一种采空区桩基础承载力实验平台的制作方法

1.本技术涉及建筑施工技术领域，尤其涉及一种采空区桩基础承载力实验平台。


背景技术：

2.在采空区上方有时不可避免地需要修建高层建筑、高速公路和高速铁路等。但是，由于缺少对采空区“活化”的深入研究，如果没有采取必要的技术措施，就容易导致结构物出现开裂和沉降，同时，地基处理的费用高昂或者技术措施复杂，也不利于实际工程的实施。
3.桩基础具有较多优点，如：可以考虑桩间土的承载能力，减少了桩的数量，降低工程造价；充分发挥桩基础对沉降的控制，减小桩基沉降对周围环境的影响。另外，桩基础理论研究和工程应用已逐渐发展成熟，在采空区进行桩基础承载力的研究，利用桩基础的优越性能解决采空区地基稳定性问题，具有重要意义。由于采空区的存在，导致桩基础的受力形式与普通的桩基础存在一些不同，如：桩基础穿越采空区的位置几乎不存在桩侧摩阻力，降低桩基础的承载力；围岩的稳定性降低，会导致桩侧摩阻力的降低，进而导致桩基础的沉降变大；采空区残余变形过大，会使桩基础二次受力，增大桩基础的荷载，在桩基础的一些位置会形成应力集中，桩基础产生脆性破坏。然而，目前关于采空区大直径桩基础的受力机制还不是十分完备，现有的实验装置大多是针对一般地基条件下桩基础承载力的研究，无法体现采空区对桩基础承载力的影响，无法满足采空区条件下桩基础承载力的研究需要。
4.因此，需要提供一种采空区桩基础承载力实验平台，进行室内采空区桩基础承载实验，以解决目前采空区桩基础受力机制不明确的问题。


技术实现要素：

5.本技术的实施例提供一种采空区桩基础承载力实验平台，能够解决目前采空区桩基础受力机制不明确的问题。
6.为达到上述目的，一方面，本技术的实施例提供了一种采空区桩基础承载力实验平台，包括模型外壳和设置在所述模型外壳内的群桩基础模型和采空区模型；所述采空区模型与所述模型外壳之间填充土体/岩体；所述群桩基础模型包括承台模型和连接在所述承台模型下部的第一单桩基础模型和第二单桩基础模型；所述第一单桩基础模型和所述第二单桩基础模型的下端均插入所述土体/岩体内；所述第一单桩基础模型的上端与所述承台模型之间设有桩顶力传感器，所述第一单桩基础模型的下端设有桩端力传感器；所述第一单桩基础模型内设有应变片；所述承台模型的上表面上设有加载组件；所述第一单桩基础模型的外周设有沉降观测标；所述模型外壳的顶部设有基准梁；所述基准梁上设有第一位移计和第二位移计；所述第一位移计能够测量所述承台模型与所述基准梁之间的位移；所述第二位移计能够测量所述沉降观测标与所述基准梁之间的位移；所述桩顶力传感器、所述桩端力传感器、所述应变片、所述第一位移计和所述第二位移计均与采集仪连接。
7.进一步地，所述加载组件包括加载板和设置在所述加载板上的砝码。
8.进一步地，所述采空区模型的材料为所述土体/岩体，所述采空区模型通过模具预制而成。
9.进一步地，所述模型外壳为开口朝上的矩形箱体；所述矩形箱体包括框架和连接在所述框架上的面板；所述框架的材质为铝合金；所述面板的材质为有机玻璃。
10.进一步地，所述第一单桩基础模型的数量为两个。
11.进一步地，所述第一单桩基础模型和所述第二单桩基础模型均采用pvc管。
12.进一步地，所述应变片为多个，多个所述应变片沿轴向均布在所述第一单桩基础模型的内壁上。
13.进一步地，所述承台模型的材质为有机玻璃。
14.进一步地，所述沉降观测标为多个；多个所述沉降观测标的埋设深度均不同。
