專(zhuān)利名稱(chēng)：一種負(fù)摩阻力樁土位移測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量含樁土體性能的裝置，具體來(lái)說(shuō)，涉及一種負(fù)摩阻力樁土位移測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)外樁基負(fù)摩阻力室內(nèi)試驗(yàn)中樁土位移的測(cè)量一直沒(méi)有較好的解決，已有的研究多一味采用在土中埋設(shè)沉降標(biāo)的方法測(cè)定土體位移，通過(guò)測(cè)定樁頂或樁底位移得到樁體位移，這種方式獲得的樁土位移具有明顯的缺陷。首先，在室內(nèi)試驗(yàn)中由于空間限制，設(shè)置沉降標(biāo)的數(shù)量一般有限，只能在土體內(nèi)部選取特定幾處放置沉降標(biāo)，沉降值采樣的點(diǎn)較少，無(wú)法獲得連續(xù)的位移場(chǎng)。其次，沉降標(biāo)通過(guò)較大的底座伴隨埋設(shè)位置處土共同沉降而獲得位移值，該方法難免會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。再者，土中設(shè)置沉降標(biāo)必定會(huì)一定程度干擾土體內(nèi)部位移的正常發(fā)展，影響試驗(yàn)結(jié)果。最后，通過(guò)上述方法得到某處的樁土位移是分別對(duì)樁位移以及土位移測(cè)定后，二次推算得到的近似值，并非直接實(shí)測(cè)值。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種負(fù)摩阻力樁土位移測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置可實(shí)現(xiàn)土體荷載分級(jí)加載，并利用PIV技術(shù)測(cè)量不同負(fù)摩阻力值作用下的樁土位移場(chǎng)，保證了樁土位移測(cè)量的準(zhǔn)確性。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種負(fù)摩阻力樁土位移測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置包括反力裝置、模型樁、盛有土體的試驗(yàn)箱、上載荷板、承臺(tái)板、支撐柱、下載荷板、應(yīng)變片、千斤頂、應(yīng)變采集儀、CCD攝像儀、計(jì)算機(jī)和堆載砝碼，其中，所述的反力裝置包括頂梁、反力柱和底座，頂梁通過(guò)反力柱固定連接在底座上方；試驗(yàn)箱位于反力裝置內(nèi)部，且試驗(yàn)箱位于反力裝置的底座上，應(yīng)變采集儀、CCD攝像儀和計(jì)算機(jī)位于反力裝置的外側(cè)；下載荷板位于試驗(yàn)箱中的土體上表面，下載荷板中設(shè)有通孔；模型樁的底端位于試驗(yàn)箱的土體中，模型樁的頂端穿出下載荷板的通孔，模型樁與試驗(yàn)箱的一個(gè)側(cè)壁貼合，且該側(cè)壁為透明材料制成；上載荷板位于下載荷板上方，且上載荷板和下載荷板之間通過(guò)支撐柱固定連接，上載荷板和下載荷板均呈水平布置；上千斤頂固定在上載荷板頂面，且反力裝置的頂梁位于上千斤頂?shù)纳戏剑怀信_(tái)板位于模型樁上方，且承臺(tái)板的底面貼覆在模型樁的頂端；堆載砝碼位于承臺(tái)板的頂面；應(yīng)變片貼覆在模型樁的表面，且應(yīng)變片通過(guò)導(dǎo)線與應(yīng)變采集儀連接，應(yīng)變采集儀通過(guò)USB數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)相連，CXD攝像儀的攝像頭與模型樁相對(duì)，且CXD攝像儀通過(guò)USB數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)相連。
