专利名称：一种评价周期荷载下桩侧摩阻力的循环摩擦套筒装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种循环摩擦套筒静力触探元件，属于岩土工程领域中一种能够原位、快速、准确、定量地测试周期荷载下桩侧摩阻力和土体剪切强度的静力触探装置。
背景技术：
随着世界工业化进程的不断发展，桩基础在工业、交通等建设领域中的应用越来越广泛。一定条件下的桩基础不仅承受上部建筑传来的静荷载，同时还承受着一定类型的动荷载，如具有吊车的工业厂房桩基础，桩体在承受厂房和吊车梁等自身静荷载的同时还得承受吊车装卸运转所带来的循环荷载；海洋平台桩基础除承受上部平台荷载外，还需承受海洋波浪的循环冲击荷载；高速公路所承受的车辆荷载本身就是一种周期循环荷载。这就要求岩土工程工作者对循环荷载下桩基的力学性能有深刻认识，其中桩侧摩阻力就是一个非常重要的方面。目前，测定循环荷载作用下桩侧摩阻力的方法主要有两种，一种是理论计算法，另一种是静力触探原位测试法。理论计算法常见的有基于经验的估算法、有限元数值计算等，这种方法虽然计算方便，但存在较多的假设条件和修正因子，与工程实际差距较大，计算结果的精确度较差。静力触探原位测试技术是指利用压力装置将带有触探头的触探杆压入试验土层，通过量测系统测试土的锥尖阻力、侧壁摩阻力、孔隙水压力等，可确定土的某些基本物理力学特性，如土的变形模量、土的容许承载力等。静力触探技术至今已有80多年的历史，在国际上已得到广泛应用，部分或全部取代了工程勘查中的钻探和取样。我国于1965年首先研制成功电测式静力触探并应用于勘察。静力触探原位测试技术可通过分析探杆在土体中的循环受荷特征，得到桩体在相似条件的侧摩阻力。本发明基于常规的静力触探设备，提出了一种可以快速、准确、定量的原位测试循环摩擦套筒元件，为周期荷载下桩侧摩阻力、土体抗剪强度等定量评价提供有效工具。
发明内容
技术问题:本发明要解决的技术问题是针对国内无法进行周期荷载下桩侧摩阻力的原位定量评价，提出一种可用于岩土工程领域的可原位定量评价周期荷载下桩侧摩阻力的循环摩擦套筒静力触探元件技术方案:本发明的一种评价周期荷载下桩侧摩阻力的循环摩擦套筒装置以空心轴杆为主体，在空心轴杆上部的左右两侧分别设置有软管和第一电缆、第二电缆，软管的下方连接有环形液压缸，环形液压缸的下方设置有推动器，推动器上装有位移传感器，位移传感器与第一电缆相连接，推动器的下方为循环摩擦套筒，循环摩擦套筒与第二电缆相连接，紧贴循环摩擦套筒的内壁设有不锈钢弹簧，不锈钢弹簧的下方依次设置有侧壁摩擦筒、孔压过滤环和圆锥探头，侧壁摩擦筒的内部设有孔隙水压力传感器。空心轴杆的外径为35.7mm。软管内输有液压油，与环形液压缸和推动器共同组成液压顶推装置，液压顶推装置提供的循环荷载频率为1Hz，最大位移为5_，精度大于1/100_。
第一电缆与位移传感器相连接，用于量测循环摩擦套筒的位移；第二电缆与循环摩擦套筒相连接，用于量测循环摩擦套筒与土体的接触应力。循环摩擦套筒与不锈钢弹簧相连，循环摩擦套筒的表面积为200cm2，外径为42.4mm,长度为 150mm。侧壁摩擦筒的表面积为150cm2，长度为133.7mm。圆锥探头的锥角为60°，锥底截面积为10cm2。每次循环荷载试验的试验深度不得超过10m，施加的循环荷载次数不得少于1000次。有益效果:桩基础不仅要承受上部结构传来的静荷载，还要承受吊车荷载、海洋波浪荷载和交通荷载等产生的周期动荷载。目前定量评价周期荷载下桩侧摩阻力的方法主要有理论计算法和静力触探原位测试法。虽然理论计算法简单、方便，但计算假设与工程实际存在较大差距，计算结果精确度较差，大多不满足工程设计要求。静力触探原位测试具有连续、准确、方便、快速等特点，通过分析探杆在土中的循环受荷特性，得到循环荷载下桩体侧摩阻力。本发明解决了国内现有原位测试技术无法定量评价周期荷载下桩侧摩阻力的缺陷，能够原位、连续、准确的定量评价周期荷载下桩侧摩阻力的变化。使得静力触探技术能够更全面地服务于岩土工程领域。
图1是本发明的装置的结构示意图。其中有:空心轴杆1，软管2,第一电缆3.1、第一电缆3.2,环形液压缸4,推动器5,位移传感器6，循环摩擦套筒7，不锈钢弹簧8，侧壁摩擦筒9，孔隙水压力传感器10，孔压过滤环11，圆锥探头12。