15.另一方面，本技术的实施例还提供了一种采空区桩基础承载力实验平台，包括模型外壳和设置在所述模型外壳内的单桩基础模型和采空区模型；所述采空区模型与所述模型外壳之间填充土体/岩体；所述单桩基础模型的下端均插入所述土体/岩体内；所述单桩基础模型的上端设有桩顶力传感器，所述桩顶力传感器的上表面上设有加载组件，所述单桩基础模型的下端设有桩端力传感器；所述单桩基础模型内设有应变片；所述单桩基础模型的外周设有沉降观测标；所述模型外壳的顶部设有基准梁；所述基准梁上设有第一位移计和第二位移计；所述第一位移计能够测量所述单桩基础模型与所述基准梁之间的位移；所述第二位移计能够测量所述沉降观测标与所述基准梁之间的位移；所述桩顶力传感器、所述桩端力传感器、所述应变片、所述第一位移计和所述第二位移计均与采集仪连接。
16.本技术相比现有技术具有以下有益效果：
17.本技术实施例采空区桩基础承载力实验平台能够保证实验过程中桩基础模型和采空区模型的稳定性，满足在不同桩径、不同采空区直径、不同采空区顶板厚度、不同采空区位置条件下的实验要求，模拟采空区形态对桩基础承载力的影响，模拟采空区围岩发生任意位移时桩基础的情况，实现加载过程中桩基础承载力变化和采空区形态变化的监测和分析、判断采空区破坏时以及桩基础破坏时的应力状态。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本技术实施例采空区桩基础承载力实验平台的正视图；
20.图2为本技术实施例采空区桩基础承载力实验平台中群桩基础模型的俯视图。
具体实施方式
21.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
22.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
23.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
24.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
25.实施例1：
26.参照图1和图2，本技术的实施例提供了一种采空区桩基础承载力实验平台，包括模型外壳1、群桩基础模型2、采空区模型3、土体/岩体4、基准梁5、桩顶力传感器6、桩端力传感器7、应变片8、沉降观测标9、第一位移计10、第二位移计11和加载组件12。
27.模型外壳1为开口朝上的矩形箱体，矩形箱体包括框架和连接在框架上的面板。框架的材质为铝合金，面板的材质为有机玻璃，由于有机玻璃和铝合金具有较高的强度和刚度，因此，可以提高模型外壳1的强度和刚度，保证实验过程中模型外壳1的稳定性。
28.模型外壳1内设有群桩基础模型2和采空区模型3。采空区模型3与模型外壳1之间填充土体/岩体4。土体/岩体4根据不同的实验要求可填筑不同类型材料、不同高度。采空区模型3与土体/岩体4的材料相同，且可根据不同实验要求进行选择，也就是说，根据不同实验的要求，采空区模型3的空间形态和位置可任意布置。由此，本技术实施例可以满足能够模拟不同采空区顶板厚度、不同采空区位置条件下的实验要求。
29.群桩基础模型2包括承台模型21和连接在承台模型21下部的第一单桩基础模型22和第二单桩基础模型23。承台模型21的材质为有机玻璃，其承受加载系统传递的竖向荷载，并传递到第一单桩基础模型22和第二单桩基础模型23上。第一单桩基础模型22和第二单桩基础模型23均采用具有一定的强度和刚度的pvc管，由此，能够承受承台模型21传递的竖向荷载。
30.承台模型21的上表面中心处设有加载组件12。加载组件12包括加载板121和设置在加载板121上的砝码122。根据实验要求，可以放置不同重量的砝码122，实现对群桩基础模型2的加载。
