本發(fā)明屬于預(yù)制樁及樁周地基土力學(xué)行為研究領(lǐng)域，提供了不同種類組合地基土、不同地基附加應(yīng)力及不同類型沉樁方式等多因數(shù)組合條件試驗(yàn)研究平臺(tái)。

背景技術(shù)：

隨著我國高速公路、高速鐵路、城市輕軌交通及高層建筑的建設(shè)，混凝土預(yù)制樁作為深基礎(chǔ)的一種類型普片采用，且使用地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜多樣。對于樁基礎(chǔ)和其周圍地基土的力學(xué)行為了解與掌握對巖土工程勘察、設(shè)計(jì)具有重大意義。樁基礎(chǔ)和上部建筑和構(gòu)筑物所引起的地基附加應(yīng)力分布及變化，由地基附加應(yīng)力系數(shù)和壓縮變形系數(shù)所控制，是研究地基承載力和沉降等問題的關(guān)鍵因素。同時(shí)，掌握沉樁工藝對于地基土的壓密和擠土效應(yīng)，或是對于砂性土壤的液化可能性等安全評價(jià)都可以提供必要的技術(shù)支持。本發(fā)明所提供的基于可控附加應(yīng)力的樁土相互作用力學(xué)行為研究測試系統(tǒng)將填補(bǔ)國內(nèi)該領(lǐng)域的空白。

建筑與構(gòu)筑物地基絕大多數(shù)環(huán)境條件下是由多種不同類型土層沉積固結(jié)而成的，或是土巖結(jié)合而成的復(fù)合地質(zhì)地貌，而現(xiàn)階段高校及研究單位試驗(yàn)測試手段多是以單一土質(zhì)類型地基為研究對象，過于簡單和理想化，與工程實(shí)際相距較遠(yuǎn)。本發(fā)明所提供的基于可控附加應(yīng)力的樁土相互作用力學(xué)行為研究測試系統(tǒng)提供的地基土模擬倉，可以根據(jù)地質(zhì)勘察得出的實(shí)際地層條件，人工制作復(fù)合地基土模型，結(jié)合其上部地基附加應(yīng)力加載模擬單元，提供預(yù)定荷載實(shí)現(xiàn)模擬不同深度的土層總應(yīng)力環(huán)境。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在通過較簡單的機(jī)械裝置模擬深層或復(fù)合地基土的地質(zhì)條件，來研究不同沉樁工藝所引起的地基土中總應(yīng)力環(huán)境和承載力的變化。于是，根據(jù)該目的設(shè)計(jì)了一種名為基于可控附加應(yīng)力的樁土相互作用力學(xué)行為研究測試系統(tǒng)及相關(guān)測試研究的實(shí)施方案。

根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明涉及的可控應(yīng)力環(huán)境的樁土相互作用力學(xué)行為測試系統(tǒng)，包括靜壓沉樁力學(xué)模擬單元、地基附加應(yīng)力加載模擬單元、地基土總應(yīng)力、孔隙水壓力及局部變形測試單元、型鋼加載反力框架、地基土模擬試驗(yàn)倉及錘擊沉樁模擬單元；靜壓沉樁力學(xué)模擬單元螺栓固定于型鋼加載反力框架上方，用于模擬靜壓沉樁施工工藝；地基附加應(yīng)力加載模擬單元螺栓固定于型鋼加載反力框架內(nèi)部上方，向下提供直接作用于模擬地基土表面的預(yù)加荷載，用于模擬房屋基礎(chǔ)產(chǎn)生的附加應(yīng)力或是地基土固結(jié)所需的預(yù)壓力；地基土總應(yīng)力、孔隙水壓力及局部變形測試單元中各類傳感器按研究方案需要預(yù)埋至地基土模擬試驗(yàn)倉中的模擬地基土內(nèi)；地基土模擬試驗(yàn)倉通過下滑動(dòng)滾軸推送至型鋼加載反力框架正下方，后用地基土模擬倉定位螺孔定位；錘擊沉樁模擬單元螺栓固定于型鋼加載反力框架上方，模擬動(dòng)力沉樁施工工藝。

