一种模拟地震荷载作用下抗拔桩承载力测试装置及方法

摘要

本发明涉及桩基础测试技术领域，具体涉及一种模拟地震荷载作用下抗拔桩承载力测试装置及方法。一种模拟地震荷载作用下抗拔桩承载力测试装置，包括：土样底座，所述土样底座上表面适于放置土样，所述土样内设有模型桩；地震荷载加载台，设于土样底座的下方；拔力结构，所述拔力结构包括加载杆，所述加载杆与模型桩对应设置；控制结构，包括控制器，所述控制器分别与加载杆、地震荷载加载台通讯连接。本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的抗拔桩承载力试验装置中，试验无法模拟出地震荷载下的工程状况，对抗拔桩的测试不够全面的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及桩基础测试技术领域，具体涉及一种模拟地震荷载作用下抗拔桩承载力测试装置及方法。

背景技术

随着城市建设的不断发展，人们开始转向利用地下空间进行建设，而地下建筑物往往需要承受地下水带来的巨大浮力。由此，抗拔桩广泛应用于大型地下结构、海上码头、高耸构筑物等建筑的基础工程中。同时，在城市地下空间开发过程中，将不可避免地出现地下构筑物穿越可液化土体的情况，在发生地震时，可液化土体会在地震波荷载作用下发生液化现象，失去原有承载力，造成地下空腔结构上浮力增大的情况，严重则会造成地下构筑物永久上浮，干扰人们日常生活。现有的抗拔桩承载力试验装置中，试验无法模拟出地震荷载下的工程状况，对抗拔桩的测试不够全面。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的抗拔桩承载力试验装置中，试验无法模拟出地震荷载下的工程状况，对抗拔桩的测试不够全面的缺陷，从而提供一种模拟地震荷载作用下抗拔桩承载力测试装置及方法。

为了解决上述问题，本发明提供了一种模拟地震荷载作用下抗拔桩承载力测试装置，包括：

土样底座，所述土样底座上表面适于放置土样，所述土样内设有模型桩；

地震荷载加载台，设于土样底座的下方；

拔力结构，所述拔力结构包括加载杆，所述加载杆与模型桩对应设置；

控制结构，包括控制器，所述控制器分别与加载杆、地震荷载加载台通讯连接。

可选地，所述拔力结构还包括液压机，所述液压机的活动横梁的下方与加载杆固定连接，所述活动横梁上设有位移感应器。

可选地，还包括密封围压结构，所述密封围压结构设于土样的外周，所述密封围压结构的顶盖设有通孔和排气孔。

可选地，所述控制结构还包括土压感应器、孔压感应器、显示屏，所述土压感应器设于土样内、孔压感应器设于模型桩的外周，所述显示屏、土压感应器和孔压感应器分别与控制器线路连接。

可选地，还包括土样帽结构，所述土样帽结构包括设于土样上方的活塞套、以及与土样的外侧壁贴合的模体，所述活塞套内设有活塞杆，所述活塞杆的下表面与模型桩的上表面贴合设置。

可选地，还包括设于定位架，所述定位架设于模型桩的底端。

可选地，还包括透水结构，所述透水结构包括下部透水石和下部滤纸，所述下部透水石和下部滤纸自下而上依次设于土样底座和定位架之间。

可选地，所述透水结构还包括上部透水石和上部滤纸，所述上部透水石和上部滤纸自上而下依次设于活塞套和土样之间。

可选地，还包括第一排水管、第二排水管和第三排水管，所述密封围压结构包括密封室底座，所述土样底座位于密封室底座上方；

所述第一排水管的入水口设于上部滤纸与上部透水石间、且通过设置在所述密封室底座上的第一排水口排水；

所述第二排水管的入水口设于土样内、且通过设置在所述密封室底座上的第二排水口排水；

所述第三排水管的入水口设于下部滤纸与下部透水石间、且通过设置在所述密封室底座上的第三排水口排水。

一种模拟地震荷载作用下抗拔桩承载力测试装置的方法，包括以下步骤：在测试状态下，控制器控制地震荷载加载台施加地震荷载，加载杆待施加完地震荷载后向上拉拔模型桩至预设位置，所述控制器以计算出土样内应力应变关系。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的模拟地震荷载作用下抗拔桩承载力测试装置，包括：土样底座，土样底座上表面适于放置土样，土样内设有模型桩；地震荷载加载台，设于土样底座的下方；拔力结构，拔力结构包括加载杆，加载杆与模型桩对应设置；控制结构，包括控制器，控制器分别与加载杆、地震荷载加载台通讯连接。在测试状态下，控制器控制地震荷载加载台施加地震荷载，加载杆待施加完地震荷载后向上拉拔模型桩至预设位置，控制器以计算出土样内应力应变关系，模拟出地震荷载下的模型桩工况，实现对模型桩的全面测试。