31.第一单桩基础模型22和第二单桩基础模型23的下端均插入土体/岩体4内。第一单桩基础模型22和第二单桩基础模型23的数量均可以为一个或多个，具体可以根据实际工况进行选择。为了便于描述，以下以第一单桩基础模型22为两个，第二单桩基础模型23为六个进行描述。
32.两个第一单桩基础模型22的上端均与承台模型21之间设有桩顶力传感器6，两个第一单桩基础模型22的下端均设有桩端力传感器7，两个第一单桩基础模型22内均设有多个沿轴向均布在第一单桩基础模型22内的应变片8。桩顶力传感器6和桩端力传感器7对能够在实验过程中对群桩基础模型2的顶部和端部的力进行实时监测。应变片8能够测量实验
过程中群桩基础模型2的应变的变化，对群桩基础模型2在加载过程中承载力的变化进行实时监测和分析。
33.需要说明的是：安装应变片8时，需要提前将pvc管(第一单桩基础模型22)分成两个对称的曲面管体，在两个曲面管体111的内壁每隔一定距离对称的设置应变片8，连接导线并将两端拧紧后埋设在土体/岩体4中，将导线引出后与外部的采集仪连接。另外，由于实验中采用的pvc管的管径均较小，因此，桩顶力传感器6和桩端力传感器7均可以直接连接在pvc管的端部，若pvc管的通径较大时，可以在pvc管的管口处设置安装片，然后将桩顶力传感器6和桩端力传感器7固连在安装片上。桩顶力传感器6和桩端力传感器7也通过导线与外部的采集仪连接。
34.第一单桩基础模型22的外周还设有多个沉降观测标9，多个沉降观测标9的埋设深度均不同。模型外壳1的顶部设有基准梁55。基准梁55上设有一个第一位移计10和多个第二位移计11。第一位移计10和多个第二位移计11均选用百分表位移计，且两者的结构相同。第二位移计11的数量与沉降观测标9的数量相同。第一位移计10能够测量承台模型21与基准梁55之间的位移。第二位移计11与沉降观测标9连接，能够测量沉降观测标9与基准梁55之间的位移。第一位移计10和第二位移计11也均通过导线与采集仪连接。由此，通过第一位移计10、第二位移计11和沉降观测标9的配合使用，可以对实验过程中不同深度的土体/岩体4的沉降进行实时监测。
35.本技术的实施例提供了一种采空区桩基础承载力实验平台的工作原理如下：
36.通过增加砝码122给群桩基础模型2施加竖向荷载，试验采用慢速荷载维持法，第一位移计10对群桩基础模型2的沉降值进行实时监测；多个第二位移计11分别对不同深度的土体/岩体4的沉降值进行实时监测；桩顶力传感器6和桩端力传感器7对群桩基础模型2的顶部和端部的力进行实时监测；应变片8能够测量实验过程中群桩基础模型2的应变的变化，从而计算出桩身轴力以及桩侧摩阻力，进而对群桩基础模型2在加载过程中承载力的变化进行实时监测和分析。
37.故，本技术实施例能够分析不同桩径、不同采空区直径、不同采空区顶板厚度、不同采空区位置条件下群桩承载力特性，实现对加载过程中桩顶载荷-沉降曲线q-s
t
和桩端载荷-沉降曲线p-sb的实时监测以及不同荷载等级下、不同采空区条件下桩身荷载传递规律和桩侧阻力及桩端阻力的发挥机理、桩侧阻力与桩-/土岩相对位移的刻画。
38.实施例2：
39.实施例2与实施例1的区别仅在于：将实施例1中的群桩基础模型2模型替换成了单桩基础模型。单桩基础模型的上端设有桩顶力传感器6，桩顶力传感器6的上表面上设有加载组件12。