更進(jìn)一步的方案是：

所述的靜壓沉樁力學(xué)模擬單元，由電動(dòng)靜力觸探加載裝置、阻力監(jiān)測記錄儀、模擬樁阻力傳感器和標(biāo)準(zhǔn)模擬樁節(jié)構(gòu)成，由電動(dòng)靜力觸探加載裝置模擬壓樁機(jī)提供靜壓力，將模擬樁模擬的預(yù)制樁體按預(yù)定速率貫入模擬的地基土中，并由阻力監(jiān)測記錄儀和模擬樁阻力傳感器時(shí)刻監(jiān)測“靜壓沉樁”過程中樁尖所承受的端阻力和側(cè)摩阻力。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，所述該單元由電動(dòng)靜力觸探加載裝置應(yīng)能提供最大200~240kn豎直向下貫入力。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，所采用的阻力監(jiān)測記錄儀應(yīng)至少有10個(gè)記錄通道，采樣速率10-10khz可調(diào)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，所采用的模擬樁阻力傳感器采用靜力觸探雙橋探頭。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，所采用的空心標(biāo)準(zhǔn)模擬樁節(jié)用空性鋼制套桿制成，其外徑與模擬樁阻力傳感器一致為4m，內(nèi)徑2.4m，上端外壁攻絲1-2m長，下端內(nèi)部攻絲，以連接螺紋使用，每節(jié)模擬樁長度80m，內(nèi)壁縱向粘貼120歐標(biāo)準(zhǔn)電阻應(yīng)變片，將與電阻應(yīng)變片焊接的導(dǎo)線標(biāo)記位置信息并穿過空心標(biāo)準(zhǔn)模擬樁節(jié)到達(dá)樁頂與阻力監(jiān)測記錄儀連接。

更進(jìn)一步的方案是：

所述的地基附加應(yīng)力加載模擬單元由60t穿心千斤頂、筒形承壓柱和數(shù)顯電液伺服油泵組成；數(shù)顯電液伺服油泵提供穩(wěn)定油壓，通過油管將壓力傳遞給60t穿心千斤頂，60t穿心千斤頂將油壓轉(zhuǎn)換成向下的壓力，再依靠筒形承壓柱，把預(yù)定荷載直接作用于模擬地基土表面。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，所采用的60t穿心千斤頂需滿足內(nèi)徑大于70mm、動(dòng)作行程80mm。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，所采用的筒形承壓柱由壁厚40mm內(nèi)徑70mm高300mm鋼筒和內(nèi)徑70mm、外徑300-900mm、高30-100mm圓臺(tái)性傳力環(huán)螺栓連接而成。

更進(jìn)一步的方案是：

所述的地基土總應(yīng)力、孔隙水壓力及局部變形測試單元由高靈敏度電阻變形監(jiān)測儀、活塞式電阻應(yīng)變計(jì)工作組、鋼鉉式土壓力計(jì)孔隙水壓力計(jì)工作組和多通道應(yīng)力巡檢記錄儀組成；活塞式電阻應(yīng)變計(jì)工作組可以測量地基土體內(nèi)任意局部變形值；比如水平安裝于樁身某深度對應(yīng)的地基平面內(nèi)以獲得水平壓縮變形值，或者選擇與土層厚度相同長度的應(yīng)變計(jì)垂直安放于該土層中，以獲得該土層的沉降變化值；同理鋼鉉式土壓力計(jì)孔隙水壓力計(jì)工作組也可以根據(jù)研究方案需要預(yù)埋在所需監(jiān)測的土體位置，獲得地基土任意局部任意角度的總應(yīng)力和有效應(yīng)力參數(shù)；各工作組各類型傳感器數(shù)量根據(jù)需要增減，實(shí)現(xiàn)從固結(jié)前初值、到固結(jié)后中值、到沉樁過程完成后的終值全流程全角度監(jiān)控，精確呈現(xiàn)記錄地基土力學(xué)行為的演化。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，所采用的活塞式電阻應(yīng)變計(jì)工作組由多個(gè)直徑2-4mm、長度20-80mm、測量行程10-30mm可自由伸縮的活塞式電阻位移傳感器并聯(lián)而成。單個(gè)活塞式電阻位移傳感器由導(dǎo)電活塞和高精度電阻套筒構(gòu)成。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，所采用的鋼鉉式土壓力計(jì)孔隙水壓力計(jì)工作組可以根據(jù)研究方案需要預(yù)埋在所需監(jiān)測的土體位置，獲得地基土任意局部任意角度的總應(yīng)力和有效應(yīng)力參數(shù)。壓力計(jì)直徑小于50mm、高度小于150mm，精度1p，量程范圍0-1mp。

