温控桩-土界面直剪试验装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105910920A(43)申请公布日2016.08.31(21)申请号201610458332.3(22)申请日2016.06.22(71)申请人青岛理工大学地址266034山东省青岛市市南区贵州路38号(72)发明人刘俊伟李晓玲于秀霞尚文昌朱娜(74)专利代理机构北京志霖恒远知识产权代理事务所(普通合伙)11435代理人刘子成(51)Int.Cl.G01N3/24(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图2页(54)发明名称温控桩-土界面直剪试验装置(57)摘要本发明涉及一种温控桩-土界面直剪试验装置，包括龙门架、侧向常劲度加载系统、桩-土界面模拟系统、水循环温控系统、法向加载系统、数据采集系统六大部分。龙门架主要为其他系统提供反力支撑点;侧向常劲度加载系统包括反力架、弹簧固定板、弹簧、弹簧导杆、加载板;桩-土界面模拟系统包括桩周土体盒、桩体盒;水循环温控系统包括恒温水箱、加热器、制冷器、循环水泵、导水管、阀门、流量计、温度传感器;法向加载系统主要指伺服液压加载。本装置可进行温度场变化时桩-土界面附加温度应力监测试验及冷热循环工后桩-土界面抗剪能力的变化规律等的试验，进而分析能源桩承载性能影响因素。CN105910920ACN105910920A权利要求书1/2页1.一种温控桩-土界面直剪试验装置由龙门架、侧向常劲度加载系统、桩-土界面模拟系统、水循环温控系统、法向加载系统、数据采集系统六大部分组成。2.如权利要求1所述的一种温控桩-土界面直剪试验装置，其特征在于龙门架的主要作用是为本装置中的其他系统提供反力支撑点，左侧壁上有滑动轨道。3.如权利要求1所述的一种温控桩-土界面直剪试验装置，其特征在于侧向常劲度加载系统包括反力架、弹簧固定板、弹簧、弹簧导杆、加载板，用于模拟桩侧未受热交换扰动的弹性土压力，反力架长度为900mm，由四根直径为20mm带螺纹的圆柱形钢杆组成，并且刚性固定在龙门架的左侧壁上；弹簧固定板尺寸为1300mm×700mm×20mm的钢板，四角钻孔后通过螺帽固定在反力架上，可实现左右移动时弹簧生成不同压缩量以控制侧向荷载的大小；弹簧穿过光滑的弹簧导杆以4×2的矩阵形式布置在弹簧固定板上，并通过固定在弹簧导杆左端的加载板将侧向常劲度荷载传递到土层中；加载板尺寸为1000mm×400mm×10mm的钢板。4.如权利要求1所述的一种温控桩-土界面直剪试验装置，其特征在于桩-土界面模拟系统包括桩周土体盒、桩体盒，用于模拟桩-土界面；桩周土体盒内径尺寸为1000mm×400mm×300mm，左右开口，其余面使用厚20mm的钢板组装而成，其中前、后侧钢板均通过螺栓连接到上下两端的钢板上实现可拆卸，以便于桩体盒内混凝土板的更换,桩周土体盒内可分层铺设试验土样；桩体盒为钢质长方体凹槽,凹槽左侧面钢板上有两条导轨槽（与龙门架左侧壁上的滑动导轨相契合），凹槽尺寸为900mm×400mm×150mm，内部放置的混凝土板尺寸为800mm×400mm×150mm,凹槽上下两端各有100mm高的光滑段作为桩周土体盒与桩体盒之间接触面；为保证所述桩周土体盒在试验过程中位置不发生移动，需在其下端钢板处设置支撑座并固定在龙门架底座上，防止桩周土体盒上下移动；在其上下端钢板的右侧面共安装四根支撑杆，支撑杆穿过弹簧固定板上预留的钻孔并用螺栓连接在龙门架右侧壁上，防止桩周土体盒左右移动；在其前、后侧面与桩体盒交界的四角处均设置支撑块，支撑块通过螺杆连接到龙门架的左侧壁上，防止桩周土体盒在剪切过程中前后摆动；所述凹槽上、下两端内壁上均可用结构胶粘贴尺寸为50mm×400mm×150mm的具有不同弹性的垫块，用于模拟热交换过程中桩端及上部建筑荷载对桩体的约束条件；本试验设备共考虑三种桩体约束条件，分别为：（1）端承桩且上部建筑荷载较大，此时桩体两端约束都较大，凹槽上下两端内壁均粘贴钢块；（2）摩擦桩且上部建筑荷载较大，此时桩体底端约束较小、顶端约束较大，凹槽上端内壁粘贴钢块、下端内壁粘贴弹性较大的橡胶块；（3）摩擦桩且上部建筑荷载较轻，此时桩体两端约束都较小，凹槽上下两端内壁均粘贴弹性较大的橡胶块；所述混凝土板用于模拟桩体，距离右表面75mm处预埋PE材料的单U型水循环管；桩周土体盒的下端钢板预留两个钻孔，以便于单U型水循环管进、出水口与温控系统的导水管相连。5.如权利要求1所述的一种温控桩-土界面直剪试验装置，其特征在于水循环温控系统包括恒温水箱、加热器、制冷器、循环水泵、导水管、阀门、流量计、温度传感器，用于模拟地热交换中桩体的升温和降温过程；恒温水箱内包括两个水槽，四周包裹保温层，水槽下部分别连接加热器和制冷器；循环水泵为保证水在导水管及水循环管中循环流动提供动