進(jìn)一步，所述的負(fù)摩阻力樁土位移測(cè)量裝置，還包括平衡梁、第一位移傳感器、沉降標(biāo)、第二位移傳感器、第三位移傳感器和位移采集儀，位移采集儀位于反力裝置的外側(cè)，平衡梁通過(guò)螺栓固定連接在試驗(yàn)箱的壁面上；沉降標(biāo)的底端位于試驗(yàn)箱的土體中，沉降標(biāo)的頂端穿出下載荷板的通孔；第一位移傳感器位于沉降標(biāo)的頂部，且第一位移傳感器通過(guò)磁性表座固定在平衡梁上；第二位移傳感器位于承臺(tái)板的頂面，且第二位移傳感器通過(guò)磁性表座固定在平衡梁上；第三位移傳感器位于下載荷板的頂面，且第三位移傳感器通過(guò)磁性表座固定在試驗(yàn)箱的側(cè)壁上；第一位移傳感器、第二位移傳感器和第三位移傳感器分別通過(guò)導(dǎo)線與位移采集儀連接。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果I.可以測(cè)定樁土位移場(chǎng)，且區(qū)域大小、位置選取自由。本發(fā)明的測(cè)量裝置包含CXD攝像儀，利用CCD攝像儀拍攝樁土位移場(chǎng)，并且位移場(chǎng)區(qū)域大小可根據(jù)試驗(yàn)精度的要求調(diào)整，通過(guò)調(diào)整CXD攝像儀擺放距離的控制即可實(shí)現(xiàn)。所測(cè)位移場(chǎng)位置可通過(guò)將CXD攝像儀預(yù)先設(shè)置在任意拍攝區(qū)域正前方進(jìn)行控制。本發(fā)明的測(cè)量裝置克服了傳統(tǒng)沉降標(biāo)測(cè)量土體內(nèi)部位移只能獲得某一點(diǎn)位移的缺陷，并且測(cè)定區(qū)域選擇靈活，能夠直觀反映土體內(nèi)部位移變化。2.測(cè)試精度高。傳統(tǒng)的沉降標(biāo)的位移測(cè)量裝置，須將沉降標(biāo)埋入土中，一定程度上會(huì)干擾土內(nèi)位移場(chǎng)的發(fā)展。而本發(fā)明的測(cè)量裝置，基于PIV技術(shù)進(jìn)行樁土位移的測(cè)量，無(wú)須 在土體中埋設(shè)測(cè)試原件，避免對(duì)土體位移場(chǎng)的干擾，且可以直接獲取所測(cè)區(qū)域的樁土位移，從而提高了測(cè)量精度。本發(fā)明的測(cè)量裝置采用的無(wú)接觸測(cè)量技術(shù)，相對(duì)傳統(tǒng)測(cè)量方法，具備測(cè)量精度的優(yōu)越性。同時(shí)，本發(fā)明還采用土體荷載分級(jí)加載，并利用PIV技術(shù)測(cè)量不同負(fù)摩阻力值作用下的樁土位移場(chǎng)。常規(guī)模型試驗(yàn)如采用多次堆載難免會(huì)干擾已安裝的儀器，往往需要進(jìn)行多次試驗(yàn)才能獲得土體荷載與負(fù)摩阻力樁土位移的關(guān)系。本發(fā)明的裝置一次試驗(yàn)即可測(cè)定土體荷載與負(fù)摩阻力樁土位移場(chǎng)的關(guān)系，操作簡(jiǎn)便、高效，測(cè)試過(guò)程中不干擾儀器，確保測(cè)試結(jié)果精確。3.安裝快捷，便于測(cè)量。本發(fā)明的測(cè)量裝置包括反力裝置、模型樁、試驗(yàn)箱、上載荷板、承臺(tái)板、支撐柱、下載荷板、應(yīng)變片、千斤頂、應(yīng)變采集儀、CCD攝像儀、計(jì)算機(jī)和堆載砝碼。各部件的安裝簡(jiǎn)單快捷，利用CCD攝像儀采集的圖像由計(jì)算機(jī)完成后期數(shù)據(jù)處理。該測(cè)量裝置用于負(fù)摩阻力樁土位移測(cè)量具有省時(shí)省力的特點(diǎn)，有利于開(kāi)展多組數(shù)的系列試驗(yàn)研究。


