本發(fā)明屬于預制樁及樁周地基土力學行為研究領域，提供了不同種類組合地基土、不同地基附加應力及不同類型沉樁方式等多因數(shù)組合條件試驗研究平臺。

背景技術：

隨著我國高速公路、高速鐵路、城市輕軌交通及高層建筑的建設，混凝土預制樁作為深基礎的一種類型普片采用，且使用地質環(huán)境復雜多樣。對于樁基礎和其周圍地基土的力學行為了解與掌握對巖土工程勘察、設計具有重大意義。樁基礎和上部建筑和構筑物所引起的地基附加應力分布及變化，由地基附加應力系數(shù)和壓縮變形系數(shù)所控制，是研究地基承載力和沉降等問題的關鍵因素。同時，掌握沉樁工藝對于地基土的壓密和擠土效應，或是對于砂性土壤的液化可能性等安全評價都可以提供必要的技術支持。本發(fā)明所提供的基于可控附加應力的樁土相互作用力學行為研究測試系統(tǒng)將填補國內該領域的空白。

建筑與構筑物地基絕大多數(shù)環(huán)境條件下是由多種不同類型土層沉積固結而成的，或是土巖結合而成的復合地質地貌，而現(xiàn)階段高校及研究單位試驗測試手段多是以單一土質類型地基為研究對象，過于簡單和理想化，與工程實際相距較遠。本發(fā)明所提供的基于可控附加應力的樁土相互作用力學行為研究測試系統(tǒng)提供的地基土模擬倉，可以根據(jù)地質勘察得出的實際地層條件，人工制作復合地基土模型，結合其上部地基附加應力加載模擬單元，提供預定荷載實現(xiàn)模擬不同深度的土層總應力環(huán)境。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在通過較簡單的機械裝置模擬深層或復合地基土的地質條件，來研究不同沉樁工藝所引起的地基土中總應力環(huán)境和承載力的變化。于是，根據(jù)該目的設計了一種名為基于可控附加應力的樁土相互作用力學行為研究測試系統(tǒng)及相關測試研究的實施方案。

根據(jù)本發(fā)明的技術方案，本發(fā)明涉及的可控應力環(huán)境的樁土相互作用力學行為測試系統(tǒng)，包括靜壓沉樁力學模擬單元、地基附加應力加載模擬單元、地基土總應力、孔隙水壓力及局部變形測試單元、型鋼加載反力框架、地基土模擬試驗倉及錘擊沉樁模擬單元；靜壓沉樁力學模擬單元螺栓固定于型鋼加載反力框架上方，用于模擬靜壓沉樁施工工藝；地基附加應力加載模擬單元螺栓固定于型鋼加載反力框架內部上方，向下提供直接作用于模擬地基土表面的預加荷載，用于模擬房屋基礎產生的附加應力或是地基土固結所需的預壓力；地基土總應力、孔隙水壓力及局部變形測試單元中各類傳感器按研究方案需要預埋至地基土模擬試驗倉中的模擬地基土內；地基土模擬試驗倉通過下滑動滾軸推送至型鋼加載反力框架正下方，后用地基土模擬倉定位螺孔定位；錘擊沉樁模擬單元螺栓固定于型鋼加載反力框架上方，模擬動力沉樁施工工藝。

更進一步的方案是：

所述的靜壓沉樁力學模擬單元，由電動靜力觸探加載裝置、阻力監(jiān)測記錄儀、模擬樁阻力傳感器和標準模擬樁節(jié)構成，由電動靜力觸探加載裝置模擬壓樁機提供靜壓力，將模擬樁模擬的預制樁體按預定速率貫入模擬的地基土中，并由阻力監(jiān)測記錄儀和模擬樁阻力傳感器時刻監(jiān)測“靜壓沉樁”過程中樁尖所承受的端阻力和側摩阻力。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，所述該單元由電動靜力觸探加載裝置應能提供最大200~240kn豎直向下貫入力。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，所采用的阻力監(jiān)測記錄儀應至少有10個記錄通道，采樣速率10-10khz可調。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，所采用的模擬樁阻力傳感器采用靜力觸探雙橋探頭。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，所采用的空心標準模擬樁節(jié)用空性鋼制套桿制成，其外徑與模擬樁阻力傳感器一致為4m，內徑2.4m，上端外壁攻絲1-2m長，下端內部攻絲，以連接螺紋使用，每節(jié)模擬樁長度80m，內壁縱向粘貼120歐標準電阻應變片，將與電阻應變片焊接的導線標記位置信息并穿過空心標準模擬樁節(jié)到達樁頂與阻力監(jiān)測記錄儀連接。

