一种用于模拟桩基摩阻力分布及中性点位置的模型箱的制作方法

1.本实用新型涉及土木工程技术领域，确切地说是一种用于模拟桩基摩阻力分布及中性点位置的模型箱。


背景技术：

2.桩基的主要作用是将上部荷载传递到下部土层，其竖向承载力是桩土共同作用提供的，传递过程中桩身会与桩周及桩端土进行相互作用形成摩阻力与端阻力。当桩周土下沉位移小于桩身时，桩周会产生方向向上的正摩阻力，阻止桩基沉降；当桩周土下沉位移大于桩身时，桩周会产生方向向下的负摩阻力，加大桩基沉降，造成建筑物不均匀下沉。受荷载大小、桩体刚度、桩周土和桩端土性质等因素的影响，桩土的相互作用和荷载传递机理复杂，目前的相关研究理论仍不完善。
3.在桩周土性质不变时，桩端土刚度对摩阻力和端阻力占总承载力的比例大小影响极大：当桩端土的刚度较小时，摩阻力充分发挥，端阻力占比较小；反之，摩阻力不能充分发挥，端阻力占比较大。当产生负摩阻力时，在桩周土与桩截面沉降相等、无相对位移发生处其摩阻力为零，即为桩的中性点。在此位置之上的摩阻力为负摩阻力，在此位置之下的摩阻力为正摩阻力，在该点处桩身轴力达到最大值。中性点是桩基受力分析和承载力设计中的重要参数，其位置的变化直接影响桩基负摩阻力的大小。
4.目前规范中规定的中性点深度比ln/l0是从工程经验中得到的，根据桩端土持力层特征进行估算，在实际设计中往往存在误差过大的情况。常规的试验研究方法是通过测定桩周土压力和桩身应力分布来计算桩土的相对位移，推算出位移零点作为中性点深度。中性点位置不能直接测定，桩土的相互作用也不能直接观测，机构误差较难控制。
5.中国专利公开号cn108181180a公开了一种模拟由地面堆载引起桩负摩阻力中性点变化的试验装置及方法。该试验装置通过有色砂砾和桩侧标记得到了桩周土不同深度的沉降和桩-土相对位移以确定中性点位置变化。但存在以下缺陷：所用材料只能为透明土，作为标记用的有色砂砾容易和透明土混杂不清；需要进行排水，排水条件与实际情况不符；采用相机的图像处理确定沉降和变形，数据难以保持精确；加载机构制作较为繁琐，成本较高。