圖I是本發(fā)明的正視圖。圖2是本發(fā)明的側(cè)視圖。圖中有反力裝置I、頂梁101、反力柱102、平衡梁2、第一位移傳感器3、螺栓4、模型樁5、有機(jī)玻璃板6、環(huán)形鋼帶7、試驗(yàn)箱8、上載荷板9、承臺(tái)板10、支撐柱11、沉降標(biāo)12、下載荷板13、應(yīng)變片14、千斤頂15、應(yīng)變采集儀16、(XD攝像儀17、計(jì)算機(jī)18、堆載砝碼19、第二位移傳感器20、位移采集儀21、第三位移傳感器22。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。如圖I和圖2所示，本發(fā)明的一種負(fù)摩阻力樁土位移測(cè)量裝置，包括反力裝置I、模型樁5、盛有土體的試驗(yàn)箱8、上載荷板9、承臺(tái)板10、支撐柱11、下載荷板13、應(yīng)變片14、千斤頂15、應(yīng)變采集儀16、CO)攝像儀17 (英文全稱(chēng)是Charge-coupled Device Camera,對(duì)應(yīng)中文是電荷耦合元件數(shù)碼攝像儀，文中簡(jiǎn)稱(chēng)CCD攝像儀)、計(jì)算機(jī)18和堆載砝碼19。反力裝置I包括頂梁101、反力柱102和底座，頂梁101通過(guò)反力柱102固定連接在底座上方。反力裝置I內(nèi)部為空腔。試驗(yàn)箱8位于反力裝置I內(nèi)部，且試驗(yàn)箱8位于反力裝置I的底座上。應(yīng)變采集儀16、(XD攝像儀17和計(jì)算機(jī)18位于反力裝置I的外側(cè)。下載荷板13位于試驗(yàn)箱8中的土體上表面。下載荷板13中設(shè)有通孔。模型樁5的底端位于試驗(yàn)箱8的土體中，模型樁5的頂端穿出下載荷板13的通孔，模型樁5與試驗(yàn)箱8的一個(gè)側(cè)壁貼合，且該側(cè)壁為透明材料制成。該透明材料可以為玻璃、塑料等。作為優(yōu)選，試驗(yàn)箱8的側(cè)壁由有機(jī)玻璃板6制成。上載荷板9位于下載荷板13上方，且上載荷板9和下載荷板13之間通過(guò)支撐柱11固定連接，上載荷板9和下載荷板13均呈水平布置。千斤頂15固定在上載荷板9頂面，且反力裝置I的頂梁101位于上千斤頂15的上方。承臺(tái)板10位于模型樁5上方，且承臺(tái)板10的底面貼覆在模型樁5的頂端。堆載砝碼19位于承臺(tái)板10的頂面。應(yīng)變片 14貼覆在模型樁5的表面，且應(yīng)變片14通過(guò)導(dǎo)線與應(yīng)變采集儀16連接，應(yīng)變采集儀16通過(guò)USB數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)相連，CXD攝像儀17的攝像頭與模型樁5相對(duì)，且CXD攝像儀17通過(guò)USB數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)18相連。進(jìn)一步，所述的負(fù)摩阻力樁土位移測(cè)量裝置，還包括平衡梁2、第一位移傳感器3、沉降標(biāo)12、第二位移傳感器20、第三位移傳感器22和位移采集儀21。位移采集儀21位于反力裝置I的外側(cè)，平衡梁2通過(guò)螺栓4固定連接在試驗(yàn)箱8的壁面上。沉降標(biāo)12的底端位于試驗(yàn)箱8的土體中，沉降標(biāo)12的頂端穿出下載荷板13的通孔。第一位移傳感器3位于沉降標(biāo)12的頂部，且第一位移傳感器3通過(guò)磁性表座固定在平衡梁2上。第二位移傳感器20位于承臺(tái)板10的頂面，且第二位移傳感器20通過(guò)磁性表座固定在平衡梁2上。第三位移傳感器22位于下載荷板13的頂面，且第三位移傳感器22通過(guò)磁性表座固定在試驗(yàn)箱8的側(cè)壁上。