更進一步的方案是：

所述的地基附加應力加載模擬單元由60t穿心千斤頂、筒形承壓柱和數(shù)顯電液伺服油泵組成；數(shù)顯電液伺服油泵提供穩(wěn)定油壓，通過油管將壓力傳遞給60t穿心千斤頂，60t穿心千斤頂將油壓轉換成向下的壓力，再依靠筒形承壓柱，把預定荷載直接作用于模擬地基土表面。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，所采用的60t穿心千斤頂需滿足內徑大于70mm、動作行程80mm。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，所采用的筒形承壓柱由壁厚40mm內徑70mm高300mm鋼筒和內徑70mm、外徑300-900mm、高30-100mm圓臺性傳力環(huán)螺栓連接而成。

更進一步的方案是：

所述的地基土總應力、孔隙水壓力及局部變形測試單元由高靈敏度電阻變形監(jiān)測儀、活塞式電阻應變計工作組、鋼鉉式土壓力計孔隙水壓力計工作組和多通道應力巡檢記錄儀組成；活塞式電阻應變計工作組可以測量地基土體內任意局部變形值；比如水平安裝于樁身某深度對應的地基平面內以獲得水平壓縮變形值，或者選擇與土層厚度相同長度的應變計垂直安放于該土層中，以獲得該土層的沉降變化值；同理鋼鉉式土壓力計孔隙水壓力計工作組也可以根據(jù)研究方案需要預埋在所需監(jiān)測的土體位置，獲得地基土任意局部任意角度的總應力和有效應力參數(shù)；各工作組各類型傳感器數(shù)量根據(jù)需要增減，實現(xiàn)從固結前初值、到固結后中值、到沉樁過程完成后的終值全流程全角度監(jiān)控，精確呈現(xiàn)記錄地基土力學行為的演化。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，所采用的活塞式電阻應變計工作組由多個直徑2-4mm、長度20-80mm、測量行程10-30mm可自由伸縮的活塞式電阻位移傳感器并聯(lián)而成。單個活塞式電阻位移傳感器由導電活塞和高精度電阻套筒構成。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，所采用的鋼鉉式土壓力計孔隙水壓力計工作組可以根據(jù)研究方案需要預埋在所需監(jiān)測的土體位置，獲得地基土任意局部任意角度的總應力和有效應力參數(shù)。壓力計直徑小于50mm、高度小于150mm，精度1p，量程范圍0-1mp。

更進一步的方案是：

所述的型鋼加載反力框架采用翼板寬度及截面高度均為200mm，厚度20mm型槽鋼通過高強螺栓拼接成如圖1及圖5所示空間結構，框架整體高2m、長3m、寬2m；框架豎向最高承受試驗荷載為80t；從上至下，依次為上部沉樁力學模擬單元定位螺栓、模型樁定位導向套筒、上橫梁連接板、型鋼門式框架、地基土模擬倉定位螺孔、滾動導向軸承和鋼制地板組成；上部沉樁力學模擬單元定位螺栓焊接固定于型鋼門式框架的上橫梁表面，兩根長2m型槽鋼平行背靠組成上橫梁，其底部通過上橫梁連接板用高強螺栓連接；型槽鋼翼板與腹板厚度均為20mm，寬度均為200mm。橫梁中間焊接有模型樁定位導向套筒，該套筒內徑根據(jù)需要30-80mm可以調整，以在其中套裝小一級鋼制圓筒實現(xiàn)，壁厚10mm；門式框架立柱采用4根同等型號型鋼開口向外通過柱頂焊接封板及高強螺栓固定于上橫梁4個端部，立柱柱底同樣通過焊接封板及高強螺栓固定于鋼制地板上；滾動導向軸承陣列安放在鋼制地板上半圓形凹槽內，涂潤滑油減小滾動導向軸承與鋼制地板間的滾動摩擦力。

