧面的四个电机托板锁紧螺丝将电机托板固定在四根柱形导轨上，与减速器相连的调速电机安装在电机托板的一端，电机托板的另一端设有平衡铁块，与减速器输出轴相啮合的螺杆的一端穿过电机托板固接在移动块板中心，模型桩的一端安装在移动块板下部，模型桩的另一端穿过底板直至模型中。

所述的下底板中心孔周围设有同心的两个半圆弧槽，中底板设有两个调节螺栓穿过下底板的半圆弧槽，调节中底板的水平旋转角度后，锁紧调节螺栓。

本发明具有的有益效果是：

本装置具有多个可移动机构，实现不同压入位置和桩身角度的调节，具有良好的灵活性和满足不同实验要求，本装置的行程主要由螺杆长度和导轨长度决定，按照不同要求更换螺杆简单易行；本装置采用电力驱动，对电源无特殊要求，使用方便；本装置在1g条件和离心环境下（ng，n>1）均可使用，满足不同试验要求；综述所述，本装置结构简单，操作简便，对技术人员和使用条件要求低，模型制备精度高，能够满足不同离心试验要求。

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图。

图2是本发明上底板的俯视图。

图3是本发明中底板的俯视图。

图4是本发明下底板的俯视图。

图中：1、下底板，2、模型，3、模型箱，4、中底板，5、上底板，6、模型桩，7、移动块板，8、四根柱形导轨，9、电机托板，10、减速器，11、螺杆，12、调速电机，13、电机托板锁紧螺丝，14、平衡铁块，15、锁紧定位孔，16、角度调整支架，17、角度调整锁紧螺丝，18、转轴支架，19、转轴，20、调节螺栓。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2所示，本发明中的底板由下底板1、中底板4和上底板5组成；中底板4通过调节螺栓20与下底板1固定，上底板5一端与中底板4一端两侧的转轴支架18铰接，中底板4另一端两侧设置角度调节支架16，上底板5另一端两侧设有角度调整锁紧螺丝17，角度调整锁紧螺丝17位于角度调节支架16弧形槽中，调节上底板5角度后锁紧；四根柱形导轨8对称安装在上底板5四个角上，移动块板7放置在柱形导轨8中间，电机托板9安装在四根柱形导轨8上部，电机托板9侧面的四个电机托板锁紧螺丝13将电机托板9固定在四根柱形导轨8上，与减速器10相连的调速电机12安装在电机托板9的一端，电机托板9的另一端设有平衡铁块，与减速器10输出轴相啮合的螺杆11的一端穿过电机托板9后与移动块板7中心固接，模型桩6的一端安装在移动块板7下部，模型桩6的另一端穿过底板直至模型2中。

如图3、图4所示，所述的下底板1中心孔周围设有同心的两个半圆弧槽，中底板4设有两个调节螺栓20穿过下底板1的半圆弧槽，调节中底板(4)的水平旋转角度后，锁紧调节螺栓20。

下面是本发明的实施例：

实施例1：

在1g条件使用：首先装置水平放置在模型箱3上，确定准确的插桩位置将下底板1固定在模型箱3上。然后，根据试验计划确定模型桩6的长度，调整电机托板9的高度，调整完成后拧紧电机托板锁紧螺丝13。根据模型桩6插入模型2的角度调节中底板4与上底板5的夹角和中底板4与下底板1的水平旋转角度，调整完成后拧紧角度调整锁紧螺丝17和调节螺栓20，启动调速电机12既可以进行压桩作业。

实施例2：

在离心环境下（ng，n>1）使用：首先装置和模型箱同时在一起放置在离心机吊篮中，确定插桩位置，将下底板1固定在模型箱3上。然后，根据试验计划确定模型桩6的长度，调整电机托板9的高度，将电机托板9固定在柱形导轨7有锁紧定位孔上15的位置，拧紧电机托板锁紧螺丝13进入锁紧定位孔15内，并安装平衡铁块14，使之与调速电机12重量平衡。根据模型桩6插入模型2的角度调节中底板4与上底板5的夹角和中底板4与下底板1的水平旋转角度，调整完成后拧紧角度调整锁紧螺丝17和调节螺栓20，启动调速电机12既可以进行压桩作业。

如果模型桩6为2根以上，应制作专门的夹具装在移动块板7下部。

驱动电机采用调速电机12，既可以调整模型桩6的插入速度，又可减少移动块板上下运动的调整时间。