一种用于离心模型试验中桩基加载及位移测量的试验装置的制作方法

1.本实用新型属于土工离心模型试验装置领域，具体涉及一种用于离心模型试验中桩基加载及位移测量的试验装置。


背景技术：

2.土工离心模型试验是采用离心机所提供的离心力模拟重力，按相似准则，将原型的几何形状按一定比例缩小，采用相同或相似物理性状的岩土体制成模型，使其在离心力场中的应力状态与原型在重力场中一致，以还原时间现场的施工状况，解决工程实际问题与理论研究的一种手段。桩基是一种承载能力高、适用范围广的基础形式。桩基能承受竖直荷载，也能承受水平荷载，能抵抗拉拔荷载也能承受振动荷载，在实际道路、桥梁施工过程中被广泛应用。合理的设计和使用桩基既能控制建筑(构)物的竖向沉降和水平位移，又能提高桩基的承载能力，加快施工进度，减少试验耗材。
3.随着城市建设的快速发展，各种基础工程建设越来越多，了最大限度地规避风险，避免人员伤亡和其他事故的发生，为工程建设提供安全可靠的保障服务，采用室内土工模型试验模拟实际现场施工，测量桩基位移变化已经成为工程建设过程中一个非常重要的环节。土工模型试验能相当准确的模拟出建筑物构件和土体在现场的受力及变形，而桩基的垂直位移(竖向沉降)和水平位移是研究桩基承载力的重要内容，因此，在土工模型试验中测量模型桩的垂直位移(竖向沉降)和水平位移是必不可少的。
4.目前的室内试验大多都是使用位移计测量桩顶位移，但就目前的试验要求来说，传统的位移测量装置尚且存在以下不足：
5.1、现有位移计测量范围有限，若模型桩埋入土层位置较深或桩顶位置不在位移计的测量量程范围内，难以实现准确测量，不能实时反映桩的位移变化。
6.2、用铁片模拟施加在桩顶的荷载，分级加载荷载时铁片容易在离心力的作用下产生偏移，造成测量结果不准确。
7.3、现有装置不能多方面地反映桩顶沿各个方向产生的位移，而只能粗略测量竖向位移。


