一種PCC樁內摩擦力的測試裝置及其使用方法制造方法及圖紙

本發明專利技術提供了一種PCC樁內摩擦力的測試裝置及其使用方法，測試裝置包括承臺、模型樁、模型槽、激光源以及數碼攝像裝置；模型槽設置在承臺上，PCC模型樁設置模型槽內，透明土充當樁側土和樁芯土，模型樁與透明土的接觸面設有土壓力盒，傳力桿上部內嵌于模型樁的底部、下部固定在傳力板上，傳力板底部通過壓力傳感器與加載系統連接，模型槽上方和側面均設有激光源和數碼相機。本發明專利技術的測試裝置實現可視化觀測全比例尺PCC樁在豎直位移作用下內摩擦系數的大小，對比分析內、外摩擦特性的差異性，對于研究全比例尺模型樁接觸面摩擦具有重要的意義，同時，本發明專利技術的試驗裝置結構簡單，操作方便，易于實現。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種PCC樁內摩擦力的測試裝置及其使用方法，主要適用于PCC樁與土體之間內接觸面的可視化觀測，屬于巖土工程中樁-土接觸面摩擦力測試

技術介紹
構建物與土體之間的相互作用問題，一直是巖土工程研究的重要課題。運用數值模擬方法分析建筑物構件與土體相互作用時，接觸問題的設置對計算結果的準確性和可靠性影響尤為重要。目前，國內外構建物與土體接觸面摩擦的研究大多數針對的是平面的情況，然而，實際的巖土工程領域中例如樁基與土體之間，摩擦問題是三維的環狀接觸問題，平面接觸不能如實反映接觸形式。而環狀接觸面，尤其是PCC樁樁-土接觸面，樁芯土與樁側壁的摩擦特性，與樁周土與樁側壁的摩擦特性并不相同，針對PCC樁樁芯土與樁側壁的摩擦特性的研究相對較少。中國專利技術專利“一種土工合成材料接觸面摩擦強度測試方法”（專利號：ZL201510361824.6）公開了一種土工合成材料接觸面摩擦強度測試裝置；該技術裝置通過獲取土工合成材料與地質體之間的正應力和剪切應力，獲得接觸面強度參數；但是該技術方案，無法可視化觀測摩擦過程，也不能解決三維接觸面的摩擦強度問題。中國專利技術專利“一種測定土-筋界面摩擦系數的直剪儀及測定方法”（專利號：ZL201410811116.3）公開了一種測定土-筋界面摩擦系數的直剪裝置；該技術裝置可以對土-筋二維界面摩擦系數進行測量；但是無法測量樁-土之間三維界面的摩擦系數，并且也不能可視化觀測摩擦過程。傳統的變形測量方法測量結果往往不夠準確，同時不能給出土體內部連續變形的整個位移場。現代數字圖像技術也只局限于測量土體的宏觀或邊界變形，不能實現實際土體內部變形的可視化觀測。利用X-射線、計算機層析掃描（CAT掃描）等方法雖然可以用來測量土體內部的連續變形，但是費用昂貴，限制了這些技術的廣泛應用。基于透明土材料的試驗技術，以其適中的試驗成本以及可以較為精確地連續觀測土體內部變形的優點正得到逐步推廣應用。然而，目前基于透明土材料開展的可視化模型試驗研究，往往是針對整體模型的位移場、滲流場或者溫度場，而尚未有針對構建物與土體接觸面的相關應用研究。因此，基于透明土試驗技術，可視化研究實際PCC樁與土體之間內接觸面與外接觸面摩擦特性，對三維接觸面摩擦特性的研究顯得尤為重要。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種PCC樁內摩擦力的測試裝置及其使用方法，實現PCC樁內摩擦系數的測量，解決樁芯土與樁內側壁的摩擦特性、樁周土與樁外側壁的摩擦特性的測試問題，以及三維可視化觀測問題。為了達到上述目的，本專利技術所采用的技術方案是：一種PCC樁內摩擦力的測試裝置，其特征在于，包括承臺、模型樁、模型槽、激光源以及數碼攝像裝置；所述模型槽為透明裝置，且設置在承臺上，所述模型樁為全比例尺的PCC樁，設置在所述模型槽內且兩者之間留有間隙，模型樁的樁芯部分填充透明土，所述模型樁與透明土的接觸面上設有若干枚用于測試土體的側壓力的土壓力盒，所述模型槽的底部和承臺對應模型樁的位置開設有若干個通孔，每個通孔內均設有傳力桿，所述傳力桿帶動模型樁豎直方向移動，所述傳力桿底部設有用于控制其豎直位移的加載系統，且兩者之間設有壓力傳感器和傳力板；所述傳力桿上部內嵌于模型樁的底部、下部固定在傳力板上，所述傳力板為圓形板，底部通過所述壓力傳感器與加載系統連接，所述壓力傳感器通過數據線與采集系統相連，用于記錄傳力板上的壓力；所述激光源包括第一激光源、第二激光源、第三激光源和第四激光源，所述第一激光源和第二激光源設置在模型槽的上方，第三激光源和第四激光源對稱設置在模型槽的側面，且位于模型樁對稱軸的兩側；所述數碼攝像裝置包括第一數相機和第二數碼相機，所述第一數相機的上方，且位于第一激光源和第二激光源的中間，所述承臺上還設有環形滑軌，所述環形滑軌繞模型槽設置，所述第二數碼相機與環形滑軌活動連接，可沿環形滑軌移動，滑軌上設置有卡槽和刻度，用于固定第二數碼相機。