更進(jìn)一步的方案是：

所述的型鋼加載反力框架采用翼板寬度及截面高度均為200mm，厚度20mm型槽鋼通過高強(qiáng)螺栓拼接成如圖1及圖5所示空間結(jié)構(gòu)，框架整體高2m、長3m、寬2m；框架豎向最高承受試驗(yàn)荷載為80t；從上至下，依次為上部沉樁力學(xué)模擬單元定位螺栓、模型樁定位導(dǎo)向套筒、上橫梁連接板、型鋼門式框架、地基土模擬倉定位螺孔、滾動(dòng)導(dǎo)向軸承和鋼制地板組成；上部沉樁力學(xué)模擬單元定位螺栓焊接固定于型鋼門式框架的上橫梁表面，兩根長2m型槽鋼平行背靠組成上橫梁，其底部通過上橫梁連接板用高強(qiáng)螺栓連接；型槽鋼翼板與腹板厚度均為20mm，寬度均為200mm。橫梁中間焊接有模型樁定位導(dǎo)向套筒，該套筒內(nèi)徑根據(jù)需要30-80mm可以調(diào)整，以在其中套裝小一級鋼制圓筒實(shí)現(xiàn)，壁厚10mm；門式框架立柱采用4根同等型號型鋼開口向外通過柱頂焊接封板及高強(qiáng)螺栓固定于上橫梁4個(gè)端部，立柱柱底同樣通過焊接封板及高強(qiáng)螺栓固定于鋼制地板上；滾動(dòng)導(dǎo)向軸承陣列安放在鋼制地板上半圓形凹槽內(nèi)，涂潤滑油減小滾動(dòng)導(dǎo)向軸承與鋼制地板間的滾動(dòng)摩擦力。

更進(jìn)一步的方案是：

所述的60t穿心千斤頂固定于上橫梁連接板之下，60t穿心千斤頂上面還有模型樁定位導(dǎo)向套筒，三者豎向同心共軸。

更進(jìn)一步的方案是：

所述的地基土模擬試驗(yàn)倉分圓筒形和立方體兩種，圓形截面?zhèn)}壁內(nèi)徑500mm，方形截面?zhèn)}壁邊長1000mm，倉高均為1200mm，由20mm厚模擬方形倉壁、模擬圓形倉壁、倉底、倉壁側(cè)向加固環(huán)、加固環(huán)連接軸、加固環(huán)閉合扳手和過濾排水閥門組成；模擬方形倉壁和模擬圓形倉壁的材質(zhì)分透明有機(jī)玻璃和鑄鐵兩種，透明有機(jī)玻璃可以用來觀測地基附加應(yīng)力小于1.2mp條件下的土層變形行為，鑄鐵筒壁用于大于1.2mp應(yīng)力環(huán)境的力學(xué)測試。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，所采用的4根倉壁側(cè)向加固環(huán)在縱向方向平均分布，環(huán)抱緊固模擬倉壁，并通過加固環(huán)閉合扳手實(shí)現(xiàn)拉緊和松開。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，所采用的過濾排水閥門可平均分布于模擬倉四周，可根據(jù)測試方案打開其中一個(gè)或多個(gè)，實(shí)現(xiàn)預(yù)定土層局部排水固結(jié)。

更進(jìn)一步的方案是：

所述的錘擊沉樁模擬單元由電動(dòng)牽引加載裝置、三角形型鋼支架、吊索分離開關(guān)、穿心錘擊動(dòng)力機(jī)構(gòu)、模擬樁和模擬樁尖組成；三角形型鋼支架通過上部沉樁力學(xué)模擬單元定位螺栓固定在型鋼加載反力框架上面，三角形型鋼支架采用12mm厚、截面高度100mm的槽鋼螺栓連接而成，其頂部配有固定滑輪；鋼絞線作為吊索連接電動(dòng)牽引加載裝置、三腳架頂部固定導(dǎo)向輪和吊索分離開關(guān)，在通過吊索分離開關(guān)連接穿心錘擊動(dòng)力機(jī)構(gòu)。電動(dòng)牽引加載裝置通電卷收吊索將穿心錘拉升至標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)高，動(dòng)作吊索分離開關(guān)，穿心錘重力自由下落，撞擊導(dǎo)桿上的承力環(huán)，將動(dòng)能轉(zhuǎn)換成貫入力做功，模擬動(dòng)力沉樁。

