专利名称：一种桩土负摩阻力的测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测量含桩土体性能的装置，具体来说，涉及一种桩土负摩阻力的测量装置。
背景技术：
目前，在国内外桩基负摩阻力室内试验中，土体加载的问题一直没有较好的解决。 已有的研究多采用高压空气或者砂土堆载，但是这两种方法都有明显的缺陷。例如，从已有几例采用高压空气对土体加载的负摩阻力试验来看，虽然可以达到较大的土体加载值 OlOOkPa)，但是需要在密封容器内进行，除试验设备造价不菲外，因容器空间有限，无法进行桩顶加载及相关测试仪器的架设。因此该试验多局限于研究均布土载作用下群桩内外的沉降差，研究内容单一。采用砂土堆载的方法对土体加载则无需在密闭容器内进行，具有较大的测试仪器架设空间，能够对多项试验数据进行采集，但是因为试验箱高度及砂土密度有限，所以模拟的土体堆载值较低(IOkPa左右)，造成桩负摩阻力值较低，严重影响试验效果O
发明内容
技术问题本发明所要解决的技术问题是提供一种桩土负摩阻力的测量装置， 该测量装置利用千斤顶对土体和模型桩加载，可以获得足够的加载压力，保证负摩阻力测量的准确性。技术方案为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是
一种桩土负摩阻力的测量装置，该测量装置包括含有第一顶梁的第一反力装置、上千斤顶、上载荷板、下载荷板、盛有土体的试验箱体、含有第二顶梁的第二反力装置、模型桩、 承台板、下千斤顶、第一位移传感器、应变片、应变采集仪、平衡梁、沉降标和第二位移传感器，其中，所述的第一反力装置、第二反力装置和应变采集仪
位于试验箱体的外侧；下载荷板位于试验箱体中的土体上表面，下载荷板中设有通孔; 模型桩的底端位于试验箱体的土体中，模型桩的顶端穿出下载荷板的通孔；承台板位于模型桩上方，且承台板的底面贴覆在模型桩的顶端；下千斤顶固定在承台板顶面，且第二反力装置的第二顶梁位于下千斤顶的上方；上载荷板位于第二反力装置上方，且上载荷板和下载荷板之间通过支撑柱固定连接，上载荷板和下载荷板均呈水平布置；上千斤顶固定在上载荷板顶面，且第一反力装置的第一顶梁位于上千斤顶的上方；平衡梁位于上载荷板与下载荷板之间，且平衡梁固定连接在试验箱体的壁面上；沉降标的底端位于试验箱体的土体中，沉降标的顶端穿出下载荷板的通孔；第一位移传感器位于沉降标的顶部，且第一位移传感器通过磁性表座固定在平衡梁上；第二位移传感器位于承台板的顶面，且第二位移传感器通过磁性表座固定在平衡梁上，第一位移传感器和第二位移传感器分别通过导线与位移采集仪连接；应变片贴覆在模型桩的表面，且应变片通过导线与应变采集仪连接。有益效果与现有技术相比，本发明具有以下有益效果
I.利用上千斤顶对土体加载，可以获得足够的加载压力，保证负摩阻力测量的准确性。现有技术中，利用高压空气在密闭环境中对土体加载，其施加的荷载力通常只有100千帕左右。而在本发明中，采用上千斤顶，通过油泵可以实现较大的加载值，模拟的土体表面堆载可以容易的达到几百千帕级别。较大的土表堆载能够引发明显的土体沉降，从而获得显著的桩基负摩阻力。由于土体沉降明显，所以通过应变采集仪、第一位移传感器和第二位移传感器采集的数据更为精准，可以减少仪器测量误差对试验结果影响。2.该测量装置无须在密封状态下工作，造价低廉。现有技术中，利用高压空气对土体加载必须在密闭环境中进行，整个测量装置的造价较高。而在本发明中，测量装置中的试验箱体为开放型，无需气密设置，测量装置的主要组成部件试验箱体、上载荷板、下载荷板、承台板、第一反力装置和第二反力装置，均为价格低廉的钢板制成。测量装置总体构造简单，造价低廉。3.测试仪器摆放空间充裕。本发明的测量装置可以根据试验需求，通过改变支撑柱的高度，获得足够的空间，用于平衡梁及第二反力装置的架设，使相关测试仪器能够有足量空间得以摆放，进而使测试项目不因仪器摆放的原因而减少。4.荷载可分级精确控制，有利于增强试验效果和提高测量数据的准确性。测量过程中，通过精确的控制上千斤顶的加载值，例如通过高精度液压表控制上千斤顶的加载值， 可以精确控制土体加载值。实际工程中，地面堆载常以阶段性分级施加的形式出现，本测量装置可通过上千斤顶分级加载，实现土体的分级堆载作用，从而更好的模拟实际情况，并相对单次土体加载获得更多的试验数据。这有利于增强试验效果和提高测量数据的准确性。
