基于多向加載的全機械式樁基模型試驗裝置及試驗方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于大型粧基模型試驗技術領域，特別涉及一種基于多向加載的全機械式粧基模型試驗裝置及試驗方法。
【背景技術】
[0002]隨著國民經濟的快速發(fā)展，粧基礎在超高層建筑、高鐵、深基坑支護等工程中的應用越來越多，與粧基礎相關的粧基測試也變得越來越重要。由于粧基現場測試具有費用高、工程粧不能加載到破壞的程度、考慮因素有限等缺陷，因此，在現場試驗條件有限的情況下進行大比例尺模型試驗，各種工況下都可以加載到破壞，更能綜合考慮單粧和群粧承載性能的影響因素，對掌握各種粧基礎粧土相互作用機理以及優(yōu)化粧基礎設計具有重要的意義。
[0003]目前，專利號為ZL 03125454.3的發(fā)明專利公開了一種非飽和土粧基模型試驗裝置，其由上蓋和底座可以拆卸的壓力容器組成，通過對上蓋、底座和凹槽特殊處理，可在試驗中方便地控制土樣的地質吸力，實現非飽和土體中模型粧的承載性能測試；但是，該裝置中模型比例小，且屬于非全機械式連接，不能實現水平粧的有效加載。另有專利號為ZL201210081275.3的發(fā)明專利，其公開了一種土工離心模型試驗模型粧的壓粧裝置，該裝置能針對單粧和群粧等實施壓入操作，能夠調節(jié)粧的壓入角度和速度，保證模型粧埋設位置的準確性，能夠在lg和離心環(huán)境下完成壓粧過程；但是，該裝置僅局限于離心環(huán)境下實現模型粧的準確壓入，沒有涉及大比例尺模型粧多向加載試驗方法，且屬于非全機械式連接方式。
[0004]另外，普通模型試驗裝置多為鋼筋混凝土結構，模型側壁無法調節(jié)，大多只能實現單向靜載荷試驗，且在加載中所模擬的粧長和測試方法單一，無法實現同時多向加載或不同粧長的模型試驗，使用局限性較大。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種結構合理、便于調節(jié)、操作簡便和可對模型單粧或群粧進行多向加載試驗的基于多向加載的全機械式粧基模型試驗裝置及試驗方法。
[0006]本發(fā)明技術方案為:基于多向加載的全機械式粧基模型試驗裝置，包括槽底座和槽底座上垂直設置的四根槽立柱，相鄰槽立柱之間設有槽側壁，同側兩根槽立柱上部分別設有柱頂橫梁，兩柱頂橫梁之間連接有反力架。
[0007]所述槽底座包括地下室頂層和地下室頂層上預設的錨固孔；槽立柱包括柱基座和垂直設于柱基座上的Η形鋼柱，柱基座通過錨固孔內的基礎螺栓固定于地下室頂層上，Η形鋼柱的翼板邊緣處均布設有螺栓孔，且Η形鋼柱的翼板所在平面與柱頂橫梁的長度方向一致；柱頂橫梁為Η形箱體梁，Η形箱體梁兩端與對應的Η形鋼柱卡裝固連，Η形箱體梁的邊緣均布設有螺栓孔；反力架包括反力梁和反力梁兩端的固定機構，固定機構包括邊緣設孔的固定板和穿設在孔內的螺栓，反力梁通過固定板和螺栓安裝在柱頂橫梁上；槽側壁包括多級擋板，每級擋板包括邊框和邊框內的面板，同一側面內的相鄰擋板通過邊框相連。
[0008]所述面板包括鋼板或者鋼化玻璃板；邊框上均布設有螺栓孔，同一側面內的相鄰擋板通過邊框螺紋連接。
[0009]所述Η形鋼柱的翼板邊緣螺接有側面反力架，側面反力架為等邊角鋼，側面反力架的兩邊均設有螺栓孔，側面反力架另一邊與邊框螺紋連接。
[0010]所述槽側壁的上方縱向疊加設置有空心方鋼，空心方鋼兩端與側面反力架螺紋連接或者與Η形鋼柱的槽內壁相接。
[0011 ] 所述空心方鋼最上方低于柱頂橫梁。
[0012]所述柱基座為槽型，柱基座的槽內壁與側面反力架之間、基礎螺栓與側面反力架或者擋板之間均設有槽底墊塊，槽底墊塊為矩形長鋼條。