更進一步的方案是：

所述的60t穿心千斤頂固定于上橫梁連接板之下，60t穿心千斤頂上面還有模型樁定位導向套筒，三者豎向同心共軸。

更進一步的方案是：

所述的地基土模擬試驗倉分圓筒形和立方體兩種，圓形截面?zhèn)}壁內徑500mm，方形截面?zhèn)}壁邊長1000mm，倉高均為1200mm，由20mm厚模擬方形倉壁、模擬圓形倉壁、倉底、倉壁側向加固環(huán)、加固環(huán)連接軸、加固環(huán)閉合扳手和過濾排水閥門組成；模擬方形倉壁和模擬圓形倉壁的材質分透明有機玻璃和鑄鐵兩種，透明有機玻璃可以用來觀測地基附加應力小于1.2mp條件下的土層變形行為，鑄鐵筒壁用于大于1.2mp應力環(huán)境的力學測試。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，所采用的4根倉壁側向加固環(huán)在縱向方向平均分布，環(huán)抱緊固模擬倉壁，并通過加固環(huán)閉合扳手實現(xiàn)拉緊和松開。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，所采用的過濾排水閥門可平均分布于模擬倉四周，可根據(jù)測試方案打開其中一個或多個，實現(xiàn)預定土層局部排水固結。

更進一步的方案是：

所述的錘擊沉樁模擬單元由電動牽引加載裝置、三角形型鋼支架、吊索分離開關、穿心錘擊動力機構、模擬樁和模擬樁尖組成；三角形型鋼支架通過上部沉樁力學模擬單元定位螺栓固定在型鋼加載反力框架上面，三角形型鋼支架采用12mm厚、截面高度100mm的槽鋼螺栓連接而成，其頂部配有固定滑輪；鋼絞線作為吊索連接電動牽引加載裝置、三腳架頂部固定導向輪和吊索分離開關，在通過吊索分離開關連接穿心錘擊動力機構。電動牽引加載裝置通電卷收吊索將穿心錘拉升至標準標高，動作吊索分離開關，穿心錘重力自由下落，撞擊導桿上的承力環(huán)，將動能轉換成貫入力做功，模擬動力沉樁。

本發(fā)明可以按研究方案預先對模擬倉中土體在不同排水條件下進行預壓固結，之后模擬各類材料組合形成的地基土在不同等級附加應力條件下的動、靜力沉樁過程，并實時監(jiān)測模型樁所受端阻力、側摩阻力及基樁周圍不同位置土體總應力、空隙水壓力及局部位移等參數(shù)的演化狀態(tài)，從而，計算樁身軸力、不同位置每種土、應力擴散角、附加應力系數(shù)、體壓縮系數(shù)，變形模量等力學性能指標；掌握樁基周圍土體應力的空間分布與變化。本發(fā)明所提供的基于可控附加應力的樁土相互作用力學行為研究測試系統(tǒng)提供的地基土模擬倉，可以根據(jù)地質勘察得出的實際地層條件，人工制作復合地基土模型，結合其上部地基附加應力加載模擬單元，提供預定荷載實現(xiàn)模擬不同深度的土層總應力環(huán)境。另一方面，利用該系統(tǒng)，可以在準施工現(xiàn)場環(huán)境下，對專業(yè)測試人員及高校學生進行靜力觸探與十字板剪切、動力觸探及標準貫入等內容的實訓教學。該系統(tǒng)結構簡單，組合靈活，最大程度貼近預制樁施工過程和受力條件，在土木工程、巖土工程的科研和教學領域廣泛適用。

附圖說明

圖1是研究實施例1，根據(jù)本發(fā)明的模擬靜壓沉樁工藝樁土力學行為實施案例所給出的整套測試系統(tǒng)的結構示意圖，使用的是方形地基土模擬倉，適用于非剛性側限地基應力環(huán)境研究；

圖2是研究實施例1中的型鋼加載反力框架和方形地基土模擬倉俯視圖；

圖3是研究實施例1中的型鋼加載反力框架和方形地基土模擬倉左視圖；

圖4是實施例2測試系統(tǒng)的結構示意圖，使用的是有機玻璃-圓形地基土模擬倉，適用于剛性側限地基應力環(huán)境研究；

圖5是實施例2中有機玻璃-圓形地基土模擬倉俯視圖；

圖6是實施例3，模擬動力沉樁工藝時樁土力學行為實施案例所給出的整套測試系統(tǒng)的結構示意圖，使用的是方形地基土模擬倉，適用于非剛性側限地基應力環(huán)境研究；