第一位移傳感器3、第二位移傳感器20和第三位移傳感器22分別通過(guò)導(dǎo)線與位移采集儀21連接。位移采集儀21通過(guò)USB數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)18相連。設(shè)置第一位移傳感器3、第二位移傳感器20、第三位移傳感器22和位移采集儀21的目的是分別用于試驗(yàn)過(guò)程中的模型樁5頂?shù)奈灰?、試?yàn)箱8中的土體內(nèi)部的位移、試驗(yàn)箱8中的土體表面位移的測(cè)量。該部分的測(cè)量可以與CXD攝像儀17采集的圖像通過(guò)計(jì)算機(jī)18處理分析，獲得樁土位移場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，判斷CCD攝像儀17采集的信息是否準(zhǔn)確。進(jìn)一步，為了保證試驗(yàn)箱8中土體和模型樁5受力均勻，千斤頂15位于上載荷板9的幾何中心,堆載砝碼19的重心位于承臺(tái)板10的幾何中心，上載荷板9的幾何中心和下載荷板13的幾何中心位于同一豎線上，且支撐柱11均勻布置在上載荷板9的幾何中心周邊。千斤頂15位于上載荷板9的幾何中心，上載荷板9的幾何中心和下載荷板13的幾何中心位于同一豎線上，支撐柱11均勻布置在上載荷板9的幾何中心周邊。這樣可以保證上載荷板9和下載荷板13受力均勻，進(jìn)而保證土體受力均勻。在上載荷板9和下載荷板13之間設(shè)置四根支撐柱11，且四根支撐柱11到上載荷板9中心點(diǎn)的距離相等。上載荷板9和下載荷板13的橫截面可以是矩形、圓形等。上載荷板9和下載荷板13之間還可以設(shè)置6根、8根或者10根支撐柱11。堆載砝碼19位于承臺(tái)板10的幾何中心。模型樁5為一根時(shí)，模型樁5位于承臺(tái)板10的幾何中心下方。模型樁5為多根時(shí)，模型樁5均勻布置在承臺(tái)板10的幾何中心周邊。這樣可以保證承臺(tái)板10受力均勻，進(jìn)而保證模型樁5受力均勻。進(jìn)一步，所述的模型樁5為空心管，應(yīng)變片14貼覆在模型樁5的內(nèi)壁面上。將應(yīng)變片14貼覆在模型樁5的內(nèi)壁面上，可以避免模型樁5外側(cè)的土體對(duì)應(yīng)變片14的破壞，使得應(yīng)變片14采集的信息更加準(zhǔn)確。進(jìn)一步，所述的負(fù)摩阻力樁土位移測(cè)量裝置，還包括環(huán)形鋼帶7，環(huán)形鋼帶7至少為兩個(gè)，且均勻分布在試驗(yàn)箱8的外壁面上。設(shè)置環(huán)形鋼帶7，可以加強(qiáng)試驗(yàn)箱8的穩(wěn)定性，避免在測(cè)試過(guò)程中，試驗(yàn)箱8的壁面發(fā)生形變，保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。上述結(jié)構(gòu)的負(fù)摩阻力樁土位移測(cè)量裝置，基于PIV技術(shù)(Particle ImageVelocimetry,中文為顆粒圖像測(cè)速，文中簡(jiǎn)稱(chēng)PIV)，通過(guò)對(duì)負(fù)摩阻力樁土位移變化前后的圖像采集，實(shí)現(xiàn)樁土位移的測(cè)量。該測(cè)量裝置采用千斤頂配合載荷板，模擬土體堆載，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)摩阻力的模擬，利用CCD攝像儀對(duì)試驗(yàn)中指定區(qū)域進(jìn)行采樣，運(yùn)用PIV技術(shù)通過(guò)計(jì)算 機(jī)后期處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)樁土位移的測(cè)量。