模型桩试验装置及其试验系统的制作方法

本实用新型涉及模型试验技术领域，具体而言，涉及一种模型桩试验装置及其试验系统。

背景技术：

随着高层建筑、桥梁及塔台等建(构)筑物的建设，单桩所受上部传来的组合荷载作用在工程实践中日趋受到重视。组合荷载即作用在地面以上桩身部分的竖向荷载和水平荷载组合的荷载。在组合荷载下，由于桩身挠曲变形的出现而产生附加弯矩，进而影响桩的水平承载能力，而水平荷载引起桩体水平变形，进而造成桩周土体抗力的改变，进而影响桩的竖向承载特性。

由于上述荷载分量之间相互影响，造成桩基的承载特性比单方向荷载桩要复杂的多。现有技术中，一般采用室内模型试验以研究不同桩基的工作原理与工作现象。然而现有的室内模型试验研究主要集中在单独的竖向或者水平等单一荷载加载装置，因此研究一种可双向加荷的模型桩试验装置，对研究双向受荷的桩基础承载及变形特性具有重要的意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种模型桩试验装置及其试验系统，其能够根据试验要求调整水平载荷或竖向载荷的大小，以研究桩基础在双向荷载作用下的承载特性。

本实用新型的实施例是这样实现的：

本实用新型的一方面，提供一种模型桩试验装置，该模型桩试验装置包括加载箱、反力架、竖向加载机构、水平加载机构以及测量组件，待测模型桩埋设于所述加载箱的中心，所述竖向加载机构连接于所述反力架上，且作用于所述待测模型桩的上方，用于对所述待测模型桩施加竖向载荷，所述水平加载机构滑动连接于所述反力架上，且作用于所述待测模型桩的周壁上，用于对所述待测模型桩施加水平载荷，所述测量组件用于测量所述待测模型桩相对所述加载箱的中心的位移变化。该模型桩试验装置能够根据试验要求调整水平载荷或竖向载荷的大小，以研究桩基础在双向荷载作用下的承载特性。

可选地，所述反力架包括主体和与所述主体连接的横梁，所述水平加载机构滑动连接于所述主体上，所述竖向加载机构连接于所述横梁上。

可选地，所述竖向加载机构为第一液压千斤顶。

可选地，所述第一液压千斤顶上安装有第一力传感器。

可选地，所述水平加载机构为第二液压千斤顶。

可选地，所述第二液压千斤顶上安装有第二力传感器。

可选地，所述测量组件包括多个位移计，多个所述位移计分别用于测量所述待测模型桩不同位置处的位移变化。

可选地，所述测量组件还包括固定架，所述固定架连接于所述加载箱上，多个所述位移计均布于所述固定架上。

可选地，所述加载箱与所述待测模型桩之间填充有与桩基施工现场土质相同的砂土。

本实用新型的另一方面，提供一种模型桩试验系统，该模型桩试验系统包括上述的模型桩试验装置。该模型桩试验系统能够根据试验要求调整水平载荷或竖向载荷的大小，以研究桩基础在双向荷载作用下的承载特性。

本实用新型的有益效果包括：

本实施例提供的模型桩试验装置，可以通过竖向加载机构和/或水平加载机构，以对待测模型桩进行单独施加水平或者竖向的荷载，从而研究待测模型桩在单向荷载的作用下的承载特性，也可以同时对待测模型桩施加水平和竖向的荷载，并根据试验要求进行对应荷载大小的调节，从而研究待测模型桩在双向荷载的作用下的承载特性。另外，由于水平加载机构对待测模型桩施加水平载荷的位置可调，因此本申请还可对待测模型桩施加同等大小不同类型的弯矩。本申请的模型桩试验装置通过对模型桩的各种荷载作用下的试验测试，从而获得待测模型桩的承载特性，进而为研究桩基础的承载及变形特性提供有力的数据参考。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的模型桩试验装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的加载箱和测量组件的结构示意图。

图标：10-加载箱；20-反力架；21-主体；22-横梁；30-竖向加载机构；40-水平加载机构；50-测量组件；51-位移计；52-固定架；60-待测模型桩。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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实用新型中的具体含义。

土木工程地基处理中，常面临着地基的承载力及稳定性不足、压缩及不均匀沉降和液化等问题。例如，高层建筑、桥梁及塔台等建(构)筑物的建设中，桩基础所承受的组合荷载对桩基础的承载性能影响较大，因此，对桩基础的承载性能做出研究，确定桩基斜向荷载作用下的工作性状又是十分必要的，其对保障建筑整体安全性研究具有重要意义。

由于柱基础的原型试验需花费大量的人力、物力和时间或其它因素的限制较难实现，并且野外试验场地条件等复杂多变，不可控制因素太多，往往导致试验结果随机性较大，相关规律变化不明显。为此，桩基础的室内模型试验应运而生。室内模型桩试验是将原位的地基与桩进行一定比例的缩尺，较精确的人为设置试验场地的各种因素，可控的研究各种变化因素对加固效果的影响，并从机理上对加固效果进行解译。