將測試系統(tǒng)上部結構替換成標準靜力觸探儀或是動力觸探儀，可以在準施工現(xiàn)場環(huán)境下，對專業(yè)測試人員及高校學生進行靜力觸探與十字板剪切、動力觸探及標準貫入等內容的實訓教學。

具體實施方式

實施例1

這里以實施例1為例，詳細描述本發(fā)明的實施步驟，通過附圖描述的方案是示例性的，是研究方案的其中一種，用于解釋本發(fā)明如何工作，不能理解為對本發(fā)明的限制。

這里將參考圖1-圖3詳細描述模擬靜壓沉樁工藝時樁土力學行為研究的過程。圖1是整套測試系統(tǒng)的結構示意圖。

圖1所示模擬靜壓沉樁工藝時樁土力學行為研究的測試系統(tǒng)包括：樁身力學模擬單元；地基附加應力加載模擬單元；地基土總應力、孔隙水壓力及局部變形測試單元；型鋼加載反力框架；地基土模擬試驗倉及靜壓沉樁模擬單元。

首先根據(jù)所需研究工程地點的具體地質信息，采集該地點以下土樣標本作為模擬地基的原料，運回實驗室。

按照圖2和圖3所示組裝好方形地基土模擬倉，此處倉壁20mm厚不銹鋼板。然后依據(jù)地質信息中諸如各土層種類、厚度、含水量、孔隙比、密度等原位地基土的物理參數(shù)，采用分層壓實的方法制作模擬地基。

根據(jù)研究方案在各模擬土層中預埋活塞式電阻應變計工作組32、鋼鉉式土壓力計和孔隙水壓力計工作組33。在地基中土體變形多以壓縮為主，所以預埋時應將活塞式電阻應變計設置預留足夠的壓縮位移量程，考慮制作模擬地基時的壓實工藝，更應如此?；钊诫娮钁冇嬈漕A埋角度根據(jù)所需監(jiān)測不同方向土層變形需求而設定，同一深度的平面內考慮到應力擴散效應，按與模擬樁不同距離安放3-6個活塞式電阻應變計。出于相似考慮，依據(jù)同樣原則安放鋼鉉式土壓力計和孔隙水壓力計。

同時將模擬地基土中預埋的活塞式電阻應變計工作組32的數(shù)據(jù)線編號，連接到高靈敏度電阻變形監(jiān)測儀31上；將鋼鉉式土壓力計孔隙水壓力計工作組33的數(shù)據(jù)線編號，連接到多通道應力巡檢記錄儀34上。

在預埋前，記錄保存各傳感器的初值；從制作模擬地基開始便監(jiān)測記錄傳感器所探測探測到的諸如位移值s1i、土壓力p1i、孔隙水壓力p2i等實測值。

根據(jù)實際工程地點地下水條件，操作各過濾排水閥門56實現(xiàn)預定土層局部排水固結或穩(wěn)定預設水位。

模擬地基土填滿模擬倉后，表面與模擬倉側壁上沿保持等高。

將制作完成模擬地基的模擬倉沿圖2所示方向，通過導向滾軸42移入型鋼加載反力框架整下方，將模擬倉底部四角上的地基土模擬倉定位螺孔47與鋼制底座43上相應位置的定位螺孔47對其，并用螺栓固定。

按圖1所示安裝地基附加應力加載模擬單元，先將筒形承壓柱22通過螺栓安裝在60t穿心千斤頂21的頂出端，然后將它們通過螺栓固定于上橫梁連接板（穿心千斤頂傳力板）46下部，確保包括模型樁定位套筒45在內三者豎向同心共軸。

按圖1所示用壓力油管連接數(shù)顯電液伺服油泵23和60t穿心千斤頂21，千斤頂內注油排氣。

開啟數(shù)顯電液伺服油泵23，千斤頂21將油壓轉換成向下的壓力，再依靠筒形承壓柱22，把預定荷載直接作用于模擬地基土表面，同時監(jiān)測由數(shù)顯電液伺服油泵23的油壓值換算而來的附加應力值及模擬地基土中位移值s1i、土壓力p1i、孔隙水壓力p2i等實測值的改變，模擬地下某一深度位置的應力環(huán)境，于是實現(xiàn)對淺基礎傳遞的附加應力條件下地基各局部空間應力應變動態(tài)分布的研究。

按圖1所示將靜壓沉樁力學模擬單元通過定位螺栓44安裝于型鋼加載反力框架的上橫梁上面，并確保電動靜力觸探加載裝置11的模擬樁安裝孔與模型樁定位導向套筒45豎向同心共軸。