本發(fā)明可以按研究方案預(yù)先對模擬倉中土體在不同排水條件下進(jìn)行預(yù)壓固結(jié)，之后模擬各類材料組合形成的地基土在不同等級附加應(yīng)力條件下的動(dòng)、靜力沉樁過程，并實(shí)時(shí)監(jiān)測模型樁所受端阻力、側(cè)摩阻力及基樁周圍不同位置土體總應(yīng)力、空隙水壓力及局部位移等參數(shù)的演化狀態(tài)，從而，計(jì)算樁身軸力、不同位置每種土、應(yīng)力擴(kuò)散角、附加應(yīng)力系數(shù)、體壓縮系數(shù)，變形模量等力學(xué)性能指標(biāo)；掌握樁基周圍土體應(yīng)力的空間分布與變化。本發(fā)明所提供的基于可控附加應(yīng)力的樁土相互作用力學(xué)行為研究測試系統(tǒng)提供的地基土模擬倉，可以根據(jù)地質(zhì)勘察得出的實(shí)際地層條件，人工制作復(fù)合地基土模型，結(jié)合其上部地基附加應(yīng)力加載模擬單元，提供預(yù)定荷載實(shí)現(xiàn)模擬不同深度的土層總應(yīng)力環(huán)境。另一方面，利用該系統(tǒng)，可以在準(zhǔn)施工現(xiàn)場環(huán)境下，對專業(yè)測試人員及高校學(xué)生進(jìn)行靜力觸探與十字板剪切、動(dòng)力觸探及標(biāo)準(zhǔn)貫入等內(nèi)容的實(shí)訓(xùn)教學(xué)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，組合靈活，最大程度貼近預(yù)制樁施工過程和受力條件，在土木工程、巖土工程的科研和教學(xué)領(lǐng)域廣泛適用。

附圖說明

圖1是研究實(shí)施例1，根據(jù)本發(fā)明的模擬靜壓沉樁工藝樁土力學(xué)行為實(shí)施案例所給出的整套測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，使用的是方形地基土模擬倉，適用于非剛性側(cè)限地基應(yīng)力環(huán)境研究；

圖2是研究實(shí)施例1中的型鋼加載反力框架和方形地基土模擬倉俯視圖；

圖3是研究實(shí)施例1中的型鋼加載反力框架和方形地基土模擬倉左視圖；

圖4是實(shí)施例2測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，使用的是有機(jī)玻璃-圓形地基土模擬倉，適用于剛性側(cè)限地基應(yīng)力環(huán)境研究；

圖5是實(shí)施例2中有機(jī)玻璃-圓形地基土模擬倉俯視圖；

圖6是實(shí)施例3，模擬動(dòng)力沉樁工藝時(shí)樁土力學(xué)行為實(shí)施案例所給出的整套測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，使用的是方形地基土模擬倉，適用于非剛性側(cè)限地基應(yīng)力環(huán)境研究；

將測試系統(tǒng)上部結(jié)構(gòu)替換成標(biāo)準(zhǔn)靜力觸探儀或是動(dòng)力觸探儀，可以在準(zhǔn)施工現(xiàn)場環(huán)境下，對專業(yè)測試人員及高校學(xué)生進(jìn)行靜力觸探與十字板剪切、動(dòng)力觸探及標(biāo)準(zhǔn)貫入等內(nèi)容的實(shí)訓(xùn)教學(xué)。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

這里以實(shí)施例1為例，詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施步驟，通過附圖描述的方案是示例性的，是研究方案的其中一種，用于解釋本發(fā)明如何工作，不能理解為對本發(fā)明的限制。

這里將參考圖1-圖3詳細(xì)描述模擬靜壓沉樁工藝時(shí)樁土力學(xué)行為研究的過程。圖1是整套測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1所示模擬靜壓沉樁工藝時(shí)樁土力學(xué)行為研究的測試系統(tǒng)包括：樁身力學(xué)模擬單元；地基附加應(yīng)力加載模擬單元；地基土總應(yīng)力、孔隙水壓力及局部變形測試單元；型鋼加載反力框架；地基土模擬試驗(yàn)倉及靜壓沉樁模擬單元。

首先根據(jù)所需研究工程地點(diǎn)的具體地質(zhì)信息，采集該地點(diǎn)以下土樣標(biāo)本作為模擬地基的原料，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。

按照圖2和圖3所示組裝好方形地基土模擬倉，此處倉壁20mm厚不銹鋼板。然后依據(jù)地質(zhì)信息中諸如各土層種類、厚度、含水量、孔隙比、密度等原位地基土的物理參數(shù)，采用分層壓實(shí)的方法制作模擬地基。

根據(jù)研究方案在各模擬土層中預(yù)埋活塞式電阻應(yīng)變計(jì)工作組32、鋼鉉式土壓力計(jì)和孔隙水壓力計(jì)工作組33。在地基中土體變形多以壓縮為主，所以預(yù)埋時(shí)應(yīng)將活塞式電阻應(yīng)變計(jì)設(shè)置預(yù)留足夠的壓縮位移量程，考慮制作模擬地基時(shí)的壓實(shí)工藝，更應(yīng)如此?；钊诫娮钁?yīng)變計(jì)其預(yù)埋角度根據(jù)所需監(jiān)測不同方向土層變形需求而設(shè)定，同一深度的平面內(nèi)考慮到應(yīng)力擴(kuò)散效應(yīng)，按與模擬樁不同距離安放3-6個(gè)活塞式電阻應(yīng)變計(jì)。出于相似考慮，依據(jù)同樣原則安放鋼鉉式土壓力計(jì)和孔隙水壓力計(jì)。