图I是本发明的正向剖视图。图2是本发明的侧向剖视图。图3是本发明中第一移传感器、平衡梁、沉降标和应变采集仪之间的连接结构图。图4是本发明中的上载荷板和下载荷板的俯视图。图中有第一反力装置I、上千斤顶2、上载荷板3、下载荷板4、试验箱体5、第二反力装置6、模型桩7、承台板8、下千斤顶9、第一位移传感器10、应变片11、应变采集仪12、支撑柱13、土体14、平衡梁15、沉降标16、第二位移传感器17、磁性表座18、拉杆19、第一顶梁 101、第一反力柱102。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。如图I至图4所示，本发明的一种桩土负摩阻力的测量装置，包括含有第一顶梁101的第一反力装置I、上千斤顶2、上载荷板3、下载荷板4、盛有土体14的试验箱体5、含有第二顶梁的第二反力装置6、模型桩7、承台板8、下千斤顶9、第一位移传感器10、应变片
11、应变采集仪12、平衡梁15、沉降标16和第二位移传感器17。第一反力装置I、第二反力装置6和应变采集仪12位于试验箱体5的外侧。下载荷板4位于试验箱体5中的土体14 上表面。下载荷板4中设有通孔。下载荷板4的通孔的数量等于沉降标16和模型桩7的数量之和。模型桩7的底端位于试验箱体5的土体14中，模型桩7的顶端穿出下载荷板4 的通孔。一根模型桩7穿出下载荷板4的一个通孔。承台板8位于模型桩7上方，且承台板8的底面贴覆在模型桩7的顶端。下千斤顶9固定在承台板8顶面，且第二反力装置6 的第二顶梁位于下千斤顶9的上方。第二顶梁用于限制下千斤顶9向上方的移动。上载荷板3位于第二反力装置6上方，且上载荷板3和下载荷板4之间通过支撑柱13固定连接。 上载荷板3和下载荷板4均呈水平布置。上千斤顶2固定在上载荷板3顶面，且第一反力装置I的第一顶梁101位于上千斤顶2的上方。第一顶梁101用于限制上千斤顶2向上方的移动。平衡梁15位于上载荷板3与下载荷板4之间，且平衡梁15固定连接在试验箱体5 的壁面上。在整个测量过程中，平衡梁15不受力，保持静止状态。沉降标16可以是多个， 并可埋设在土体14的不同深度处。沉降标16的底端位于试验箱体5的土体14中，沉降标 16的顶端穿出下载荷板4的通孔。第一位移传感器10位于沉降标16的顶部，且第一位移传感器10通过磁性表座18固定在平衡梁15上。沉降标16的顶端可以设置为平面，第一位移传感器10置于沉降标16的顶端上。磁性表座18固定在平衡梁15上,磁性表座18中的拉杆19与第一位移传感器10固定连接。第二位移传感器17位于承台板8的顶面，且第二位移传感器17通过磁性表座18固定在平衡梁15上。磁性表座18固定在平衡梁15上， 磁性表座18中的拉杆19与第二位移传感器17固定连接。第一位移传感器10和第二位移传感器17分别通过导线与位移采集仪12连接。因为第一反力装置I和第二反力装置6在测量过程中都承受荷载，结构都产生变形，所以第一反力装置I和第二反力装置6不能用于架设第一位移传感器10或第二位移传感器17，否则第一位移传感器10或第二位移传感器 17会产生很大的测量误差。应变片11贴覆在模型桩7的表面，且应变片11通过导线与应变采集仪12连接。进一步，为了保证土体14和模型桩7受力均匀，上千斤顶2位于上载荷板3
的几何中心，下千斤顶9位于承台板8的几何中心，上载荷板3的几何中心和下载荷板4的几何中心位于同一竖线上，且支撑柱13均匀布置在上载荷板3的几何中心周边，模型桩7 均匀布置在承台板8的几何中心周边。上千斤顶2位于上载荷板3的几何中心，上载荷板 3的几何中心和下载荷板4的几何中心位于同一竖线上,支撑柱13均勻布置在上载荷板3 的几何中心周边。这样可以保证上载荷板3和下载荷板4受力均匀，进而保证土体14受力均匀。如图2所示，上载荷板3和下载荷板4的横截面均为矩形，且上载荷板3和下载荷板 4的中心点位于同一竖线上。在上载荷板3和下载荷板4之间设置四根支撑柱13，且四根支撑柱13到上载荷板3中心点的距离相等。当然，上载荷板3和下载荷板4还可以是其他形状，例如上载荷板3和下载荷板4的横截面均为圆形。当然，上载荷板3和下载荷板4之间可以设置6根、8根或者10根支撑柱13。下千斤顶9位于承台板8的几何中心，模型桩7 均匀布置在承台板8的几何中心周边。这样可以保证承台板8受力均匀，进而保证模型桩 7受力均匀。
