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主题:试验方法论文写作 时间:2024-03-22

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摘 要:针对传统的桩基模型试验装置存在的缺陷,根据模型试验原理,设计了一种新的模型试验装置和试验方法,能够有效和精确地测得桩顶竖向位移随竖向下压荷载的变化,从而得到桩抗压承载特性,指出新的装置与方法制作简单、加载简捷、模型桩受荷稳定、具有一定的扩展性,应用前景广阔.

关键词:土工试验;模型试验;桩基础;承载特性;下压静载

中图分类号:TU41文献标志码:ADOI:10.3969/j.issn.1674-9146.2017.11.101

小型预制混凝土管桩基础和常规钻孔灌注桩相比,具有承载力较高、施工场地小、施工速度快、对土层适应性强、布置形式灵活等优点,在输电杆塔、基坑支护、旧房改造、防洪堤坝加固、建筑物加固等工程领域中得到了广泛的应用[1-2].

桩抗压承载特性室内模型试验的关键技术在于如何对模型桩进行简单快捷且有效地加载.然而在传统的桩基模型试验装置中,竖向下压荷载通常是通过堆载或千斤顶和反力梁配合施加的,千斤顶油压不稳定,无法长时间维持荷载,对于桩基础模型试验荷载来说量程太大,无法准确进行加载,而且未设置桩顶竖向位移的测量装置,使得试验结果不能够准确地反映实际情况.因此,设计一种制作简单、加载简捷、模型桩受荷稳定、能够有效和精确地测得桩顶竖向位移随竖向下压荷载的变化从而得到桩抗压承载特性的模型试验装置,是一项非常有意义的工作.笔者为此根据多次工程模型试验,设计了一种小型桩基础下压承载特性模型试验方法.

1模型试验原理

在工程模型试验中,为了保持与原型结构相似的模型结构,应根据相似性原理,推导该模型的相似方程.同时,应保证在类似的数学方程建立在准相似常数合适的情况下,根据模型设计将测试数据组成准相似常数间的关系函数,以描述试验现象.

在小型桩模型试验中,桩身材料有多种多样的选择.例如铝管、有机玻璃、钢管和石膏等.林海、雷国辉、徐林等[3]对模型桩材料相似比的数值研究表明,在缩尺模型试验中使用相同土体材料时,两者不满足相似性;然而,以桩身的弹性模量作为相似比主要参数时,两者得到的变形曲线在数值大小及形状上都基本相同.基于SedranG,StolleDF,HorvathRG[4]和林海、雷国辉、徐林等[3]的研究,选取模型试验的桩和土的相似比,见表1.

2试验模型的设计与制作

2.1模型箱

笔者使用的模型试验箱是高度为2m、上方开口加肋的钢制箱体,其横截面为1.5m×1.5m的正方形.图1为模型箱示意图.模型箱底部设有供水管网,地基土体填筑完成后,利用模型箱供水系统对箱内土体做饱和处理,来模拟实际工程中的饱和地基土,并在试验中监测土体的变形、强度等指标.为避免注水过快导致的水力劈裂问题,水位升高速率仅允许不超过0.5m/d,因此箱体预留有监测孔.图2为模型箱全景图.

2.2模型土

试验模型土为浙江省软土地区的重塑土,在模型箱内的填筑土中加入少量水,静置3d,使土体的结构性部分恢复,以减少土体结构破坏所造成的影响,从而更接近现场实际情况.根据ASTMD3689-90(1995)单个桩的静态轴向拉力荷载的试验方法[5],将土样界定为低液限粉土-黏性土.为获得模型土基本物理力学指标,按照GB/T50123—1999土工试验方法标准[6]中的规范操作,对其重度、液塑限等参数进行了测定.

2.3模型桩的材料

根据该试验设备条件及测量精度,确定模型的几何比例λL等于1/10.虽然有机玻璃与PVC材料参数相近,并都符合缩尺模型的材料要求,但是有机玻璃的弹性模量受温度变化影响很大,表面耐磨性差,因此,选用PVC材料作为试验桩身材质,满足λE等于λL等于1/10.

2.4试验仪器及装置

根据试验内容,确定测试试验用到的仪器及装置主要有:百分表、静态应变仪等.图3为试验仪器及装置实物图.

3模型试验加载方案及试验过程

模型桩的抗压静载试验采用慢速维持荷载法[7],并用百分表测得桩顶位移变化.在首次加载(荷载30kN)的基础上,进行逐级加载(每级20kN),若出现以下任一情况时则结束加载:一是在任一荷载作用下,位移数据不稳定从而导致无法测读;二是在任一荷载作用下,桩顶位移量比前一级多出4倍;三是在任一荷载作用下,桩顶位移量已累计超过100mm.图4为竖向受压静载试验装置.在该装置中,采用杠杆原理在桩顶施加下压荷载.

根据软土地区现场地层的特点,在模型箱体内通过分层填筑来模拟现场土层.为了尽量减少对地基土的扰动,在每层填筑厚度基本均匀后,采用整板预压使其平整,避免淤泥夯填形成橡皮土.试验箱体内填土需要过筛处理,除去其中的大颗粒及石块.将过筛土填至试验箱体1.5m处,并向箱体内注水来模拟施工现场含水土质.模型桩采用静压法压入的形式,等待48h后再做载荷实验.

4结论

桩抗压承载特性室内模型试验的关键技术在于如何对模型桩进行简单快捷且有效地加载,故笔者设计了一种模型试验方法,能够有效和精确地测得桩顶竖向位移随竖向下压荷载的变化,从而得到桩抗压承载特性.传统的桩基模型试验装置通常通过堆载或千斤顶及反力梁配合施加竖向下压荷载,存在千斤顶油压不稳定、无法长时间维持荷载、对于桩基础模型试验荷载来说量程太大、无法准确进行加载等缺陷.该试验方法对以上缺陷做出了很好的优化,且制作简单、加载简捷、模型桩受荷稳定、具有一定的扩展性,稍作修改便可在许多功能相似的设备上应用,应用前景广阔.

参考文献:

[1]王华娟,李靖宇.临近深基坑高压输电杆塔基础加固设计[J].工程建设与设计,2015(2):71-74.

[2]马庆华,邵勇,朱进军.水平荷载下承台-倾斜桩工作性状的数值分析[J].长江科学院院报,2015,32(11):62-65.

[3]林海,雷国辉,徐林,等.水平受荷桩1g模型试验变形特性的相似分析[J].中南大学学报(自然科学版),2012,43(9):3639-3645.

[4]SedranG,StolleDF,HorvathRG.Aninvestigationofscal-inganddimensionalanalysisofaxiallyloadedpiles[J].Cana-dianGeotechnicalJournal,2001,38(3):530-541.

[5]AmericanSocietyforTestingandMaterials.Standardtestmethodforindividualpilesunderstaticaxialtensileload:ASTMD3689-90[S].WestConshohocken:ASTM,1995.

[6]国家质量技术监督局,.土工试验方法标准:GB/T50123—1999(2007版)[S].北京:中国计划出版社,2007.

[7]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑基桩检测技术规范:JGJ106—2014[S].北京:中国建筑工业出版社,2014.

(责任编辑邸开宇)

总结:本文论述了关于试验方法方面的大学硕士和本科毕业论文以及桩基础和小型桩基础和承载相关试验方法论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料.

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