同時(shí)將模擬地基土中預(yù)埋的活塞式電阻應(yīng)變計(jì)工作組32的數(shù)據(jù)線編號，連接到高靈敏度電阻變形監(jiān)測儀31上；將鋼鉉式土壓力計(jì)孔隙水壓力計(jì)工作組33的數(shù)據(jù)線編號，連接到多通道應(yīng)力巡檢記錄儀34上。

在預(yù)埋前，記錄保存各傳感器的初值；從制作模擬地基開始便監(jiān)測記錄傳感器所探測探測到的諸如位移值s1i、土壓力p1i、孔隙水壓力p2i等實(shí)測值。

根據(jù)實(shí)際工程地點(diǎn)地下水條件，操作各過濾排水閥門56實(shí)現(xiàn)預(yù)定土層局部排水固結(jié)或穩(wěn)定預(yù)設(shè)水位。

模擬地基土填滿模擬倉后，表面與模擬倉側(cè)壁上沿保持等高。

將制作完成模擬地基的模擬倉沿圖2所示方向，通過導(dǎo)向滾軸42移入型鋼加載反力框架整下方，將模擬倉底部四角上的地基土模擬倉定位螺孔47與鋼制底座43上相應(yīng)位置的定位螺孔47對其，并用螺栓固定。

按圖1所示安裝地基附加應(yīng)力加載模擬單元，先將筒形承壓柱22通過螺栓安裝在60t穿心千斤頂21的頂出端，然后將它們通過螺栓固定于上橫梁連接板（穿心千斤頂傳力板）46下部，確保包括模型樁定位套筒45在內(nèi)三者豎向同心共軸。

按圖1所示用壓力油管連接數(shù)顯電液伺服油泵23和60t穿心千斤頂21，千斤頂內(nèi)注油排氣。

開啟數(shù)顯電液伺服油泵23，千斤頂21將油壓轉(zhuǎn)換成向下的壓力，再依靠筒形承壓柱22，把預(yù)定荷載直接作用于模擬地基土表面，同時(shí)監(jiān)測由數(shù)顯電液伺服油泵23的油壓值換算而來的附加應(yīng)力值及模擬地基土中位移值s1i、土壓力p1i、孔隙水壓力p2i等實(shí)測值的改變，模擬地下某一深度位置的應(yīng)力環(huán)境，于是實(shí)現(xiàn)對淺基礎(chǔ)傳遞的附加應(yīng)力條件下地基各局部空間應(yīng)力應(yīng)變動(dòng)態(tài)分布的研究。

按圖1所示將靜壓沉樁力學(xué)模擬單元通過定位螺栓44安裝于型鋼加載反力框架的上橫梁上面，并確保電動(dòng)靜力觸探加載裝置11的模擬樁安裝孔與模型樁定位導(dǎo)向套筒45豎向同心共軸。

如圖1所示從下至上組裝模擬樁阻力傳感器13和標(biāo)準(zhǔn)模擬樁節(jié)14，于是在同一模擬樁不同深度的位置可以安放多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模擬樁節(jié)14，并將模擬樁阻力傳感器13和每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模擬樁節(jié)14的數(shù)據(jù)線通過模擬樁節(jié)中間空心連接到阻力監(jiān)測記錄儀12，開始監(jiān)測記錄。

模擬樁樁頂與電動(dòng)靜力觸探加載裝置11的下行動(dòng)力鏈條通過傳力扳手連接。

啟動(dòng)電動(dòng)靜力觸探加載裝置11電機(jī)，可按預(yù)定沉樁速率將模擬樁從模擬地基地表壓入土層。

通過阻力監(jiān)測記錄儀12可以測度模擬樁樁端阻力標(biāo)準(zhǔn)值pski和側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值q1sik，以及模擬樁樁身各處的應(yīng)變值εi，通過預(yù)先測定的標(biāo)準(zhǔn)模擬樁節(jié)14的彈性模量換算得到相應(yīng)樁身各測點(diǎn)的軸力值tski，進(jìn)一步計(jì)算得到相應(yīng)點(diǎn)位地層對于樁身的側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值q2sik。

通過高靈敏度電阻變形監(jiān)測儀31和多通道應(yīng)力巡檢記錄儀34監(jiān)測沉樁工藝全過程模擬地基土中各空間測點(diǎn)所反映的位移值s1i、土壓力p1i、孔隙水壓力p2i等實(shí)測值的改變。

