桩箱基础水平循环荷载剪切变形试验装置的制作方法

本实用新型属于桩箱基础试验装置技术领域，特别是一种能直观形象地观察和研究桩箱基础在水平循环荷载下的剪切变形和破坏机理，且结构简单的桩箱基础水平循环荷载剪切变形试验装置。

背景技术：

沉箱是深水基础的重要形式之一。将沉箱基础与桩基础进行组合形成复合基础-砂石垫层桩箱基础，可有效地解决深水桥梁对基础承载力要求较高的问题。

但是，深水基础工程长期受地震、波浪等具有明显周期性的循环荷载的作用，会产生水平循环累积位移，导致基础倾斜，甚至倾覆，影响整个结构的服役。因此，对桩箱基础在水平循环荷载下的剪切变形研究重大。

现有技术尚未发现有直接关于桩箱基础水平荷载试验装置，但有其他类型水平荷载试验装置，如文献“村镇建筑简易消能减震技术抗震性能研究.卜长明.[D].重庆:重庆大学,2012.”设计了水平剪切试验装置对砌体房屋墙体进行了低周反复加载试验所述，包括竖向和水平向反力梁、加载梁、水平液压千斤顶及力传感器、位移计、圈梁、地梁。

其缺点是：不能直观形象地观察和研究土工模型箱内桩箱基础在水平循环荷载下的剪切变形和破坏机理，且结构复杂。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种桩箱基础水平循环荷载剪切变形试验装置，能直观形象地观察和研究桩箱基础在水平循环荷载下的剪切变形和破坏机理，且结构简单。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：

一种桩箱基础水平循环荷载剪切变形试验装置，包括固定于地面的模型箱，所述模型箱上部开口，所述模型箱内盛有粉砂，粉砂上面覆以砂石垫层，所述砂石垫层之上放置沉箱，还包括多根试验桩，所述试验桩位于沉箱方，其下部插入粉砂中，上部伸入砂石垫层中，所述砂石垫层的厚度为试验桩直径的二倍，试验桩伸入砂石垫层部分的长度与其直径相等；还包括水平置于沉箱上部的竖向反力梁，所述竖向反力梁两端与模型箱侧壁固定连接，在竖向反力梁与沉箱之间设有用于向沉箱施加竖向荷载的千斤顶；还包 括竖直置于沉箱一侧的水平反力梁，所述水平反力梁下端固定在地面上，在水平反力梁与沉箱之间设有用于向沉箱施加水平循环荷载的液压伺服器；在所述液压伺服器的端部设有用于量测水平循环荷载的拉压传感器，在每根试验桩上贴有多个应变片，在沉箱侧壁设有位移计。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点为：

能直观形象地观察和研究桩箱基础在水平循环荷载下的剪切变形和破坏机理，且结构简单。模型箱采用透明钢化玻璃制作，可直观地观测沉箱水平剪切过程，水平向液压伺服器可对沉箱施加水平循环加载，更好地模拟桩箱基础拟静力地震动分析。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型桩箱基础水平循环荷载剪切变形试验装置的结构示意图。

图2为本实用新型桩箱基础水平循环荷载剪切变形试验装置的俯视图。

图中，地面1，模型箱2，粉砂3，砂石垫层4，沉箱5，试验桩6，竖向反力梁11，千斤顶12，水平反力梁13，液压伺服器14，拉压传感器15，应变片16，位移计17，CCD高清摄像机18，高分辨率数码相机19。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型桩箱基础水平循环荷载剪切变形试验装置，

包括固定于地面1的模型箱2，所述模型箱2上部开口，所述模型箱2内盛有粉砂3，粉砂3上面覆以砂石垫层4，所述砂石垫层4之上放置沉箱5，还包括多根试验桩6，所述试验桩6位于沉箱5下方，其下部插入粉砂3中，上部伸入砂石垫层4中，所述砂石垫层4的厚度为试验桩6直径的二倍，试验桩6伸入砂石垫层4部分的长度与其直径相等；

还包括水平置于沉箱5上部的竖向反力梁11，所述竖向反力梁11两端与模型箱1侧壁固定连接，在竖向反力梁11与沉箱4之间设有用于向沉箱4施加竖向荷载的千斤顶12；

还包括竖直置于沉箱5一侧的水平反力梁13，所述水平反力梁13下端固定在地面1上，在水平反力梁13与沉箱4之间设有用于向沉箱4施加水平循环荷载的液压伺服器14；

在所述液压伺服器14的端部设有用于量测水平循环荷载的拉压传感器15，在每根 试验桩6上贴有多个应变片16，在沉箱5侧壁设有位移计17。

在模型箱1外设有用于对加载过程中的砂石垫层进行追踪拍摄的CCD高清摄像机18和高分辨率数码相机19。

所述模型箱2采用透明钢化玻璃制成。

所述位移计17的表座固定在水平反力梁13上。以消除沉箱整体水平移动的影响。

所述应变片16成对粘贴在试验桩6两侧。

本实用新型桩箱基础水平循环荷载剪切变形试验装置的操作过程如下：

(1)将粉砂采用落雨式装入模型箱中，粉砂制样到模型桩桩顶位置时，停止落砂，分层入槽后刮平并轻夯逐点夯实；

(2)将模型桩预埋入粉砂中，桩身内壁对称贴上应变片，在试验槽内按预先设定的地点和深度定位；在模型桩桩顶铺设砂石垫层制样，并整平砂石垫层表面；

(3)在砂石垫层上面布置沉箱和加载装置，竖向采用千斤顶对沉箱顶部施加荷载，水平向采用液压伺服器进行循环反复加载，在液压伺服器端部安装拉压传感器，用来量测水平循环荷载；位移计表座应固定在反力架上，以消除沉箱整体水平移动的影响；

(4)水平荷载采用两阶段加载法，第一阶段为荷载控制加载阶段，荷载增量控制在较小范围内；当沉箱水平位移达到5mm后，改用位移控制加载，并以5mm为位移增量加载，当位移量达到100mm时，试验结束，每级荷载(位移)往复循环两次；

(5)CCD高清摄像机和高分辨率数码相机分别架设于模型箱正面，透过钢化玻璃对加载过程中的砂石垫层进行追踪拍摄，利用图像相关处理软件分析试验拍摄照片，对砂石垫层进行变形量测与解释，分析出垫层颗粒的剪切带，提取砂石垫层的水平破坏模式。本实用新型从微观方面研究桩箱基础下砂石垫层的剪切性能，利用数字照相量测技术，对砂石垫层数码照片进行识别，分析出垫层颗粒的剪切带，提取砂石垫层的水平破坏模式，为桩箱基础下砂石垫层水平抗剪切特性提供理论基础。