桩基在软弱土中震动沉陷时的承载力试验装置及试验方法

摘要

本发明公开了一种桩基在软弱土中震动沉陷时的承载力试验装置及试验方法，试验装置包括模型箱，模型箱中，自上至下依次设置有软土层、震动沉陷装置和持力层，震动沉陷装置包括升降台壳体和设置在升降台壳体中的升降台面板，升降台壳体中设置有用于带动升降台面板上下运动的电动升降机，升降台面板和软土层之间设置有多个弹性件，被测试的一个单桩的下部埋置于持力层内，向上穿过震动沉陷装置和软土层，上端伸出模型箱的顶板。利用震动沉陷装置模拟软土地区桩土的震动沉陷，可通过设定升降台面板的移动距离设定任意沉降量，从而更加全面的研究沉陷对桩基础的影响。利用震动沉陷装置上的弹簧模拟了地震过程，更为接近真实情况，试验数据准确可靠。

说明书

技术领域

本发明属于工程模型试验技术领域，具体涉及一种桩基在软弱土中震动沉陷时的承载力试验装置及试验方法。

背景技术

软土是指天然含水量大于液限、天然孔隙比大于或等于1.0，具有高压缩性、低强度、高灵敏度、低透水性和高流变性且在强震作用下可能出现震陷的细粒土。目前，我国存在大量修建于软土地区的公路桥梁桩基，当受到地震荷载作用时，桩周软土会向下震陷，桥梁桩基会受到负摩阻力，使得桥梁桩基的承载力降低，桥梁桩基抵抗外荷载的能力大大降低，甚至会造成桥梁整体功能丧失。

由此可知，软土震陷是公路桥梁桩基需要考虑的一项重要问题，然而目前已有的软土震陷实验装置均未能很好的模拟地震过程以及探明指定沉降量对公路桥梁桩基受力以及变形特性的影响。因此迫切需要一种试验装置来探明软土震陷沉降量对公路桥梁桩基的影响。

发明内容

本发明提供了一种桩基在软弱土中震动沉陷时的承载力试验装置及试验方法，模拟地震过程并精确控制沉降量，测量桩基在不同沉降量下的承载力。

为达到上述目的，本发明所述一种桩基在软弱土中震动沉陷时的承载力试验装置，包括模型箱，所述模型箱中自上至下依次设置有软土层、震动沉陷装置和持力层，所述震动沉陷装置包括升降台壳体和设置在升降台壳体中的升降台面板，所述升降台壳体中设置有用于带动升降台面板上下运动的升降机，所述升降台面板和软土层之间设置有多个弹性件，被测试的一个单桩的下部埋置于持力层内，向上穿过升降台面板和软土层，上端伸出模型箱的顶板。

桩基在软弱土中震动沉陷时的承载力试验装置，包括模型箱，所述模型箱中，自上至下依次设置有软土层、震动沉陷装置和持力层，所述震动沉陷装置包括升降台壳体和设置在升降台壳体中的升降台面板，所述升降台壳体中设置有用于带动升降台面板上下运动的升降机，所述升降台面板和软土层之间设置有多个弹性件，被测试的多个单桩的下部埋置于持力层内，向上穿过升降台面板和软土层，上端伸出模型箱均固定在承台上。

进一步的，软土层下端固定有钢板。

进一步的，弹性件为弹簧。

进一步的，弹簧均匀布置。

进一步的，软土层的材料为粉质黏土层。

进一步的，持力层的材料为黏土。

一种桩基在软弱土中震动沉陷时的承载力试验方法，包括以下步骤：

步骤1、制作模型箱；

步骤2、将贴有应变片的基桩下部放入模型箱中，然后在模型箱中装填持力层；

步骤3、在持力层上方安装震动沉陷装置，所述震动沉陷装置包括升降台壳体和设置在升降台壳体中的升降台面板；

步骤4、在震动沉陷装置上方装填软土层，得到试验装置；

步骤5：将试验装置置于振动台上进行振动，待振动完成后，测量桩基的应变值以及沉降量；随后通过控制升降台面板上下移动的位置，进行沉降量控制，测量不同沉降量下桩基的应变值；

步骤6、对步骤5得到的应力值进行处理，得到试验过程中桩基的竖向承载特性。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：

本发明所述的装置利用震动沉陷装置模拟软土地区桩土的震动沉陷，通过设定升降台面板的移动距离设定任意沉降量，测量桩基在不同沉降量下的承载力，从而更加全面的研究沉陷对桩基础的影响，利用震动沉陷装置上的弹簧模拟地震过程，更接近真实情况，试验数据准确可靠。能够探明指定沉降量对公路桥梁桩基受力以及变形特性的影响，从而对桥梁结构整体可靠性进行分析。