實(shí)施例2

這里以實(shí)施例2為例，詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施步驟，通過附圖描述的方案是示例性的，是研究方案的其中一種，用于解釋本發(fā)明如何工作，不能理解為對本發(fā)明的限制。

這里將參考圖4和圖5詳細(xì)描述模擬準(zhǔn)剛性側(cè)限條件下靜壓沉樁工藝時(shí)樁土力學(xué)行為研究的過程。圖4是整套測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4所示模擬靜壓沉樁工藝時(shí)樁土力學(xué)行為研究的測試系統(tǒng)包括：靜壓沉樁力學(xué)模擬單元；地基附加應(yīng)力加載模擬單元；地基土總應(yīng)力、孔隙水壓力及局部變形測試單元；型鋼加載反力框架；有機(jī)玻璃-圓形地基土模擬倉及靜壓沉樁模擬單元。

首先根據(jù)所需研究工程地點(diǎn)的具體地質(zhì)信息，采集該地點(diǎn)以下土樣標(biāo)本作為模擬地基的原料，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。

按照圖4和圖5所示組裝好方形地基土模擬倉，此處倉壁根據(jù)需要用30mm厚透明有機(jī)玻璃加工。然后依據(jù)工程地質(zhì)信息中諸如各土層種類、厚度、含水量、孔隙比、密度等原位地基土的物理參數(shù)，采用分層壓實(shí)的方法制作模擬地基。

根據(jù)研究方案在各模擬土層中（或所需研究土層中）預(yù)埋活塞式電阻應(yīng)變計(jì)工作組32、鋼鉉式土壓力計(jì)和孔隙水壓力計(jì)工作組33。在地基中土體變形多以壓縮為主，所以預(yù)埋時(shí)應(yīng)將活塞式電阻應(yīng)變計(jì)設(shè)置預(yù)留足夠的壓縮位移量程，考慮制作模擬地基時(shí)的壓實(shí)工藝，更應(yīng)如此?；钊诫娮钁?yīng)變計(jì)其預(yù)埋角度根據(jù)所需監(jiān)測不同方向土層變形需求而設(shè)定，在該模擬倉中樁壁與倉內(nèi)壁之間距離越為100mm，模擬地基土水平壓縮變形受到來自倉壁的側(cè)向約束，而導(dǎo)致水平向應(yīng)力值較高，即達(dá)到半剛性-剛性側(cè)限應(yīng)力條件。同一深度的平面內(nèi)考慮到應(yīng)力變化梯度較小，按與模擬樁不同距離安放1-2個(gè)活塞式電阻應(yīng)變計(jì)。出于相似考慮，依據(jù)同樣原則安放鋼鉉式土壓力計(jì)和孔隙水壓力計(jì)。

同時(shí)將模擬地基土中預(yù)埋的活塞式電阻應(yīng)變計(jì)工作組32的數(shù)據(jù)線編號，連接到高靈敏度電阻變形監(jiān)測儀31上；將鋼鉉式土壓力計(jì)孔隙水壓力計(jì)工作組33的數(shù)據(jù)線編號，連接到多通道應(yīng)力巡檢記錄儀34上。

在預(yù)埋前，記錄保存各傳感器的初值；從制作模擬地基開始便監(jiān)測記錄傳感器所探測探測到的諸如位移值s1i、土壓力p1i、孔隙水壓力p2i等實(shí)測值。

根據(jù)實(shí)際工程地點(diǎn)地下水條件，操作各過濾排水閥門56實(shí)現(xiàn)預(yù)定土層局部排水固結(jié)或穩(wěn)定預(yù)設(shè)水位。

模擬地基土填滿模擬倉后，表面與模擬倉側(cè)壁上沿保持等高。

將制作完成模擬地基的模擬倉通過導(dǎo)向滾軸42移入型鋼加載反力框架整下方，將模擬倉底部定位螺孔47與鋼制底座43上相應(yīng)位置的定位螺孔47對其，并用螺栓固定。

按圖4所示安裝地基附加應(yīng)力加載模擬單元，先將筒形承壓柱22通過螺栓安裝在60t穿心千斤頂21的頂出端，然后將它們通過螺栓固定于上橫梁連接板（穿心千斤頂傳力板）46下部，確保包括模型樁定位套筒45在內(nèi)三者豎向同心共軸。

