模拟自然环境变化对冻土区基桩承载力影响的试验装置的制作方法

本技术涉及桩基承载力试验领域，尤其是涉及一种模拟自然环境变化对冻土区基桩承载力影响的试验装置。

背景技术：

1、目前为了更好的解决冻土对青藏铁路的运营安全问题，青藏铁路建设中采用了大量的桩基础工程，经过大量的工程建设实例和科学研究成果证实，桩基础在解决冻土区工程病害问题取得了巨大的成功。

2、青藏高原地区具有海拔高、辐射强的特点，该地区的地表会吸收更多的太阳辐射热量，基桩和地表将热量传入冻土层中，对桩土界面及周围地基土的温度产生影响，同时全球温室效应气候变暖的因素也使冻土层升温，从而导致冻土上限下移，由于冻土区基桩的承载力与桩周土体中水的形态有着至关重要的联系，因此开展太阳辐射、大气对流以及气候变暖等自然环境变化对基桩承载力的影响研究具有十分重要的意义。

3、上述中的现有技术方案存在以下缺陷：由于青藏高原冻土地区自然环境恶劣，开展现场试验的时间成本和费用成本高。

技术实现思路

1、本技术为了降低自然环境变化对冻土区基桩承载力影响的试验成本，提供了模拟自然环境变化对冻土区基桩承载力影响的试验装置。

2、本技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、模拟自然环境变化对冻土区基桩承载力影响的试验装置，包括箱体、桩体、加载装置、自然环境变化模拟装置和数据采集分析处理系统，箱体内设置有试验土，试验土用于模拟高原冻土环境，桩体设置在试验土内，加载装置设置在桩体的顶端，加载装置用于对桩身施加荷载，自然环境变化模拟装置固定在箱体的顶壁，自然环境变化模拟装置用于模拟太阳辐射与气候变暖，数据采集分析处理系统与桩体连接，数据采集分析处理系统用于对桩体的承载力进行监测。

4、通过采用上述方案，使用试验装置时，首先移动桩体至箱体内的试验土中，利用试验土模拟高原冻土环境，再将加载装置与桩体连接，利用加载装置对桩体施加荷载，然后通过自然环境变化模拟装置模拟自然环境的变化，利用数据采集分析处理系统监测对箱体内试验土中桩体承载力的数据进行监测，从而得到自然环境的变化对冻土区基桩承载力的影响，利用试验装置在实验室内即可进行试验研究，降低自然环境变化对冻土区基桩承载力影响的试验成本。

5、进一步地，所述试验土连接有降温制冷装置，降温制冷装置包括冷媒介质循环箱、温控液体管和毛细管，毛细管设置在试验土内，毛细管的两端通过温控液体管与冷媒介质循环箱连通。

6、通过采用上述方案，通过将箱体内的试验土连接降温制冷装置，使得试验土调配完后，然后装入箱体内，在填入过程控制填土的密度和含水率与施工现场一致，然后通过冷媒介质循环箱将冷媒介质输送至温控液体管，然后经过温控液体管进入试验土的毛细管内，利用毛细管对试验土进行降温，冷媒介质然后再经过另一根温控液体管进入冷媒介质循环箱内，使得可以将试验土填入后再进行降温，提升试验时的便捷性。

7、进一步地，所述试验土内还设置有温度传感器，温度传感器用于监测试验土内的温度变化。

8、通过采用上述方案，通过将温度传感器设置试验土内，利用温度传感器监测试验土的温度，既能确定冷媒介质对试验土的温度降低至多少度，还能利用温度传感器监测试验土在自然环境变化模拟装置的作用下温度的变化。

9、进一步地，所述加载装置包括液压缸和传力杆，传力杆设置在桩体与箱体之间，传力杆的一端与箱体的侧壁固定连接，另一端与桩体抵接，液压缸设置在箱体与传力杆之间，液压缸的一端与箱体连接，另一端与传力杆连接。