技术实现要素：

8.本实用新型的目的在于提供一种用于离心模型试验中桩基加载及位移测量的试验装置，解决了现有的测量桩基位移变化的方法存在加载不便、测量结果不准确、测量数据不全面等缺陷。
9.为了达到上述不足，本实用新型采用的技术方案是：
10.本实用新型提供的一种用于离心模型试验中桩基加载及位移测量的试验装置，包括位移同步测量板和连接件，其中，所述连接件呈伸缩式结构安装在模型桩上；所述位移同步测量板安装在连接件的自由端。
11.优选地，所述位移同步测量板包括底板、水平位移测量板、竖直位移测量板和横隔
板，其中，所述底板为长方形的板状结构，其安装在连接件的自由端；所述底板的上端面上卡装有水平位移测量板，所述水平位移测量板的平面与底板的上端面互相垂直；所述底板的四个侧壁上均设置有一个竖直位移测量板，所述竖直位移测量板的平面与底板的平面置于同一水平面；
12.横隔板设置有两个，两个横隔板对称布置在底板的两端；
13.所述水平位移测量板的底部两端开设有卡槽，两个卡槽分别与两个横隔板滑动连接。
14.优选地，每个横隔板的外侧壁上开设有滑动槽，所述滑动槽的侧壁上沿其轴向方向均布有多个安装孔；每个安装孔的底部设置有弹簧，所述弹簧的自由端连接有弹性卡件；
15.所述卡槽的内壁上沿其轴向方向开设有多个配合孔，所述配合孔与弹性卡件配合连接。
16.优选地，所述连接件为连接螺栓，所述连接螺栓与模型桩螺纹连接。
17.优选地，所述连接件上套装有加载片和限位件，所述加载片布置在限位件和模型桩之间。
18.优选地，所述限位件为固定螺母。
19.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
20.本实用新型提供的一种用于离心模型试验中桩基加载及位移测量的试验装置，将位移同步测量板与桩基顶部保持紧密连接，在进行离心试验时，使得位移同步测量板避免发生上下晃动的问题，随着桩基在土层内的位置的复杂变动，位移同步测量板的位置也相应变化，从而反映出桩基的位移量变化，进而解决了现有的因位移计量程不足而无法实现准确测量的缺陷。
21.进一步的，由水平位移测量板和竖向位移测量板的位移变化能够直接反应桩基在试验过程中的位移变化，从而快捷、有效的同时获取桩基的水平位移和垂直位移，而避免了传统意义的只是单个获取水平位移和垂直位移。
22.进一步的，通过连接螺栓、加载片和固定螺母的组合，实现对桩基的负荷加载，该装置能够适用于在土工模型试验中对不同级别荷载进行加载时加载片的安放，解决了现有的将加载片套装在桩基上而出现的偏移问题，减少了人为施加荷载产生的误差，提高了测量精度。
附图说明
23.图1为位移同步测量板左视图；
24.图2为位移同步测量板俯视图；
25.图3为位移同步测量板整体图；
26.图4为加载片及固定螺丝图；
27.图5为位移同步测量板安装完成示意图；
28.图6为水平移动部位放大图；
29.图7为弹性卡工作示意图；
30.其中，1、底板1
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1、水平位移测量板1
‑
2、竖直位移测量板2、连接螺栓3、固定螺母4、加载片5、滑动槽6、模型桩7、模型箱8、卡槽9、弹性卡10、横隔板。
具体实施方式
31.下面结合附图，对本实用新型进一步详细说明。
32.针对以上对桩体位移测量技术的局限性，本实用新型在实时反映桩体位移方面具有较大改善，增强了测量的灵活性和可操作性，有效反应桩体的位移变化，提高了试验的精确度和实时观测性。测量板与桩基同步变化，根据位移计情况调整测量板的距离，并根据试验情况施加荷载片的个数，用螺丝加以固定，防止加速过程中产生偏移现象。
33.如图1至图7所示，本实用新型提供的一种用于离心模型试验中桩基加载及位移测量的试验装置，包括位移同步测量板、连接螺栓2、固定螺母3、加载片4、滑动槽5、模型桩6、模型箱7、卡槽8、弹性卡件9和横隔板10，其中，所述模型桩6安装在模型箱7的内腔中；所述模型桩6的自由端开设有螺纹孔，所述螺纹孔内配合安装有连接螺栓2，所述连接螺栓2的螺纹段配合连接有固定螺母3和加载片4，其中，加载片4布置在固定螺母3和模型桩6之间。
34.所述连接螺栓2的自由端设置有位移同步测量板。
35.所述位移同步测量板包括底板1、水平位移测量板1
‑
1、竖直位移测量板1
‑
2和横隔板10，其中，所述底板1为长方形的板状结构，其安装在连接螺栓2的自由端；所述底板的上端面上卡装有水平位移测量板1
‑
1，所述水平位移测量板1
‑
1的平面与底板1的上端面互相垂直；所述底板1的四个侧壁上均设置有一个竖直位移测量板1
‑
2，所述竖直位移测量板1
‑
2的平面与底板1的平面置于同一水平面。
36.所述底板1上还设置有两个横隔板10，两个横隔板10对称布置在底板1的两端。
37.每个横隔板10的外侧壁上开设有滑动槽5，所述滑动槽5的侧壁上沿其轴向方向均布有多个安装孔8。
38.每个安装孔8的底部设置有弹簧，所述弹簧的自由端连接有弹性卡件9。
39.所述水平位移测量板1
‑
1为长方形的板状结构；该水平位移测量板1
‑
1的侧壁的两端开设有卡槽；两个卡槽分别卡装在两个横隔板10上。
40.所述卡槽的内壁上沿其轴向方向开设有多个配合孔，所述配合孔与弹性卡件9配合连接。
41.本实用新型的工作过程：
42.在模型箱7的顶部安装有呈十字交叉的两个横梁，每个横梁上安装有一个位移计；两个位移计分别作用在水平位移测量板1
‑
1和竖直位移测量板1
‑
2上，用于测量桩基的垂直位移和水平位移；根据位移计的量程调节水平位移测量板1
‑
1的位置，水平位移测量板1
‑
1通过调节弹性卡件9在配合孔中的位置实现自由移动，同时，通过水平位移测量板1
‑
1上的卡槽与横隔板10之间的配合，实现沿滑动槽5进行自由移动。
43.竖向位移测量板1
‑
2通过抬升和降落连接螺栓2的旋入程度来实现自由移动，从而使试验更加准确无误地进行。
44.在装置安装完成后，根据装置位置，安装位移计，位移计红外线光束打到水平位移测量板1
‑
1和竖向位移测量板1
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2上；由于测量装置和桩基发生同时位移变形，由水平位移测量板1
‑
1和竖向位移测量板1
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2的位移变化可以直接反应桩基在试验过程中的位移变化，从而快捷、有效的同时获取桩基的水平位移和垂直位移，而避免了传统意义的只是单个获取水平位移和垂直位移。
45.本实用新型用于模型试验中桩基加载及桩体位移量的观测，由于试验过程中，桩
基会埋入地下，随着试验工况的不同，桩基的水平位置和高度都有所变化，且模型桩直径较小，导致位移计红外线不能准确的打到桩基顶部，测量桩基位移变化，需要用位移同步测量板来反映其位置的变化，能够准确反映桩沿水平方向和垂直方向的位移变化。要求位移同步测量板要与桩顶保持紧密连接，同时保持加载装置稳定，在进行离心试验时，不出现上下晃动，随着桩在土层内的位置的复杂变动顶板位置也相应变化，从而反映其位移量变化。
46.本实用新型的有益效果是：
47.1、该装置可用于不同量程的位移计进行桩体位移测量，可根据实际情况调节测量板装置的位置以实现精确测量，实时反映桩体的相对移动，避免了因位移计量程不足而无法实现测量的缺陷。
48.2、该装置可适用于在土工模型试验中对不同级别荷载进行加载时加载片的安放，解决了现有的将加载片套装在桩基上，而出现的偏移问题，减少了人为施加荷载产生的误差，提高了测量精度。
49.3、该装置可以进行手动调控、重复使用，同时测量桩体的水平位移和竖向位移，避免了因试验工况变化导致重新更换测量板位置及大小，减少试验耗材，加快试验进程。