前述的一種PCC樁內摩擦力的測試裝置，其特征在于，所述通孔和傳力桿的數量均為四個，所述通孔沿模型樁的圓周均勻分布，所述傳力桿為空心圓柱形鋼管，模型槽與傳力桿之間設有環形密封墊，所述環形密封墊為橡膠材料制成。前述的一種PCC樁內摩擦力的測試裝置，其特征在于，所述若干枚土壓力盒沿模型樁的內壁圓周對稱布置，且高度方向上，透明土的上部、中部、下部均埋設有土壓力盒。前述的一種PCC樁內摩擦力的測試裝置，其特征在于，所述模型槽采用透明有機玻璃或透明鋼化玻璃制成。前述的一種PCC樁內摩擦力的測試裝置，其特征在于，所述模型槽的形狀為空心圓柱體或長方體，所述空心圓柱體直徑為900~1300mm、高度為300~350mm、周圍壁厚10~20mm、底面壁厚20~40mm；所述長方體邊長為900~1300mm、高度為300~350mm、周圍壁厚10~20mm、底面壁厚20~40mm。前述的一種PCC樁內摩擦力的測試裝置，其特征在于，所述透明土由透明固體顆粒與孔隙液體制配而成，透明固體顆粒為粒徑為0.25mm~2.0mm的全氟環狀聚合物顆粒或粒徑為0.1mm~1.0mm的熔融石英砂或粒徑為0.01mm~0.075mm的無定形二氧化硅粉末，孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液。前述的一種PCC樁內摩擦力的測試裝置，其特征在于，所述模型樁由聚碳酸酯或有機玻璃材料制成，內徑為600~800mm，外徑為800~1100mm，底部內嵌傳力桿。基于前述的一種PCC樁內摩擦力的測試裝置的使用方法，其特征在于，包括如下步驟：A，根據試驗設計要求，制作模型槽、全比例尺的模型樁和透明土；B，將模型槽置于承臺上，將模型樁置于模型槽內，將傳力桿穿過模型槽與傳力板相連，壓力傳感器連接傳力板與加載系統;C，開啟加載系統，根據設計的位移速率，施加豎直位移，記錄壓力傳感器的示數；D，在模型樁內填充透明土，在透明土與模型樁的接觸面上布置土壓力盒，在模型槽周圍布置環形滑軌，在模型槽上方和側面安裝激光源和數碼攝像裝置，數碼攝像裝置通過數據線與處理裝置連接；打開激光源，檢查其在透明土體內部形成的顆粒切面明亮度，調整激光角度，分別使激光垂直和水平入射，打開對應的數碼攝像裝置，調整其鏡頭，使其能拍攝整個試驗畫面；E，開啟加載系統，根據設計的位移速率，施加豎直位移，記錄土壓力盒和壓力傳感器的示數，在指定位移處，暫停加載；模型槽側面的第三激光源和第四激光源的激光入射形成切面，由模型槽上方的第一數碼相機記錄土體位移規律；模型槽上方的第一激光源和第二激光源的激光入射形成切面，由模型槽側面的第二數碼相機圍繞滑軌一周，在固定的卡槽位置記錄加載過程中接觸面和透明土內部的位移規律；F，重復步驟A~E，通過試驗裝置測試不同內徑的模型樁內摩擦系數的大小，重復制備透明土的過程中保持透明土的高度和密實度不變，以保證全比例尺模型樁周圍的圍壓不變；G，改變透明土的密實度，重復步驟A~E分析透明土密實度對內摩擦系數大小的影響規律；H，在模本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種PCC樁內摩擦力的測試裝置，其特征在于，包括承臺（19）、模型樁（2）、模型槽（1）、激光源以及數碼攝像裝置；所述模型槽（1）為透明裝置，且設置在承臺（19）上，所述模型樁（2）為全比例尺的PCC樁，設置在所述模型槽（1）內且兩者之間留有間隙，模型樁（2）的樁芯部分填充透明土（3），所述模型樁（2）與透明土（3）的接觸面上設有若干枚用于測試土體的側壓力的土壓力盒（9），所述模型槽（1）的底部和承臺（19）對應模型樁（2）的位置開設有若干個通孔，每個通孔內均設有傳力桿（4），所述傳力桿（4）帶動模型樁（2）豎直方向移動，所述傳力桿（4）底部設有用于控制其豎直位移的加載系統（7），且兩者之間設有壓力傳感器（6）和傳力板（5）；所述傳力桿（4）上部內嵌于模型樁（2）的底部、下部固定在傳力板（5）上，所述傳力板（5）為圓形板，底部通過所述壓力傳感器（6）與加載系統（7）連接，所述壓力傳感器（6）通過數據線與采集系統相連，用于記錄傳力板（5）上的壓力；所述激光源包括第一激光源（10）、第二激光源（11）、第三激光源（13）和第四激光源（14），所述第一激光源（10）和第二激光源（11）設置在模型槽（1）的上方，第三激光源（13）和第四激光源（14）對稱設置在模型槽（1）的側面，且位于模型樁（2）對稱軸的兩側；所述數碼攝像裝置包括第一數相機（12）和第二數碼相機（15），所述第一數相機（12設置在模型槽（1）的上方，且位于第一激光源（10）和第二激光源（11）的中間，所述承臺（19）上還設有環形滑軌（16），所述環形滑軌（16）繞模型槽（1）設置，所述第二數碼相機（15）與環形滑軌（16）活動連接，可沿環形滑軌（16）移動，滑軌（16）上設置有卡槽和刻度，用于固定第二數碼相機（15）。...