2.本发明提供的模拟地震荷载作用下抗拔桩承载力测试装置，拔力结构还包括液压机，液压机的活动横梁的下方与加载杆固定连接，所述活动横梁上设有位移感应器，活动横梁带动加载杆进行上下移动，通过位移感应器测量加载杆的运动距离。

3.本发明提供的模拟地震荷载作用下抗拔桩承载力测试装置，还包括密封围压结构，所述密封围压结构设于土样的外周，密封围压结构的顶盖设有通孔和排气孔，以对排除密封围压结构内的土样内的气体。

4.本发明提供的模拟地震荷载作用下抗拔桩承载力测试装置，控制结构还包括土压感应器、孔压感应器、显示屏，土压感应器设于土样内、孔压感应器设于模型桩的外周，显示屏、土压感应器和孔压感应器分别与控制器线路连接，土压感应器感应到土样内压力变化、孔压感应器感应孔内压力变化并实时传递至控制器内，由控制器进行计算后反映在显示屏上。

5.本发明提供的模拟地震荷载作用下抗拔桩承载力测试装置，还包括土样帽结构，土样帽结构包括设于土样上方的活塞套、以及与土样的外侧壁贴合的模体，活塞套内设有活塞杆，活塞杆的下表面与模型桩的上表面贴合设置，再由土样帽结构的活塞杆与加载杆接触，避免加载杆施力过大对模型桩造成伤害。

6.本发明提供的模拟地震荷载作用下抗拔桩承载力测试装置，还包括设于定位架，定位架设于模型桩的底端，定位架以对模型桩进行定位。

7.本发明提供的模拟地震荷载作用下抗拔桩承载力测试装置，还包括透水结构，透水结构包括下部透水石和下部滤纸，下部透水石和下部滤纸自下而上依次设于土样底座和定位架之间，以将排出土样内的水分。

8.本发明提供的模拟地震荷载作用下抗拔桩承载力测试装置，透水结构还包括上部透水石和上部滤纸，上透水石和上部滤纸自上而下依次设于活塞套和土样之间，以实现活塞套与土样间的滤水。

9.本发明提供的模拟地震荷载作用下抗拔桩承载力测试装置，还包括第一排水管、第二排水管和第三排水管，密封围压结构包括密封室底座，土样底座位于密封室底座上方；第一排水管的入水口设于上部滤纸与上部透水石间、且通过设置在所述密封室底座上的第一排水口排水；第二排水管的入水口设于土样内、且通过设置在所述密封室底座上的第二排水口排水；第三排水管的入水口设于下部滤纸与下部透水石间、且通过设置在所述密封室底座上的第三排水口排水。通过排水管进行排水。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施方式中提供的模拟地震荷载作用下抗拔桩承载力测试装置的示意图。

附图标记说明：1、液压机；101、加载杆；2、活动横梁；3、位移感应器；4、地震荷载加载台；5、密封围压结构；501、杆套；502、第一硅脂泵；503、顶盖；6、固定螺杆；7、有机玻璃筒；8、围压室底座；801、第一排水口；802、第二排水口；803、第三排水口；9、土样帽结构；901、活塞杆；902、活塞套；903、第二硅脂泵；10、模型桩；11、土样；12、土样底座；13、定位架；14、模体；1501、下部透水石；1502、下部滤纸；1503、上部透水石；1504、上部滤纸；16、控制器；17、压力控制结构；18、显示屏。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

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。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本发明提供的模拟地震荷载作用下抗拔桩承载力测试装置，包括：土样底座12，土样底座12上表面适于放置土样11，土样11内设有模型桩10；地震荷载加载台4，设于土样底座12的下方；拔力结构，拔力结构包括加载杆101，加载杆101与模型桩10对应设置；控制结构，包括控制器16，控制器16分别与加载杆101、地震荷载加载台4通讯连接。在测试状态下，控制器16控制地震荷载加载台4施加地震荷载，加载杆101待施加完地震荷载后向上拉拔模型桩10至预设位置，控制器16以计算出土样11内应力应变关系，模拟出地震荷载下的模型桩10工况，实现对模型桩10的全面测试。

实施例2

如图1所示的模拟地震荷载作用下抗拔桩承载力测试装置的一种具体实施方式，包括：地震荷载加载台4，地震荷载加载台4上方设有土样底座12，土样底座12上方设有土样11，土样11内插设有模型桩10。

为施加给模型桩10向上的拔力，如图1所示，还设有拔力结构，拔力结构包括设有活动横梁2的液压机1，活动横梁2的下方固定连接有加载杆101、且活动横梁2上设有位移感应器3。