请结合参照图1和图2，本实施例提供一种模型桩试验装置，该模型桩试验装置能够实现室内模型桩受斜水平及竖直等多种形式的拉、压荷载加载试验测试。其包括加载箱10、反力架20、竖向加载机构30、水平加载机构40以及测量组件50，待测模型桩60埋设于加载箱10的中心，竖向加载机构30连接于反力架20上，且作用于待测模型桩60的上方，用于对待测模型桩60施加竖向载荷，水平加载机构40滑动连接于反力架20上，且作用于待测模型桩60的周壁上，用于对待测模型桩60施加水平载荷，测量组件50用于测量待测模型桩60相对加载箱10的中心的位移变化。

其中，在本实施例中，加载箱10是采用角钢焊接而成的模型框架，并采用钢筋加固，加载箱10的外壳采用木板制作而成。

待测模型桩60的定位是埋置待测模型桩60过程中非常重要的步骤。为了便于待测模型箱的定位，在本实施例中，待测模型桩60埋设于加载箱10的中心位置。具体地，在埋置待测模型桩60之前先定出加载箱10的中心位置以及待测模型桩60的中心线。为了保证待测模型桩60的准确定位，在待测模型桩60的埋置过程中应使加载箱10的中心线和模型桩的中心线吻合。

在填埋过程中，可根据实验需要分层填土，填土至待测模型桩60底标高时先临时固定模型桩，后继续填土至标高，再根据试验需要选择是否埋设测量组件50。

需要说明的是，第一，在本实施例中，测量组件50包括多个位移计51，多个位移计51分别用于测量待测模型桩60在测试过程中，不同位置处的位移变化。在本实施例中，该位移计51采用数显式位移计51。

进一步地，在本实施例中，测量组件50还包括固定架52，固定架52连接于加载箱10上，多个位移计51均布于固定架52上。从而，通过测量待测模型桩60相对加载箱10的位移变化来确定在待测模型桩60承受各种组合载荷的情况下的承载性能。当然，在其他的实施例中，测量组件50也可以选择埋设于加载箱10和待测模型桩60之间的填土中。在此不作限制，只要能检测到在待测模型桩60承受各种组合载荷的情况下的承载性能即可。

第二，加载箱10中间填充土体可根据工程情况模拟相应土体特性。即，加载箱10与待测模型桩60之间填充的土体尽量选择与桩基础施工现场土质相同的砂土。这样一来，在整个测试过程中，模拟环境更加接近实际施工现场环境，测试效果更加准确，从而具有更高的研究价值。

另外，在加载箱10内进行土体填充的时必须谨慎小心地操作，尽量降低土体填充对待测模型桩60定位的影响。此外，还应采取必要的措施来确保待测模型桩60的垂直度和定位。例如，在试验时可采用重锤悬挂法。

在本实施例中，反力架20包括主体21和与主体21连接的横梁22，其中，水平加载机构40滑动连接于主体21上，从而使得水平加载机构40可以沿主体21上下滑动(上下方位以图示方向为准)，进而使得水平加载机构40可选择在待测模型桩60的不同位置施加水平载荷。竖向加载机构30连接于横梁22上，从而使得竖向加载机构30可作用于待测模型桩60的顶部，进而对待测模型桩60施加竖向载荷。

在本实施例中，主体21与地面垂直，横梁22与主体21垂直连接，主体21与横梁22共同形成l形结构，横梁22位于加载箱10的上方。这样一来，反力架20的占地面积较小，从而提高了整个装置的结构紧凑性。另外，主体21远离横梁22的一端可以固定于地面上，也可以连接于加载箱10上，具体采用何种设置方式，本领域技术人员可根据实际需要选择。

在本实施例中，竖向加载机构30为第一液压千斤顶，且第一液压千斤顶上还安装有第一力传感器。且该第一液压千斤顶配备有加载手柄，并配置输出力值测量表。

水平加载机构40为第二液压千斤顶，且第二液压千斤顶上还安装有第二力传感器。且该第二液压千斤顶也配备有加载手柄，并配置输出力值测量表。

综上所述，本实施例提供的模型桩试验装置，包括加载箱10、反力架20、竖向加载机构30、水平加载机构40以及测量组件50，待测模型桩60埋设于加载箱10的中心，竖向加载机构30连接于反力架20上，且作用于待测模型桩60的上方，用于对待测模型桩60施加竖向载荷，水平加载机构40滑动连接于反力架20上，且作用于待测模型桩60的周壁上，用于对待测模型桩60施加水平载荷，测量组件50用于测量待测模型桩60相对加载箱10的中心的位移变化。该模型桩试验装置，可以通过竖向加载机构30和/或水平加载机构40，以对待测模型桩60进行单独施加水平或者竖向的荷载，从而研究待测模型桩60在单向荷载的作用下的承载特性，也可以同时对待测模型桩60施加水平和竖向的荷载，并根据试验要求进行对应荷载大小的调节，从而研究待测模型桩60在双向荷载的作用下的承载特性。

另外，由于水平加载机构40对待测模型桩60施加水平载荷的位置可调，因此本申请还可对待测模型桩60施加同等大小不同类型的弯矩。本申请的模型桩试验装置通过对模型桩的各种荷载作用下的试验测试，从而获得待测模型桩60的承载特性，进而为研究桩基础的承载及变形特性提供有力的数据参考。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。