[0013]所述地下室頂層由鋼筋混凝土構成，其厚度不小于15cm，混凝土強度等級不小于C40，錨固孔等間距分布，錨固孔的直徑不小于10cm ;H形鋼柱的高度為3?5m，相鄰Η形鋼柱的水平間距為2?3m，且高度與水平間距的比值為1.5?2 ;基礎螺栓的直徑不小于10cm ;每級擋板的高度為50cm、長度為2?3m，槽側壁的高度為2?4m ;鋼板的厚度不小于3mm，鋼化玻璃板的厚度不小于1cm，空心方鋼的數量為20?30根，空心方鋼的截面邊長為5cm ;反力梁的截面寬度不小于15cm、厚度不小于1cm。
[0014]所述的基于多向加載系統的大型粧基模型試驗方法，包括如下步驟:(1)、鋪設槽底座、固定模型粧，在槽底座上圍繞模型粧安裝基于多向加載的全機械式粧基模型試驗裝置，包括自下而上安裝面板為鋼板的槽側壁與面板為鋼化玻璃板的槽側壁以及安裝柱頂橫梁和反力架，且在需要提供水平反力的槽側壁上方固定空心方鋼；(2)、安裝水平反力裝置:在空心方鋼內側固定液壓千斤頂，液壓千斤頂端部安裝荷載傳感器，使用球形支座連接荷載傳感器與模型粧的粧頭，以保證模型粧始終受到水平荷載的作用；(3)、安裝豎向反力裝置:首先，根據模型粧所處位置調整反力架在柱頂橫梁上的位置，使反力架位于待測模型粧的正上方，以保證各個位置模型粧的豎向加載能夠順利進行；然后，在反力架上固定荷載傳感器，模型粧的粧頭設置液壓千斤頂，連接荷載傳感器與液壓千斤頂；(4)、布置多向加載系統:以匹配基于多向加載的全機械式粧基模型試驗裝置為原則，多向加載系統包括主機、端前測控器和無線通信器，主機可滿足最多同時控制三個方向加載的要求，以實現控制單根模型粧三個方向同時加載或者三根模型粧同時單向加載的目的；(5)、加載測試:通過無線通信器控制多向加載系統，試驗中多向加載系統自動判穩(wěn)、自動穩(wěn)壓維荷、自動加載、自動記錄，自動采集數據。
[0015]所述模型粧為單粧或者群粧，即單根模型粧或者多根模型粧；在步驟(2)中，空心方鋼內側設有位于液壓千斤頂底部的墊板，使空心方鋼受力均勻，墊板的高度與空心方鋼的疊加高度相等、長度不小于lm;在步驟(3)中，模型粧的粧頭上設有墊板，墊板與液壓千斤頂相連，墊板與模型粧的粧頭之間鋪設5mm厚的砂土，以保證模型粧均勻受力；在步驟
(4)中，主機放置在實驗室內。
[0016]與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明公開了一種基于多向加載的全機械式粧基模型試驗裝置，該試驗裝置各部件間多通過螺栓連接，為全機械式連接，便于拆裝，可依據試驗內容進行多種組合，且可根據試驗要求調整裝置的寬度和高度，調節(jié)能力強；槽側壁為多級拼接而成，槽側壁的面板選用鋼化玻璃板時，便于觀測土體特性，同時可根據試驗需要增設空心方鋼，根據試驗需要可在單面、雙面、三面或四面布置空心方鋼，空心方鋼能承受較大的水平載荷，保證結構強度和穩(wěn)定性，從而實現多向水平加載。
[0017]2、本發(fā)明的試驗方法設計合理，工藝簡單，操作簡便，可同時進行多根單粧加載試驗或者單粧多向加載試驗，試驗過程中，可實現自動判穩(wěn)、自動穩(wěn)壓維荷、自動加載、自動記錄和自動采集數據，可確保試驗精度，可提高試驗效率，且主機放置在實驗室內，通過無線控制操作，作業(yè)環(huán)境好；多向加載系統為無線傳輸裝置，能滿足單粧多向加載或者多粧同時加載的要求，適用范圍寬。
[0018]3、在同側兩根槽立柱上部分別設有柱頂橫梁，兩柱頂橫梁之間連接有反力架，柱頂橫梁的作用為:固定4根Η形鋼柱，形成整體鋼架結構，使裝置結構穩(wěn)定性強；可根據實際試驗要求調整自身高度，使裝置能夠適應不同長度模型粧的多向載荷試驗，試驗范圍寬；為反力架提供支撐，給槽底座內的單粧或群粧提供豎向反力；作為反力架的支