具體工作過(guò)程是I.對(duì)試驗(yàn)箱8填土，同時(shí)將含有應(yīng)變片14的模型樁5、沉降標(biāo)12埋入預(yù)定位置；然后將應(yīng)變片14通過(guò)導(dǎo)線與應(yīng)變采集儀16連接，應(yīng)變采集儀16通過(guò)USB數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)18相連。2.將帶有通孔的下載荷板13放置到土體的上表面，模型樁5的上端和沉降標(biāo)12的上端分別穿出下載荷板13的通孔，然后將帶有支撐柱11的上載荷板9置于下載荷板13上，上載荷板9的平面中心對(duì)應(yīng)下載荷板13的平面中心。3.將平衡梁2通過(guò)螺栓4拴接至試驗(yàn)箱8的壁面上。4.將千斤頂15放置在上載荷板9的頂面中心處，且在頂梁101下，然后將承臺(tái)板10放置在模型樁5的頂面上，接著在承臺(tái)板10上放置第一位移傳感器3，第一位移傳感器3通過(guò)磁性表座吸附在平衡梁2上，在沉降標(biāo)12上放置第二位移傳感器20，第二位移傳感器20通過(guò)磁性表座吸附在平衡梁2上，第三位移傳感器22放置下載荷板13的頂面，且第三位移傳感器22通過(guò)磁性表座固定在試驗(yàn)箱8的側(cè)壁上；最后將第一位移傳感器3、第二位移傳感器20和第三位移傳感器(22)分別通過(guò)導(dǎo)線與位移采集儀21連接。5.在試驗(yàn)箱8前安裝CXD攝像儀17，CXD攝像儀17的攝像頭與模型樁5相對(duì)，用USB數(shù)據(jù)線將CXD攝像儀17與計(jì)算機(jī)18相連。6.采用千斤頂15對(duì)土體加載，用堆載砝碼19對(duì)模型樁5加載，在加載的過(guò)程中，CCD攝像儀17采集圖像。7.將CXD攝像儀17采集的圖像通過(guò)計(jì)算機(jī)18處理分析，獲得樁土位移場(chǎng)。
權(quán)利要求
1.一種負(fù)摩阻力樁土位移測(cè)量裝置，其特征在于，該測(cè)量裝置包括反力裝置(I)、模型樁(5)、盛有土體的試驗(yàn)箱(8)、上載荷板(9)、承臺(tái)板(10)、支撐柱(11)、下載荷板(13)、應(yīng)變片(14)、千斤頂(15)、應(yīng)變采集儀(16)、CXD攝像儀(17)、計(jì)算機(jī)(18)和堆載砝碼(19)，其中， 所述的反力裝置(I)包括頂梁(101)、反力柱(102)和底座，頂梁(101)通過(guò)反力柱(102)固定連接在底座上方；試驗(yàn)箱(8)位于反力裝置(I)內(nèi)部，且試驗(yàn)箱(8)位于反力裝置(I)的底座上，應(yīng)變采集儀(16)、CXD攝像儀(17)和計(jì)算機(jī)(18)位于反力裝置(I)的外側(cè)； 下載荷板(13)位于試驗(yàn)箱(8)中的土體上表面，下載荷板(13)中設(shè)有通孔；模型樁(5)的底端位于試驗(yàn)箱(8)的土體中，模型樁(5)的頂端穿出下載荷板(13)的通孔，模型樁(5)與試驗(yàn)箱(8)的一個(gè)側(cè)壁貼合，且該側(cè)壁為透明材料制成； 上載荷板(9)位于下載荷板(13)上方，且上載荷板(9)和下載荷板(13)之間通過(guò)支撐柱(11)固定連接，上載荷板(9)和下載荷板(13)均呈水平布置；上千斤頂(15)固定在上載荷板(9)頂面，且反力裝置(I)的頂梁(101)位于上千斤頂(15)的上方； 承臺(tái)板(10)位于模型樁(5)上方，且承臺(tái)板(10)的底面貼覆在模型樁(5)的頂端；堆載石去碼(19)位于承臺(tái)板(10)的頂面； 應(yīng)變片(14)貼覆在模型樁(5)的表面，且應(yīng)變片(14)通過(guò)導(dǎo)線與應(yīng)變采集儀(16)連接，應(yīng)變采集儀(16)通過(guò)USB數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)(18)相連，CXD攝像儀(17)的攝像頭與模型樁(5)相對(duì)，且CXD攝像儀(17)通過(guò)USB數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)(18)相連。