如圖1所示從下至上組裝模擬樁阻力傳感器13和標準模擬樁節(jié)14，于是在同一模擬樁不同深度的位置可以安放多個標準模擬樁節(jié)14，并將模擬樁阻力傳感器13和每個標準模擬樁節(jié)14的數(shù)據(jù)線通過模擬樁節(jié)中間空心連接到阻力監(jiān)測記錄儀12，開始監(jiān)測記錄。

模擬樁樁頂與電動靜力觸探加載裝置11的下行動力鏈條通過傳力扳手連接。

啟動電動靜力觸探加載裝置11電機，可按預定沉樁速率將模擬樁從模擬地基地表壓入土層。

通過阻力監(jiān)測記錄儀12可以測度模擬樁樁端阻力標準值pski和側摩阻力標準值q1sik，以及模擬樁樁身各處的應變值εi，通過預先測定的標準模擬樁節(jié)14的彈性模量換算得到相應樁身各測點的軸力值tski，進一步計算得到相應點位地層對于樁身的側摩阻力標準值q2sik。

通過高靈敏度電阻變形監(jiān)測儀31和多通道應力巡檢記錄儀34監(jiān)測沉樁工藝全過程模擬地基土中各空間測點所反映的位移值s1i、土壓力p1i、孔隙水壓力p2i等實測值的改變。

實施例2

這里以實施例2為例，詳細描述本發(fā)明的實施步驟，通過附圖描述的方案是示例性的，是研究方案的其中一種，用于解釋本發(fā)明如何工作，不能理解為對本發(fā)明的限制。

這里將參考圖4和圖5詳細描述模擬準剛性側限條件下靜壓沉樁工藝時樁土力學行為研究的過程。圖4是整套測試系統(tǒng)的結構示意圖。

圖4所示模擬靜壓沉樁工藝時樁土力學行為研究的測試系統(tǒng)包括：靜壓沉樁力學模擬單元；地基附加應力加載模擬單元；地基土總應力、孔隙水壓力及局部變形測試單元；型鋼加載反力框架；有機玻璃-圓形地基土模擬倉及靜壓沉樁模擬單元。

首先根據(jù)所需研究工程地點的具體地質信息，采集該地點以下土樣標本作為模擬地基的原料，運回實驗室。

按照圖4和圖5所示組裝好方形地基土模擬倉，此處倉壁根據(jù)需要用30mm厚透明有機玻璃加工。然后依據(jù)工程地質信息中諸如各土層種類、厚度、含水量、孔隙比、密度等原位地基土的物理參數(shù)，采用分層壓實的方法制作模擬地基。

根據(jù)研究方案在各模擬土層中（或所需研究土層中）預埋活塞式電阻應變計工作組32、鋼鉉式土壓力計和孔隙水壓力計工作組33。在地基中土體變形多以壓縮為主，所以預埋時應將活塞式電阻應變計設置預留足夠的壓縮位移量程，考慮制作模擬地基時的壓實工藝，更應如此。活塞式電阻應變計其預埋角度根據(jù)所需監(jiān)測不同方向土層變形需求而設定，在該模擬倉中樁壁與倉內壁之間距離越為100mm，模擬地基土水平壓縮變形受到來自倉壁的側向約束，而導致水平向應力值較高，即達到半剛性-剛性側限應力條件。同一深度的平面內考慮到應力變化梯度較小，按與模擬樁不同距離安放1-2個活塞式電阻應變計。出于相似考慮，依據(jù)同樣原則安放鋼鉉式土壓力計和孔隙水壓力計。

同時將模擬地基土中預埋的活塞式電阻應變計工作組32的數(shù)據(jù)線編號，連接到高靈敏度電阻變形監(jiān)測儀31上；將鋼鉉式土壓力計孔隙水壓力計工作組33的數(shù)據(jù)線編號，連接到多通道應力巡檢記錄儀34上。