10、通过采用上述方案，启动液压缸对传力杆施加压力，传力杆将力传递至桩体，从而对桩体施加荷载，加载装置结构简单、使用方便，提升对荷载施加时的便捷性。

11、进一步地，所述液压缸与箱体之间设置有承压板，承压板与箱体固定连接。

12、通过采用上述方案，通过设置承压板，利用承压板承载液压缸施加的压力，减小液压缸施加压力时对箱体的损伤。

13、进一步地，所述数据采集分析处理系统包括轴向测力传感器、摩擦阻力传感器、压力传感器和智能数据模拟及采集仪，轴向测力传感器预制在桩体内，摩擦阻力传感器设置在桩体的侧壁，压力传感器设置在桩体的底端，轴向测力传感器、摩擦阻力传感器和压力传感器均与智能数据模拟及采集仪连接。

14、通过采用上述方案，利用预埋在桩体内的轴向测力传感器监测桩身受到荷载时的轴向力，利用摩擦阻力传感器监测桩身与试验土形成的桩孔之间的摩擦力，利用压力传感器监测桩身底部对试验土产生的压力，利用多种传感器监测桩体在不同环境变化下受到力的变化，并将多种传感器监测到的数据输送至智能数据模拟及采集仪，利用智能数据模拟及采集仪对采集到的数据进行分析。

15、进一步地，所述轴向测力传感器设置有若干个，若干个轴向测力传感器沿桩体的轴线均匀分布。

16、通过采用上述方案，通过设置多个轴向测力传感器并沿桩体的轴线均匀分布，准确监测桩体不同位置受到的承载力。进一步地，所述摩擦阻力传感器设置有若干个，若干个摩擦阻力传感器沿桩体的轴线分布，每个摩擦阻力传感器均与一个轴向测力传感器位于同一平面内。

17、通过采用上述方案，将摩擦阻力传感器和轴向测力传感器设置在同一个平面内，监测桩体同一部位的荷载力和桩体与桩孔的摩擦力，使得数据对应更准确。

18、进一步地，所述箱体内壁设置有保温层。

19、通过采用上述方案，通过设置的保温层对箱体进行保温，减小外部环境对箱体内部环境的影响，确保试验数据的准确性。

20、综上所述，本技术具有以下技术效果：

21、1.通过设置了试验装置时，首先移动桩体至箱体内的试验土中，利用试验土模拟高原冻土环境，再将加载装置与桩体连接，利用加载装置对桩体施加荷载，然后通过自然环境变化模拟装置模拟自然环境的变化，利用数据采集分析处理系统监测对箱体内试验土中桩体承载力的数据进行监测，从而得到自然环境的变化对冻土区基桩承载力的影响，利用试验装置在实验室内即可进行试验研究，降低自然环境变化对冻土区基桩承载力影响的试验成本；本技术的试验装置，在实验室内即可进行自然环境变化对冻土区基桩承载力影响的试验研究，分析自然环境变化对冻土区基桩承载力的影响效果，为研究全球变暖背景下多年冻土区基桩承载力的变化特征提供基础数据和技术参考；

22、2.通过设置了箱体内的试验土连接降温制冷装置，使得试验土调配完后，然后装入箱体内，在填入过程控制填土的密度和含水率与施工现场一致，然后通过冷媒介质循环箱将冷媒介质输送至温控液体管，然后经过温控液体管进入试验土的毛细管内，利用毛细管对试验土进行降温，冷媒介质然后再经过另一根温控液体管进入冷媒介质循环箱内，使得可以将试验土填入后再进行降温，提升试验时的便捷性；

23、3.通过设置了轴向测力传感器、摩擦阻力传感器、压力传感器和智能数据模拟及采集仪，利用摩擦阻力传感器监测桩身与试验土形成的桩孔之间的摩擦力，利用压力传感器监测桩身底部对试验土产生的压力，利用多种传感器监测桩体在不同环境变化下受到力的变化，并将多种传感器监测到的数据输送至智能数据模拟及采集仪，利用智能数据模拟及采集仪对采集到的数据进行分析。