进一步的，适用于单桩基础，也适用于群桩基础，实用性广。

进一步的，软土层下端固定有钢板，钢板用以承托上部土层，使弹性件的力均匀的传递至上部土层。

进一步的，软土层采用粉质黏土层，模拟现场实际土体。

进一步的，持力层的材料为黏土，模拟现场实际土体。

本发明所述的方法，利用上述装置模拟地震过程，并通过控制升降台面的位移，模拟震动沉陷时过程，并测量桩基应力值，得到桥梁桩基的承载特性，能够探明指定沉降量对公路桥梁桩基受力以及变形特性的影响，从而对桥梁结构整体可靠性进行分析。

附图说明

图1为本发明单桩震动沉陷试验装置示意图；

图2为本发明单桩内部整体示意图；

图3为本发明单桩升降台升起示意图；

图4为本发明单桩升降台下放示意图；

图5为本发明单桩震动沉陷装置俯视图；

图6为本发明群桩震动沉陷试验装置意图；

图7为本发明群桩内部整体示意图；

图8为本发明群桩升降台升起示意图；

图9为本发明群桩升降台升下放图；

图10为本发明群桩震动沉陷装置俯视图。

附图中：1-模型箱，2-软土层，3-持力层，4-钢板，5-升降台壳体，6-升降台面板，7-单桩，8-弹簧，9-承台。

具体实施方式

为了使本发明的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参照图1至图5，桩基在软弱土中震动沉陷时的承载力试验装置(单桩)，通过遥控设置沉降量，到达指定沉降位置后，分析沉降量对桩基受力以及变形特性的影响。

本发明是软土桩基震动沉陷模型试验装置，主要由模型箱1、软土层2、持力层3和震动沉陷装置等几部分组成。震动沉陷装置可进行模拟震动过程并遥控设定下沉量，以研究震动条件下不同沉降量对桩基础结构受力以及变形特性的影响，从而可探明震动沉降对桩基的影响。

其中，软土层2、震动沉陷装置和持力层3自上至下依次设置在模型箱1中。

软土层2为上部土层，模拟具有高压缩性、低强度、高灵敏度、低透水性和高流变性且在强震作用下可能出现震陷的粉质黏土层。持力层3为下部土层，采用坚硬黏土，是直接承受基础荷载的土层。

震动沉陷装置包括升降台和钢板4，升降台包括升降台壳体5、升降台面板6和弹簧8，升降台壳体5中安装有电动升降机和升降台面板6，电动升降机可采用思玛科220V或110V自动识别高度电动无线遥控榻榻米升降机，型号可根据升降的行程确定，选择250型，285型、310型、340型，360型，400型、420型或460型，电动升降机用于带动升降台面板6上下运动，升降台面板6能够在升降台壳体5中升降，可通过电动升降机的遥控器设定升降台面板6的下沉量，模拟沉降量。升降台面板6上端面焊接有弹簧8，钢板4下端面和弹簧8的顶面焊接。弹簧8的作用是模拟震陷，使土层发生震陷。钢板4上部为软土层2，用以承托上部土层。升降台壳体5设置在持力层3上，升降台面板6下为持力层3。初始状态下升降台面板6和升降台壳体5的上端面齐平。

单桩7为设置于土中的竖直或倾斜的基础构件，其作用在于穿越软弱的高压缩性土层或水，将外部荷载传递到地基持力层3上。单桩7的下部埋置于持力层3内，穿过钢板4、软土层2，上端插入模型箱1上开设的通孔中，且上端面模型箱1的箱盖上端面齐平。

实施例2

参照图6至图10，本实施例和实施例1的不同之处在于，本实施例适用于有多根单桩7的情况，所有的单桩7过钢板4、软土层2和模型箱1的箱盖，上端和承台9固定连接。承台9用于连接各个基桩7，共同组成一个整体，将上部荷载较均匀分布在各个桩体上。

桩基在软弱土中震动沉陷时的承载力试验方法，包括以下步骤：

步骤1：制作符合试验室试验尺寸规范的模型箱1，用以盛放震动沉陷装置、软土层2和持力层3；

步骤2：模型箱1制作完毕后，进行持力层土层的装填，在基桩7上黏贴有应变片，根据实验要求将预留基桩7放入持力层3；

步骤3：持力层3装填完毕后，在持力层3上方安装震动沉陷装置；

步骤4：安装完毕震动沉陷装置后，在震动沉陷装置上方装填软土层；

步骤5：全部安装完毕后，将试验装置整体置于振动台上进行振动，待振动完成后，测量桩基7的应变以及沉降量；随后通过电动升降机的遥控器控制调节升降台面板(6)的高度——即沉降量，测量不同沉降量下桩基7的应变值，根据桩基7的应变值计算桩基7的应力值；

步骤6：对步骤5得到的应力值进行处理，得到试验过程中桩基7的竖向承载特性。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。