【技術特征摘要】
1.一種PCC樁內摩擦力的測試裝置，其特征在于，包括承臺（19）、模型樁（2）、模型槽（1）、激光源以及數碼攝像裝置；
所述模型槽（1）為透明裝置，且設置在承臺（19）上，所述模型樁（2）為全比例尺的PCC樁，設置在所述模型槽（1）內且兩者之間留有間隙，模型樁（2）的樁芯部分填充透明土（3），所述模型樁（2）與透明土（3）的接觸面上設有若干枚用于測試土體的側壓力的土壓力盒（9），所述模型槽（1）的底部和承臺（19）對應模型樁（2）的位置開設有若干個通孔，每個通孔內均設有傳力桿（4），所述傳力桿（4）帶動模型樁（2）豎直方向移動，所述傳力桿（4）底部設有用于控制其豎直位移的加載系統（7），且兩者之間設有壓力傳感器（6）和傳力板（5）；所述傳力桿（4）上部內嵌于模型樁（2）的底部、下部固定在傳力板（5）上，所述傳力板（5）為圓形板，底部通過所述壓力傳感器（6）與加載系統（7）連接，所述壓力傳感器（6）通過數據線與采集系統相連，用于記錄傳力板（5）上的壓力；
所述激光源包括第一激光源（10）、第二激光源（11）、第三激光源（13）和第四激光源（14），所述第一激光源（10）和第二激光源（11）設置在模型槽（1）的上方，第三激光源（13）和第四激光源（14）對稱設置在模型槽（1）的側面，且位于模型樁（2）對稱軸的兩側；
所述數碼攝像裝置包括第一數相機（12）和第二數碼相機（15），所述第一數相機（12設置在模型槽（1）的上方，且位于第一激光源（10）和第二激光源（11）的中間，所述承臺（19）上還設有環形滑軌（16），所述環形滑軌（16）繞模型槽（1）設置，所述第二數碼相機（15）與環形滑軌（16）活動連接，可沿環形滑軌（16）移動，滑軌（16）上設置有卡槽和刻度，用于固定第二數碼相機（15）。
2.根據權利要求1所述的一種PCC樁內摩擦力的測試裝置，其特征在于，所述通孔和傳力桿（4）的數量均為四個，所述通孔沿模型樁的圓周均勻分布，所述傳力桿（4）為空心圓柱形鋼管，模型槽（1）與傳力桿（4）之間設有環形密封墊（8），所述環形密封墊（8）為橡膠材料制成。
3.根據權利要求1所述的一種PCC樁內摩擦力的測試裝置，其特征在于，所述若干枚土壓力盒（9）沿模型樁（2）的內壁圓周對稱布置，且高度方向上，透明土（3）的上部、中部、下部均埋設有土壓力盒（9）。
4.根據權利要求1所述的一種PCC樁內摩擦力的測試裝置，其特征在于，所述模型槽（1）采用透明有機玻璃或透明鋼化玻璃制成。
5.根據權利要求1所述的一種PCC樁內摩擦力的測試裝置，其特征在于，所述模型槽（1）的形狀為空心圓柱體或長方體，所述空心圓柱體直徑為900~1300mm、高度為300~350mm、周圍壁厚10~20mm、底面壁厚20~40mm；所述長方體邊長為900~1300mm、高度為300~350mm、周圍壁厚10~20mm、底面壁厚20~40mm。
6.根據權利要求1所述的一種PCC樁內摩擦力的測試裝置，其特征在于，所述透明土（3）由透明固體顆粒與孔隙液體制配而成，透明固體顆粒為粒徑為0.25mm~2.0mm的全氟環狀聚合物顆粒或...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李春紅，孔綱強，劉漢龍，孟珍珠，劉璐，
申請(專利權)人：河海大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32