在預埋前，記錄保存各傳感器的初值；從制作模擬地基開始便監(jiān)測記錄傳感器所探測探測到的諸如位移值s1i、土壓力p1i、孔隙水壓力p2i等實測值。

根據(jù)實際工程地點地下水條件，操作各過濾排水閥門56實現(xiàn)預定土層局部排水固結或穩(wěn)定預設水位。

模擬地基土填滿模擬倉后，表面與模擬倉側壁上沿保持等高。

將制作完成模擬地基的模擬倉通過導向滾軸42移入型鋼加載反力框架整下方，將模擬倉底部定位螺孔47與鋼制底座43上相應位置的定位螺孔47對其，并用螺栓固定。

按圖4所示安裝地基附加應力加載模擬單元，先將筒形承壓柱22通過螺栓安裝在60t穿心千斤頂21的頂出端，然后將它們通過螺栓固定于上橫梁連接板（穿心千斤頂傳力板）46下部，確保包括模型樁定位套筒45在內三者豎向同心共軸。

按圖4所示用壓力油管連接數(shù)顯電液伺服油泵23和60t穿心千斤頂21，千斤頂內注油排氣。

開啟數(shù)顯電液伺服油泵23，千斤頂21將油壓轉換成向下的壓力，再依靠筒形承壓柱22，把預定荷載直接作用于模擬地基土表面，同時監(jiān)測由數(shù)顯電液伺服油泵23的油壓值換算而來的附加應力值及模擬地基土中位移值s1i、土壓力p1i、孔隙水壓力p2i等實測值的改變，模擬地下某一深度位置的應力環(huán)境，于是實現(xiàn)對淺基礎傳遞的附加應力條件下地基各局部空間應力應變動態(tài)分布的研究。

按圖4所示將靜壓沉樁力學模擬單元通過定位螺栓44安裝于型鋼加載反力框架的上橫梁上面，并確保電動靜力觸探加載裝置11的模擬樁安裝孔與模型樁定位導向套筒45豎向同心共軸。

如圖4所示從下至上組裝模擬樁阻力傳感器13和標準模擬樁節(jié)14，于是在同一模擬樁不同深度的位置可以安放多個標準模擬樁節(jié)14，并將模擬樁阻力傳感器13和每個標準模擬樁節(jié)14的數(shù)據(jù)線通過模擬樁節(jié)中間空心連接到阻力監(jiān)測記錄儀12，開始監(jiān)測記錄。

模擬樁樁頂與電動靜力觸探加載裝置11的下行動力鏈條通過傳力扳手連接。

啟動電動靜力觸探加載裝置11電機，可按預定沉樁速率將模擬樁從模擬地基地表壓入土層。

通過阻力監(jiān)測記錄儀12可以測度模擬樁樁端阻力標準值pski和側摩阻力標準值q1sik，以及模擬樁樁身各處的應變值εi，通過預先測定的標準模擬樁節(jié)14的彈性模量換算得到相應樁身各測點的軸力值tski，進一步計算得到相應點位地層對于樁身的側摩阻力標準值q2sik。

通過高靈敏度電阻變形監(jiān)測儀31和多通道應力巡檢記錄儀34監(jiān)測沉樁工藝全程模擬地基土中各空間測點所反映的位移值s1i、土壓力p1i、孔隙水壓力p2i等實測值的改變。

實施例3

這里以實施例3為例，詳細描述本發(fā)明的實施步驟，通過附圖描述的方案是示例性的，是研究方案的其中一種，用于解釋本發(fā)明如何工作，不能理解為對本發(fā)明的限制。

這里將參考圖2、圖3和圖6詳細描述模擬動力沉樁工藝時樁土力學行為研究的過程。圖6是整套測試系統(tǒng)的結構示意圖。

圖6所示模擬靜壓沉樁工藝時樁土力學行為研究的測試系統(tǒng)包括：樁身力學模擬單元；地基附加應力加載模擬單元；地基土總應力、孔隙水壓力及局部變形測試單元；型鋼加載反力框架；地基土模擬試驗倉及動力沉樁模擬單元。

首先根據(jù)所需研究工程地點的具體地質信息，采集該地點以下土樣標本作為模擬地基的原料，運回實驗室。

按照圖2和圖3所示組裝好方形地基土模擬倉，此處倉壁20mm厚不銹鋼板。然后依據(jù)地質信息中諸如各土層種類、厚度、含水量、孔隙比、密度等原位地基土的物理參數(shù)，采用分層壓實的方法制作模擬地基。