技术实现要素：

6.本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于模拟桩基摩阻力分布及中性点位置的模型箱，该模型箱用于组成模拟桩端阻力大小及中性点变化的力学试验装置，使力学试验装置简单、精度高，既能模拟正负摩阻力的桩端阻力大小和桩周土变形，也能模拟负摩阻力时中性点位置的变化。
7.为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术手段：
8.一种用于模拟桩基摩阻力分布及中性点位置的模型箱，包括矩形模型箱，设置在矩形模型箱内的桩基，所述的矩形模型箱的前侧壁或后侧壁至少有一个侧壁为可拆卸设
置，前侧壁为透明材料，前侧壁沿竖直方向设有刻度；矩形模型箱的顶端开口，底端封闭且封闭面的中心处设有桩基插口，桩基的底端通过桩基插口后抵接在桩端土模拟机构上；桩基位于箱体内的部分左右两侧均设有间隔设置的侧翼；侧翼用半柔性材料制成，侧翼随土体变形而变形；模型箱设有加载机构，加载机构使桩基产生正摩阻力或负摩阻力。
9.本实用新型的矩形模型箱的前侧壁或后侧壁至少有一个侧壁为可拆卸设置，便于侧放并拆卸下一个侧壁，通过拆卸下的该侧壁向箱内均匀填充土；使桩基、侧翼周围的土填充均匀；加载机构作用于桩基时使桩基产生正摩阻力；加载机构作用于桩基旁填充的实验用土使桩基产生负摩阻力。其可以使力学试验装置简单、精度高，既能模拟正负摩阻力的桩端阻力大小和桩周土变形，也能模拟负摩阻力时中性点位置的变化。
10.进一步的优选技术方案如下：
11.所述的矩形模型箱的左右侧壁为左右木制侧壁，前后侧壁为前后玻璃侧壁，左右木制侧壁的前侧、后侧均设有竖向设置的嵌槽。
12.上述设置，使前后玻璃侧壁可以方便地嵌套安装在左右木制侧壁的嵌槽内或自左右木制侧壁的嵌槽内抽出。
13.所述的嵌槽边沿处设有固定螺栓，在固定螺栓对前后玻璃侧壁起到固定作用，防止向外脱落，同时允许前后玻璃侧壁自嵌槽内抽出或插入。
14.通过设置固定螺栓，固定螺栓起固定防脱作用。
15.所述的加载机构包括桩基加压装置、堆载加压装置和砝码；砝码直接放置在桩基加压装置或堆载加压装置上面。
16.采用桩基加压装置时置于桩基顶部使桩基产生正摩阻力；采用堆载加压装置时置于桩基旁填充的实验用土使桩基产生负摩阻力。
17.所述桩基加压装置、堆载加压装置均设有压块、压块支架，桩基加压装置的压块支架卡套在桩基的顶端使桩基加压装置的重力作用于桩基的顶端；堆载加压装置的压块支架的底端设有压板，桩基的顶端向上透过压板且与压板之间没有摩擦，堆载加压装置的重力通过压板仅作用于实验用土的上表面。
18.通过设置压块支架，便于通过压块支架使桩基加压装置或堆载加压装置的重力作用于桩基或矩形模型箱内填充的实验用土的上表面。
附图说明
19.图1是本实用新型的模型箱的立体图。
20.图2是图1中的模型箱及桩基加压装置使用状态图。
21.图3是1中的模型箱及堆载加压装置使用状态图。
22.图4是本实用新型桩基的立体图。
23.附图标记说明：1-桩基，2-玻璃侧壁，3-侧翼， 4-土，5-木制侧壁，6-支架上盘，7-刻度，8-桩基加压装置，9-堆载加压装置，10-砝码。
具体实施方式
24.下面结合实施例，进一步说明本实用新型。
25.参见图1-图4可知，本实用新型的一种用于模拟桩基1摩阻力分布及中性点位置的
模型箱，由矩形模型箱、桩基1组成；所述的矩形模型箱的前侧壁或后侧壁至少有一个侧壁为可拆卸设置，前侧壁为透明材料，前侧壁沿竖直方向设有刻度7；矩形模型箱的顶端开口，底端通过支架上盘6封闭且封闭面的中心处设有桩基插口，桩基1的底端通过桩基插口后抵接在桩端土4模拟机构上；桩基1位于箱体内的部分左右两侧均设有间隔设置的侧翼3；侧翼3用半柔性材料制成，侧翼3随土4体变形而变形；模型箱设有加载机构，加载机构使桩基1产生正摩阻力或负摩阻力。
26.矩形模型箱的前侧壁或后侧壁至少有一个侧壁为可拆卸设置，便于侧放并拆卸下一个侧壁，通过拆卸下的该侧壁向箱内均匀填充土4；使桩基1、侧翼3周围的土4填充均匀；加载机构作用于桩基1时使桩基1产生正摩阻力；加载机构作用于桩基1旁填充的实验用土4使桩基1产生负摩阻力。其可以使力学试验装置简单、精度高，既能模拟正负摩阻力的桩端阻力大小和桩周土4变形，也能模拟负摩阻力时中性点位置的变化。
27.所述的矩形模型箱的左右侧壁为左右木制侧壁5，前后侧壁为前后玻璃侧壁2，左右木制侧壁5的前侧、后侧均设有竖向设置的嵌槽。
28.上述设置，使前后玻璃侧壁2可以方便地嵌套安装在左右木制侧壁的嵌槽内或自左右木制侧壁5的嵌槽内抽出。
29.所述的嵌槽边沿处设有固定螺栓，在固定螺栓对前后玻璃侧壁起到固定作用，防止向外脱落，同时允许前后玻璃侧壁自嵌槽内抽出或插入。
30.通过设置固定螺栓，固定螺栓起固定防脱作用。
31.所述的加载机构包括桩基加压装置8、堆载加压装置9和砝码10；砝码10直接放置在桩基加压装置8或堆载加压装置9上面。
32.采用桩基加压装置8时置于桩基1顶部使桩基1产生正摩阻力；采用堆载加压装置9时置于桩基1旁填充的实验用土4使桩基1产生负摩阻力。
33.所述桩基加压装置8、堆载加压装置9均设有压块、压块支架，桩基加压装置8的压块支架卡套在桩基1的顶端使桩基加压装置8的重力作用于桩基1的顶端；堆载加压装置9的压块支架的底端设有压板，桩基1的顶端向上透过压板且与压板之间没有摩擦，堆载加压装置9的重力通过压板仅作用于实验用土4的上表面。
34.通过设置压块支架，便于通过压块支架使桩基加压装置8或堆载加压装置9的重力作用于桩基1或矩形模型箱内填充的实验用土4的上表面。
35.以上所述仅为本实用新型较佳可行的实施例而已，并非因此局限本实用新型的权利范围，凡运用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本实用新型的权利范围之内。