具体实施例方式本发明的一种可原位定量评价周期荷载下桩侧摩阻力的循环摩擦套筒元件，该元件自上而下设置有空心轴杆，空心轴杆的左右两侧设置有软管和两根不同用途的电缆，软管的下方连接有环形液压缸，环形液压缸的下方设置有推动器，推动器上安装有位移传感器，位移传感器与一根电缆相连接，推动器的下方为循环摩擦套筒，循环摩擦套筒与另一根电缆相连接，紧贴循环摩擦套筒的内壁设有不锈钢弹簧，不锈钢弹簧的下方依次设置有侧壁摩擦筒、孔压过滤环和圆锥探头，侧壁摩擦筒的内部设有孔隙水压力传感器。所述的空心轴杆的外径为35.7mm。所述的侧壁摩擦筒表面积为150cm2，长度为133.7mm,圆锥探头的锥角为60°，锥底截面积为10cm2。所述的软管内输有液压油，与环形液压缸和推动器组成液压顶推装置。液压顶推装置提供的循环荷载频率为1Hz，最大位移为5_，精度大于1/100_。所述的推动器上装有位移传感器，并与数据采集电缆相连，组成位移量测装置，用于测量试验过程中循环摩擦筒的位移变化。循环摩擦套筒与另一根数据采集电缆相连，组成应力量测装置，用于测量试验过程中循环摩擦套筒与周围接触土体的应力变化。
所述的循环摩擦套筒与不锈钢弹簧相连，循环摩擦套筒的表面积为200cm2，外径为 42.4mm,长度为 150mm。每次循环荷载试验的试验深度不得超过10m，施加的循环荷载次数不得少于1000次。周期荷载试验前，将带有循环摩擦套筒元件的探杆贯入至指定位置，待孔压消散完全后，开始试验并记录循环摩擦套筒位移、应力和液压缸压力值等相关数据。试验结果由于受弹簧变形、软管膨胀等因素影响必须进行修正。将修正后的循环摩擦套筒位移、套筒侧壁摩阻力和液压等相关结果整理分析，得到周期荷载下桩体侧摩阻力。
权利要求
1.一种评价周期荷载下桩侧摩阻力的循环摩擦套筒装置，其特征在于该装置以空心轴杆(I)为主体，在空心轴杆(I)上部的左右两侧分别设置有软管(2)和第一电缆(3.1)、第二电缆(3.2)，软管(2)的下方连接有环形液压缸(4)，环形液压缸(4)的下方设置有推动器(5)，推动器(5)上装有位移传感器(6)，位移传感器(6)与第一电缆(3.1)相连接，推动器(5)的下方为循环摩擦套筒(7)，循环摩擦套筒(7)与第二电缆(3.2)相连接，紧贴循环摩擦套筒(7)的内壁设有不锈钢弹簧(8)，不锈钢弹簧(8)的下方依次设置有侧壁摩擦筒(9)、孔压过滤环(11)和圆锥探头(12)，侧壁摩擦筒(9)的内部设有孔隙水压力传感器(10)。
2.根据权利要求1所述的评价周期荷载下桩侧摩阻力的循环摩擦套筒装置，其特征在于空心轴杆(I)的外径为35.7mm。
3.根据权利要求1所述的评价周期荷载下桩侧摩阻力的循环摩擦套筒装置，其特征在于软管(2 )内输有液压油，与环形液压缸(4)和推动器(5 )共同组成液压顶推装置，液压顶推装置提供的循环荷载频率为IHz,最大位移为5mm,精度大于1/100_。
4.根据权利要求1所述的评价周期荷载下桩侧摩阻力的循环摩擦套筒装置，其特征在于第一电缆(3.1)与位移传感器(6)相连接，用于量测循环摩擦套筒(7)的位移；第二电缆(3.2)与循环摩擦套筒(7)相连接，用于量测循环摩擦套筒(7)与土体的接触应力。
5.根据权利要求1所述的评价周期荷载下桩侧摩阻力的循环摩擦套筒装置，其特征在于循环摩擦套筒(7)与不锈钢弹簧(8)相连，循环摩擦套筒的表面积为200cm2，外径为42.4mm,长度为 150mm。
6.根据权利要求1所述的评价周期荷载下桩侧摩阻力的循环摩擦套筒装置，其特征在于侧壁摩擦筒(9)的表面积为150cm2，长度为133.7mm。
7.根据权利要求1所述的评价周期荷载下桩侧摩阻力的循环摩擦套筒装置，其特征在于圆锥探头(12)的锥角为60°，锥底截面积为10cm2。
全文摘要
本发明公布了一种评价周期荷载下桩侧摩阻力的循环摩擦套筒装置，该元件自上而下设置有空心轴杆(1)，空心轴杆(1)的左右两侧设置有软管(2)和电缆(3)(包括两根不同用途的电缆3.1、3.2)，软管(2)的下方连接有环形液压缸(4)，环形液压缸(4)的下方设置有推动器(5)，推动器(5)上装有位移传感器(6)，位移传感器(6)与电缆3.1相连接，推动器(5)的下方为循环摩擦套筒(7)，循环摩擦套筒(7)与电缆3.2相连接，紧贴循环摩擦套筒(7)的内壁设有不锈钢弹簧(8)，不锈钢弹簧(8)的下方依次设置有侧壁摩擦筒(9)、孔压过滤环(11)和圆锥探头(12)，侧壁摩擦筒(9)的内部设有孔隙水压力传感器(10)。该元件具有原位、快速、准确、定量等特点，为周期荷载下桩体侧摩阻力、土体剪切强度的评估等提供有效的检测工具。
文档编号E02D33/00GK103088850SQ20131001763
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月17日 优先权日2013年1月17日
发明者蔡国军, 张涛, 刘松玉 申请人:东南大学