为了便于抽取土样11内的空气，还设有密封围压结构5，密封围压结构5设于土样11的外周，包括密封室底座、顶盖503、以及设于二者之间的有机玻璃筒7，其中，土样底座12位于密封室底座上方，密封室底座上设有第一排水口801、第二排水口802和第三排水口803，顶盖503上设有通孔和排气孔、且排气孔连接有抽真空泵，其中，加载杆101穿设于通孔内，且加载杆101设于顶盖503上方的部分套设有杆套501，杆套501的外周设有第一硅脂泵502。为便于紧固顶盖503和底座，有机玻璃筒7的外周设有固定螺杆6。(不太明白第一硅脂泵502和第二硅脂泵903的具体作用，还请给出具体的解释。)

为便于形成土样11，还设有土样帽结构9，土样帽结构9包括设于土样11上方的活塞套902、以及与土样11的外侧壁贴合的模体14，活塞套902内设有活塞杆901、且活塞套902的外周设有第二硅脂泵903，活塞杆901的下表面与模型桩10的上表面贴合设置、且固定连接。

为便于固定模型桩10，模型桩10的上下端分别设有一个定位架13，其中，下端定位架13设于土样底座12和土样11下表面之间，上端的定位架13设于活塞套902和土样11下表面之间。

为便于土样11内排水，还设有透水结构，透水结构包括下部透水石1501和下部滤纸1502、上部透水石1503和上部滤纸1504、以及第一排水管、第二排水管和第三排水管。下部透水石1501和下部滤纸1502自下而上依次设于土样底座12和下端的定位架13之间，上部透水石1503和上部滤纸1504，上部透水石1503和上部滤纸1504自上而下依次设于上端定位架13和土样11之间。第一排水管的入水口设于上部滤纸1504与上部透水石1503间、且通过设置在密封室底座上的第一排水口801排水；第二排水管的入水口设于土样11内、且通过设置在密封室底座上的第二排水口802排水；第三排水管的入水口设于下部滤纸1502与下部透水石1501间、且通过设置在密封室底座上的第三排水口803排水。通过设置透水结构，使土样11内具有不同的湿度，模拟不同的地质环境，以使模型桩10更加贴合实际的工作环境。为控制排水口的开闭，第一排水口801、第二排水口802和第三排水口803均设有开关。

为了便于给土样11施加围压，还设有压力控制结构17。(压力控制结构17如何施加围压，还请给出具体解释。)

为便于控制，还设有控制结构，控制结构还包括控制器16、土压感应器、孔压感应器、显示屏18，土压感应器设于土样11内、孔压感应器设于模型桩10的外周，显示屏18、土压感应器、活动横梁2、液压机1、加载杆101、位移感应器3、地震荷载加载台4和孔压感应器分别与控制器16线路连接。

本发明提供了一种模拟地震荷载作用下抗拔桩承载力测试装置的使用方法，包括以下步骤：

1)准备与工程实际相同的抗拔模型桩10和相应级配的土样11；

2)成样，在土样底座12上从下至上依次放置下部透水石1501、下部滤纸1502和定位架13，在定位架13中心孔位内放置弹簧用于保护下部透水石1501，将模体14套在土样底座12上，并用橡皮筋箍紧，然后放置对开制样模具，将模体14套在制样模具内侧，将模型桩10底部放置在定位架13中心圆孔内，并在模型桩10底部和弹簧间留出5cm间距，同时放置定位架13并固定模型桩10上端，采用分层压实法在模体14内制备土样11，拆除固定于模型桩10上端的定位架13，再在土样11上面从下至上依次放置上部环形滤纸和上部环形透水石，将活塞杆901与模型桩10顶部固定连接后将活塞套902放置在上部环形透水石上，并将模体14上部套在土样帽结构9的侧壁上，用橡皮筋箍紧，对桩土试样抽气形成负压以保证桩土试样直立，然后缓慢拆除制样模具；

3)压力感应器和位移感应器3读数清零，将有机玻璃筒7和密封围压结构5安装在密封围压室底座8上，并用固定螺杆6拧紧，接着将加载杆101和活塞杆901固定连接，再控制活动横梁2；

4)对土样11进行饱和，完成试样饱和之后，根据实际工程中桩体埋深情况，通过压力控制结构17施加与实际土体侧压力相同的围压，来实现对试样受力情况的模拟，到达目标围压值之后维持足够的时间以达到土体固结的效果；

5)固结完成之后，操作地震荷载加载台4，对土样11施加地震波振动荷载，以模拟实际地震荷载，加载过程中通过控制第一排水口801和第二排水口802的开关来模拟排水和不排水的工况，当地震波荷载达到目标周期时停止加载；

6)地震荷载加载完成之后，保持试样不排水，控制液压机1，采用匀速缓慢向上抬升活动横梁2的方式对模型桩10施加上拔力，当模型桩10达到目标位移值时停止试验；

7)试验过程中通过控制器16对模型桩10所受上拔荷载以及土体受力情况、孔压变化和体积变化进行数据采集，并通过控制器16进行数据处理，最后通过整理分析由显示屏18投射出在地震荷载下抗拔桩－土间应力应变关系，为抗拔桩设计提供参考。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。