进一步，所述的模型桩7为空心管，应变片11贴覆在模型桩7的内壁面上。将应变片11贴覆在模型桩7的内壁面上，可以避免模型桩7外侧的土体对应变片11的破坏，使得应变片11采集的信息更加准确。进一步，第一反力装置I的结构可以是多种，本专利考虑到安装的便利，优选以下结构第一反力装置I还包括第一反力柱102，第一反力装置I的第一顶梁101呈水平布置， 第一反力柱102的一端固定连接第一顶梁101，第一反力柱102的另一端固定在地面上。第一反力柱102可以是两根，分别布置在第一顶梁101的两端。第二反力装置6的结构可以是多种，本专利考虑到安装的便利，优选以下结构所述的第二反力装置6还包括第二反力柱，第二反力装置6的第二顶梁呈水平布置，第二反力柱的一端固定连接第二顶梁，第二反力柱的另一端固定在试验箱体5的外壁上。第二反力柱可以是两根，分别布置在第二顶梁的两端。该结构的桩土负摩阻力的测量装置适用于普通试验箱，能模拟较大土体堆载值， 并有足够空间用于桩顶加载及相关测试仪器的摆放。该测量装置采用上千斤顶2模拟土体堆载，采用下千斤顶9模拟桩顶荷载，适用于单桩、群桩的负摩阻力模型试验。该测量装置的安装过程是首先，铺设测试元件在土体14的不同深度处埋设沉降标16，将应变片11贴覆在模型桩7的内表面，并将应变片11和应变采集仪12连接，将模型桩7埋设在土体14中；其次，依据试验箱体5的平面尺寸，制作设有通孔的下载荷板4， 将下载荷板4放置在土体14表面，并使模型桩7的顶端穿过下载荷板4的通孔；然后，安装下千斤顶9、承台板8和第二反力装置6，将承台板8放置在模型桩7的上方，将下千斤顶9 放置在承台板8的顶面，将第二反力装置6的第二顶梁设置在下千斤顶9的上方；接着，将装有支撑柱13的上载荷板3平稳放置到下荷载板4的预定位置；最后，安装平衡梁、上千斤顶2和第一反力装置1，将上千斤顶2固定在上载荷板3的顶面，将第一反力装置I的第一顶梁101设置在上千斤顶2的上方，将平衡梁15固定在试验箱体5的壁面上，并将第一位移传感器10置于沉降标16上，通过磁性表座18固定连接在平衡梁15上，将第二位移传感器17置于承台板8上，通过磁性表座18固定连接在平衡梁15上。该测量装置的测量过程是由于第一反力装置I和第二反力装置6固定在试验箱体5的外壁上或者地面上，所以无论上千斤顶2或下千斤顶9在竖直方向如何伸展或者收缩，第一反力装置I和第二反力装置6都不会移动。启动上千斤顶2，上千斤顶2向上伸展， 由于第一反力装置I对上千斤顶2纵向位移的限制，当上千斤顶2的顶端抵触到第一反力装置I的第一顶梁101底面时，上千斤顶2对上载荷板3施加荷载，通过支撑柱13传至下载荷板4，从而模拟均匀的地面堆载。启动下千斤顶9，下千斤顶9向上伸展，由于第二反力装置6的第二顶梁对下千斤顶9纵向位移的限制，当下千斤顶9的顶端抵触到第二反力装置6的顶板底面时，下千斤顶 9对承台板8施加荷载，承台板8将荷载传至模型桩7，从而模拟均匀的模型桩加载。启动上千斤顶2后，土体14受载发生沉降，同时带动埋设在土体14内的沉降标16 的沉降，通过第一位移传感器10对沉降标16顶部位移的采集，即可获得沉降标16底部处的土层沉降值；通过第二位移传感器17对承台板8顶部位移的采集，即可获得模型桩7的沉降值。启动上千斤顶2或下千斤顶9后，模型桩7发生压缩变形，通过应变采集仪12对应变片11的数据进行采集，经换算可得到模型桩7的受力。上千斤顶2和下千斤顶9的启动顺序根据试验所需要模拟的工况而定，例如实际工程中先对桩基施加荷载后对土体施加荷载，试验模拟时则需先启动下千斤顶9,后启动上千斤顶2。反之亦然。
权利要求