按圖4所示用壓力油管連接數(shù)顯電液伺服油泵23和60t穿心千斤頂21，千斤頂內(nèi)注油排氣。

開啟數(shù)顯電液伺服油泵23，千斤頂21將油壓轉(zhuǎn)換成向下的壓力，再依靠筒形承壓柱22，把預(yù)定荷載直接作用于模擬地基土表面，同時(shí)監(jiān)測由數(shù)顯電液伺服油泵23的油壓值換算而來的附加應(yīng)力值及模擬地基土中位移值s1i、土壓力p1i、孔隙水壓力p2i等實(shí)測值的改變，模擬地下某一深度位置的應(yīng)力環(huán)境，于是實(shí)現(xiàn)對淺基礎(chǔ)傳遞的附加應(yīng)力條件下地基各局部空間應(yīng)力應(yīng)變動(dòng)態(tài)分布的研究。

按圖4所示將靜壓沉樁力學(xué)模擬單元通過定位螺栓44安裝于型鋼加載反力框架的上橫梁上面，并確保電動(dòng)靜力觸探加載裝置11的模擬樁安裝孔與模型樁定位導(dǎo)向套筒45豎向同心共軸。

如圖4所示從下至上組裝模擬樁阻力傳感器13和標(biāo)準(zhǔn)模擬樁節(jié)14，于是在同一模擬樁不同深度的位置可以安放多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模擬樁節(jié)14，并將模擬樁阻力傳感器13和每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模擬樁節(jié)14的數(shù)據(jù)線通過模擬樁節(jié)中間空心連接到阻力監(jiān)測記錄儀12，開始監(jiān)測記錄。

模擬樁樁頂與電動(dòng)靜力觸探加載裝置11的下行動(dòng)力鏈條通過傳力扳手連接。

啟動(dòng)電動(dòng)靜力觸探加載裝置11電機(jī)，可按預(yù)定沉樁速率將模擬樁從模擬地基地表壓入土層。

通過阻力監(jiān)測記錄儀12可以測度模擬樁樁端阻力標(biāo)準(zhǔn)值pski和側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值q1sik，以及模擬樁樁身各處的應(yīng)變值εi，通過預(yù)先測定的標(biāo)準(zhǔn)模擬樁節(jié)14的彈性模量換算得到相應(yīng)樁身各測點(diǎn)的軸力值tski，進(jìn)一步計(jì)算得到相應(yīng)點(diǎn)位地層對于樁身的側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值q2sik。

通過高靈敏度電阻變形監(jiān)測儀31和多通道應(yīng)力巡檢記錄儀34監(jiān)測沉樁工藝全程模擬地基土中各空間測點(diǎn)所反映的位移值s1i、土壓力p1i、孔隙水壓力p2i等實(shí)測值的改變。

實(shí)施例3

這里以實(shí)施例3為例，詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施步驟，通過附圖描述的方案是示例性的，是研究方案的其中一種，用于解釋本發(fā)明如何工作，不能理解為對本發(fā)明的限制。

這里將參考圖2、圖3和圖6詳細(xì)描述模擬動(dòng)力沉樁工藝時(shí)樁土力學(xué)行為研究的過程。圖6是整套測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6所示模擬靜壓沉樁工藝時(shí)樁土力學(xué)行為研究的測試系統(tǒng)包括：樁身力學(xué)模擬單元；地基附加應(yīng)力加載模擬單元；地基土總應(yīng)力、孔隙水壓力及局部變形測試單元；型鋼加載反力框架；地基土模擬試驗(yàn)倉及動(dòng)力沉樁模擬單元。

首先根據(jù)所需研究工程地點(diǎn)的具體地質(zhì)信息，采集該地點(diǎn)以下土樣標(biāo)本作為模擬地基的原料，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。

按照圖2和圖3所示組裝好方形地基土模擬倉，此處倉壁20mm厚不銹鋼板。然后依據(jù)地質(zhì)信息中諸如各土層種類、厚度、含水量、孔隙比、密度等原位地基土的物理參數(shù)，采用分層壓實(shí)的方法制作模擬地基。

根據(jù)研究方案在各模擬土層中預(yù)埋活塞式電阻應(yīng)變計(jì)工作組32、鋼鉉式土壓力計(jì)和孔隙水壓力計(jì)工作組33。在地基中土體變形多以壓縮為主，所以預(yù)埋時(shí)應(yīng)將活塞式電阻應(yīng)變計(jì)設(shè)置預(yù)留足夠的壓縮位移量程，考慮制作模擬地基時(shí)的壓實(shí)工藝，更應(yīng)如此?；钊诫娮钁?yīng)變計(jì)其預(yù)埋角度根據(jù)所需監(jiān)測不同方向土層變形需求而設(shè)定，同一深度的平面內(nèi)考慮到應(yīng)力擴(kuò)散效應(yīng)，按與模擬樁不同距離安放3-6個(gè)活塞式電阻應(yīng)變計(jì)。出于相似考慮，依據(jù)同樣原則安放鋼鉉式土壓力計(jì)和孔隙水壓力計(jì)。