2.按照權(quán)利要求I所述的負(fù)摩阻力樁土位移測(cè)量裝置，其特征在于，還包括平衡梁(2)、第一位移傳感器(3)、沉降標(biāo)(12)、第二位移傳感器(20)、第三位移傳感器(22)和位移采集儀(21)，位移采集儀(21)位于反力裝置(I)的外側(cè)，平衡梁(2)通過(guò)螺栓(4)固定連接在試驗(yàn)箱(8)的壁面上；沉降標(biāo)(12)的底端位于試驗(yàn)箱(8)的土體中，沉降標(biāo)(12)的頂端穿出下載荷板(13)的通孔；第一位移傳感器(3)位于沉降標(biāo)(12)的頂部，且第一位移傳感器(3)通過(guò)磁性表座固定在平衡梁(2)上；第二位移傳感器(20)位于承臺(tái)板(10)的頂面，且第二位移傳感器(20 )通過(guò)磁性表座固定在平衡梁(2 )上；第三位移傳感器(22 )位于下載荷板(13)的頂面，且第三位移傳感器(22)通過(guò)磁性表座固定在試驗(yàn)箱(8)的側(cè)壁上；第一位移傳感器(3 )、第二位移傳感器(20 )和第三位移傳感器(22 )分別通過(guò)導(dǎo)線與位移采集儀(21)連接。
3.按照權(quán)利要求I所述的負(fù)摩阻力樁土位移測(cè)量裝置，其特征在于，所述的上千斤頂(15)位于上載荷板(9)的幾何中心，堆載砝碼(19)的重心位于承臺(tái)板(10)的幾何中心，上載荷板(9)的幾何中心和下載荷板(13)的幾何中心位于同一豎線上，且支撐柱(11)均勻布置在上載荷板(9)的幾何中心周邊。
4.按照權(quán)利要求I、2或3所述的負(fù)摩阻力樁土位移測(cè)量裝置，其特征在于，所述的模型樁(5 )為空心管，應(yīng)變片(14 )貼覆在模型樁(5 )的內(nèi)壁面上。
5.按照權(quán)利要求I所述的負(fù)摩阻力樁土位移測(cè)量裝置，其特征在于，還包括環(huán)形鋼帶(7)，環(huán)形鋼帶(7)至少為兩個(gè)，且均勻分布在試驗(yàn)箱(8)的外壁面上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種負(fù)摩阻力樁土位移測(cè)量裝置，包括反力裝置、模型樁、試驗(yàn)箱、上載荷板、承臺(tái)板、支撐柱、下載荷板、應(yīng)變片、千斤頂、應(yīng)變采集儀、CCD攝像儀、計(jì)算機(jī)和堆載砝碼，下載荷板位于試驗(yàn)箱中土體上表面；模型樁的底端位于試驗(yàn)箱的土體中，模型樁的頂端穿出下載荷板，模型樁與試驗(yàn)箱的一個(gè)側(cè)壁貼合，該側(cè)壁為透明材料制成；上千斤頂固定在上載荷板頂面；承臺(tái)板的底面貼覆在模型樁的頂端；堆載砝碼位于承臺(tái)板的頂面；應(yīng)變片貼覆在模型樁的表面，且應(yīng)變片與應(yīng)變采集儀連接，應(yīng)變采集儀與計(jì)算機(jī)相連，CCD攝像儀的攝像頭與模型樁相對(duì)，CCD攝像儀與計(jì)算機(jī)相連。該測(cè)量裝置可實(shí)現(xiàn)土體荷載分級(jí)加載，保證了樁土位移測(cè)量的準(zhǔn)確性。
文檔編號(hào)G01B11/02GK102877492SQ201210427388
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月31日
發(fā)明者戴國(guó)亮, 黃挺, 龔維明, 劉立基, 徐國(guó)平 申請(qǐng)人:東南大學(xué)