根據(jù)研究方案在各模擬土層中預埋活塞式電阻應變計工作組32、鋼鉉式土壓力計和孔隙水壓力計工作組33。在地基中土體變形多以壓縮為主，所以預埋時應將活塞式電阻應變計設置預留足夠的壓縮位移量程，考慮制作模擬地基時的壓實工藝，更應如此。活塞式電阻應變計其預埋角度根據(jù)所需監(jiān)測不同方向土層變形需求而設定，同一深度的平面內考慮到應力擴散效應，按與模擬樁不同距離安放3-6個活塞式電阻應變計。出于相似考慮，依據(jù)同樣原則安放鋼鉉式土壓力計和孔隙水壓力計。

同時將模擬地基土中預埋的活塞式電阻應變計工作組32的數(shù)據(jù)線編號，連接到高靈敏度電阻變形監(jiān)測儀31上；將鋼鉉式土壓力計孔隙水壓力計工作組33的數(shù)據(jù)線編號，連接到多通道應力巡檢記錄儀34上。

在預埋前，記錄保存各傳感器的初值；從制作模擬地基開始便監(jiān)測記錄傳感器所探測探測到的諸如位移值s1i、土壓力p1i、孔隙水壓力p2i等實測值。

根據(jù)實際工程地點地下水條件，操作各過濾排水閥門56實現(xiàn)預定土層局部排水固結或穩(wěn)定預設水位。

模擬地基土填滿模擬倉后，表面與模擬倉側壁上沿保持等高。

將制作完成模擬地基的模擬倉沿圖2所示方向，通過導向滾軸42移入型鋼加載反力框架整下方，將模擬倉底部四角上的地基土模擬倉定位螺孔47與鋼制底座43上相應位置的定位螺孔47對其，并用螺栓固定。

按圖6所示安裝地基附加應力加載模擬單元，先將筒形承壓柱22通過螺栓安裝在60t穿心千斤頂21的頂出端，然后將它們通過螺栓固定于上橫梁連接板（穿心千斤頂傳力板）46下部，確保包括模型樁定位套筒45在內三者豎向同心共軸。

按圖6所示用壓力油管連接數(shù)顯電液伺服油泵23和60t穿心千斤頂21，千斤頂內注油排氣。

開啟數(shù)顯電液伺服油泵23，千斤頂21將油壓轉換成向下的壓力，再依靠筒形承壓柱22，把預定荷載直接作用于模擬地基土表面，同時監(jiān)測由數(shù)顯電液伺服油泵23的油壓值換算而來的附加應力值及模擬地基土中位移值s1i、土壓力p1i、孔隙水壓力p2i等實測值的改變，模擬地下某一深度位置的應力環(huán)境，于是實現(xiàn)對淺基礎傳遞的附加應力條件下地基各局部空間應力應變動態(tài)分布的研究。

按圖6所示將動力沉樁力學模擬單元通過定位螺栓44安裝于型鋼加載反力框架的上橫梁上面，并確保電動靜力觸探加載裝置11的模擬樁安裝孔與模型樁定位導向套筒45豎向同心共軸。

如圖1所示從下至上組裝模擬樁阻力傳感器13和標準模擬樁節(jié)14，于是在同一模擬樁不同深度的位置可以安放多個標準模擬樁節(jié)14，并將模擬樁阻力傳感器13和每個標準模擬樁節(jié)14的數(shù)據(jù)線通過模擬樁節(jié)中間空心連接到阻力監(jiān)測記錄儀12，開始監(jiān)測記錄。

模擬樁樁頂螺母與動力觸探加載裝置64下的傳力桿螺帽通過扳手緊固連接。

啟動電動加載裝置61電機，卷拉鋼纜，提升穿心錘，到預定高度，操作脫鉤裝置63，穿心錘自由落體，產生固定貫入能，將模擬樁模擬樁從模擬地基地表錘擊貫入模擬土層。

通過動態(tài)阻力監(jiān)測記錄儀12可以測度錘擊貫入瞬間及錘擊后模擬樁樁端阻力標準值pski和側摩阻力標準值q1sik，以及模擬樁樁身各處的應變值εi，通過預先測定的標準模擬樁節(jié)14的彈性模量換算得到相應樁身各測點的軸力值tski，進一步計算得到相應點位地層對于樁身的側摩阻力標準值q2sik等參數(shù)的動態(tài)變化。

通過高靈敏度電阻變形監(jiān)測儀31和多通道應力巡檢記錄儀34監(jiān)測沉樁工藝全程模擬地基土中各空間測點所反映的位移值s1i、土壓力p1i、孔隙水壓力p2i等實測值的改變。