同時(shí)將模擬地基土中預(yù)埋的活塞式電阻應(yīng)變計(jì)工作組32的數(shù)據(jù)線編號，連接到高靈敏度電阻變形監(jiān)測儀31上；將鋼鉉式土壓力計(jì)孔隙水壓力計(jì)工作組33的數(shù)據(jù)線編號，連接到多通道應(yīng)力巡檢記錄儀34上。

在預(yù)埋前，記錄保存各傳感器的初值；從制作模擬地基開始便監(jiān)測記錄傳感器所探測探測到的諸如位移值s1i、土壓力p1i、孔隙水壓力p2i等實(shí)測值。

根據(jù)實(shí)際工程地點(diǎn)地下水條件，操作各過濾排水閥門56實(shí)現(xiàn)預(yù)定土層局部排水固結(jié)或穩(wěn)定預(yù)設(shè)水位。

模擬地基土填滿模擬倉后，表面與模擬倉側(cè)壁上沿保持等高。

將制作完成模擬地基的模擬倉沿圖2所示方向，通過導(dǎo)向滾軸42移入型鋼加載反力框架整下方，將模擬倉底部四角上的地基土模擬倉定位螺孔47與鋼制底座43上相應(yīng)位置的定位螺孔47對其，并用螺栓固定。

按圖6所示安裝地基附加應(yīng)力加載模擬單元，先將筒形承壓柱22通過螺栓安裝在60t穿心千斤頂21的頂出端，然后將它們通過螺栓固定于上橫梁連接板（穿心千斤頂傳力板）46下部，確保包括模型樁定位套筒45在內(nèi)三者豎向同心共軸。

按圖6所示用壓力油管連接數(shù)顯電液伺服油泵23和60t穿心千斤頂21，千斤頂內(nèi)注油排氣。

開啟數(shù)顯電液伺服油泵23，千斤頂21將油壓轉(zhuǎn)換成向下的壓力，再依靠筒形承壓柱22，把預(yù)定荷載直接作用于模擬地基土表面，同時(shí)監(jiān)測由數(shù)顯電液伺服油泵23的油壓值換算而來的附加應(yīng)力值及模擬地基土中位移值s1i、土壓力p1i、孔隙水壓力p2i等實(shí)測值的改變，模擬地下某一深度位置的應(yīng)力環(huán)境，于是實(shí)現(xiàn)對淺基礎(chǔ)傳遞的附加應(yīng)力條件下地基各局部空間應(yīng)力應(yīng)變動(dòng)態(tài)分布的研究。

按圖6所示將動(dòng)力沉樁力學(xué)模擬單元通過定位螺栓44安裝于型鋼加載反力框架的上橫梁上面，并確保電動(dòng)靜力觸探加載裝置11的模擬樁安裝孔與模型樁定位導(dǎo)向套筒45豎向同心共軸。

如圖1所示從下至上組裝模擬樁阻力傳感器13和標(biāo)準(zhǔn)模擬樁節(jié)14，于是在同一模擬樁不同深度的位置可以安放多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模擬樁節(jié)14，并將模擬樁阻力傳感器13和每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模擬樁節(jié)14的數(shù)據(jù)線通過模擬樁節(jié)中間空心連接到阻力監(jiān)測記錄儀12，開始監(jiān)測記錄。

模擬樁樁頂螺母與動(dòng)力觸探加載裝置64下的傳力桿螺帽通過扳手緊固連接。

啟動(dòng)電動(dòng)加載裝置61電機(jī)，卷拉鋼纜，提升穿心錘，到預(yù)定高度，操作脫鉤裝置63，穿心錘自由落體，產(chǎn)生固定貫入能，將模擬樁模擬樁從模擬地基地表錘擊貫入模擬土層。

通過動(dòng)態(tài)阻力監(jiān)測記錄儀12可以測度錘擊貫入瞬間及錘擊后模擬樁樁端阻力標(biāo)準(zhǔn)值pski和側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值q1sik，以及模擬樁樁身各處的應(yīng)變值εi，通過預(yù)先測定的標(biāo)準(zhǔn)模擬樁節(jié)14的彈性模量換算得到相應(yīng)樁身各測點(diǎn)的軸力值tski，進(jìn)一步計(jì)算得到相應(yīng)點(diǎn)位地層對于樁身的側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值q2sik等參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化。

通過高靈敏度電阻變形監(jiān)測儀31和多通道應(yīng)力巡檢記錄儀34監(jiān)測沉樁工藝全程模擬地基土中各空間測點(diǎn)所反映的位移值s1i、土壓力p1i、孔隙水壓力p2i等實(shí)測值的改變。