1.一种桩土负摩阻力的测量装置，其特征在于，该测量装置包括含有第一顶梁(101) 的第一反力装置(I)、上千斤顶(2)、上载荷板(3)、下载荷板(4)、盛有土体(14)的试验箱体(5)、含有第二顶梁的第二反力装置(6)、模型桩(7)、承台板(8)、下千斤顶(9)、第一位移传感器(10)、应变片(11)、应变采集仪(12)、平衡梁(15)、沉降标(16)和第二位移传感器(17)，其中，所述的第一反力装置(I )、第二反力装置(6)和应变采集仪(12)位于试验箱体(5)的外侧；下载荷板(4)位于试验箱体(5)中的土体(14)上表面，下载荷板(4)中设有通孔；模型桩(7)的底端位于试验箱体(5)的土体(14)中，模型桩(7)的顶端穿出下载荷板(4)的通孔；承台板(8)位于模型桩(7)上方，且承台板(8)的底面贴覆在模型桩(7)的顶端；下千斤顶(9)固定在承台板(8)顶面，且第二反力装置(6)的第二顶梁位于下千斤顶(9)的上方；上载荷板(3)位于第二反力装置(6)上方，且上载荷板(3)和下载荷板(4 )之间通过支撑柱(13 )固定连接，上载荷板(3 )和下载荷板(4 )均呈水平布置； 上千斤顶(2)固定在上载荷板(3)顶面，且第一反力装置(I)的第一顶梁(101)位于上千斤顶(2)的上方；平衡梁(15)位于上载荷板(3)与下载荷板(4)之间，且平衡梁(15)固定连接在试验箱体(5)的壁面上；沉降标(16)的底端位于试验箱体(5)的土体(14)中，沉降标(16)的顶端穿出下载荷板(4)的通孔；第一位移传感器(10)位于沉降标(16)的顶部，且第一位移传感器(10)通过磁性表座(18)固定在平衡梁(15)上；第二位移传感器(17)位于承台板(8)的顶面，且第二位移传感器(17)通过磁性表座(18)固定在平衡梁(15)上，第一位移传感器(10)和第二位移传感器(17)分别通过导线与位移采集仪(12)连接；应变片(11) 贴覆在模型桩(7 )的表面，且应变片(11)通过导线与应变采集仪(12 )连接。
2.按照权利要求I所述的桩土负摩阻力的测量装置，其特征在于，所述的上千斤顶(2)位于上载荷板(3)的几何中心，下千斤顶(9)位于承台板(8)的几何中心，上载荷板(3) 的几何中心和下载荷板(4)的几何中心位于同一竖线上，且支撑柱柱(13)均匀布置在上载荷板(3)的几何中心周边，模型桩(7)均匀布置在承台板(8)的几何中心周边。
3.按照权利要求I或2所述的桩土负摩阻力的测量装置，其特征在于，所述的模型桩(7)为空心管，应变片(11)贴覆在模型桩(7)的内壁面上。
4.按照权利要求I所述的桩土负摩阻力的测量装置，其特征在于，所述的第一反力装置(I)还包括第一反力柱(102)，第一反力装置(I)的第一顶梁(101)呈水平布置，第一反力柱(102)的一端固定连接第一顶梁(101)，第一反力柱(102)的另一端固定在地面上。
5.按照权利要求I所述的桩土负摩阻力的测量装置，其特征在于，所述的第二反力装置(6)还包括第二反力柱，第二反力装置(6)的第二顶梁呈水平布置，第二反力柱的一端固定连接第二顶梁，第二反力柱的另一端固定在试验箱体(5)的外壁上。
全文摘要
本发明公开了一种桩土负摩阻力的测量装置，包括第一反力装置、上千斤顶、上载荷板、下载荷板、试验箱体、第二反力装置、模型桩、承台板、下千斤顶、第一位移传感器、应变片、应变采集仪、平衡梁、沉降标和第二位移传感器，下载荷板位于试验箱体的土体上表面，模型桩顶端穿出下载荷板的通孔；承台板位于模型桩上方；下千斤顶固定在承台板顶面；上载荷板位于第二反力装置上方；上千斤顶固定在上载荷板顶面；沉降标位于试验箱体土体中；第一位移传感器位于沉降标顶端，第二位移传感器位于承台板顶面，应变片贴覆在模型桩表面，应变片与应变采集仪连接。该测量装置利用千斤顶对土体和模型桩加载，获得荷载值，保证负摩阻力测量的准确性。
文档编号G01L5/00GK102607754SQ201210070060
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月16日 优先权日2012年3月16日
发明者刘立基, 戴国亮, 黄挺, 龚维明 申请人:东南大学
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