40.以上，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何在本技术揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种采空区桩基础承载力实验平台，其特征在于，包括模型外壳和设置在所述模型外壳内的群桩基础模型和采空区模型；所述采空区模型与所述模型外壳之间填充土体/岩体；所述群桩基础模型包括承台模型和连接在所述承台模型下部的第一单桩基础模型和第二单桩基础模型；所述第一单桩基础模型和所述第二单桩基础模型的下端均插入所述土体/岩体内；所述第一单桩基础模型的上端与所述承台模型之间设有桩顶力传感器，所述第一单桩基础模型的下端设有桩端力传感器；所述第一单桩基础模型内设有应变片；所述承台模型的上表面上设有加载组件；所述第一单桩基础模型的外周设有沉降观测标；所述模型外壳的顶部设有基准梁；所述基准梁上设有第一位移计和第二位移计；所述第一位移计能够测量所述承台模型与所述基准梁之间的位移；所述第二位移计能够测量所述沉降观测标与所述基准梁之间的位移；所述桩顶力传感器、所述桩端力传感器、所述应变片、所述第一位移计和所述第二位移计均与采集仪连接。2.根据权利要求1所述的采空区桩基础承载力实验平台，其特征在于，所述加载组件包括加载板和设置在所述加载板上的砝码。3.根据权利要求1所述的采空区桩基础承载力实验平台，其特征在于，所述采空区模型的材料为所述土体/岩体，所述采空区模型通过模具预制而成。4.根据权利要求1所述的采空区桩基础承载力实验平台，其特征在于，所述模型外壳为开口朝上的矩形箱体；所述矩形箱体包括框架和连接在所述框架上的面板；所述框架的材质为铝合金；所述面板的材质为有机玻璃。5.根据权利要求1所述的采空区桩基础承载力实验平台，其特征在于，所述第一单桩基础模型的数量为两个。6.根据权利要求1所述的采空区桩基础承载力实验平台，其特征在于，所述第一单桩基础模型和所述第二单桩基础模型均采用pvc管。7.根据权利要求6所述的采空区桩基础承载力实验平台，其特征在于，所述应变片为多个，多个所述应变片沿轴向均布在所述第一单桩基础模型的内壁上。8.根据权利要求1所述的采空区桩基础承载力实验平台，其特征在于，所述承台模型的材质为有机玻璃。9.根据权利要求1所述的采空区桩基础承载力实验平台，其特征在于，所述沉降观测标为多个；多个所述沉降观测标的埋设深度均不同。10.一种采空区桩基础承载力实验平台，其特征在于，包括模型外壳和设置在所述模型外壳内的单桩基础模型和采空区模型；所述采空区模型与所述模型外壳之间填充土体/岩体；所述单桩基础模型的下端均插入所述土体/岩体内；所述单桩基础模型的上端设有桩顶力传感器，所述桩顶力传感器的上表面上设有加载组件，所述单桩基础模型的下端设有桩端力传感器；所述单桩基础模型内设有应变片；所述单桩基础模型的外周设有沉降观测标；所述模型外壳的顶部设有基准梁；所述基准梁上设有第一位移计和第二位移计；所述第一位移计能够测量所述单桩基础模型与所述基准梁之间的位移；所述第二位移计能够测量所述沉降观测标与所述基准梁之间的位移；所述桩顶力传感器、所述桩端力传感器、所述应变片、所述第一位移计和所述第二位移计均与采集仪连接。

技术总结
本申请公开了一种采空区桩基础承载力实验平台，涉及建筑施工技术领域。能够解决目前采空区桩基础受力机制不明确的问题。该平台包括模型外壳、群桩基础模型、采空区模型和土体/岩体；群桩基础模型包括承台模型、第一单桩基础模型和第二单桩基础模型；第一、第二单桩基础模型的下端均插入土体内；第一单桩基础模型的上端设有桩顶力传感器，下端设有桩端力传感器，内部设有应变片；承台模型上设有加载组件；第一单桩基础模型的外周设有沉降观测标；模型外壳上设有基准梁；基准梁上设有第一位移计和第二位移计；桩顶力传感器、桩端力传感器、应变片、第一位移计和第二位移计均与采集仪连接。本申请同时公开了另一种采空区桩基础承载力实验平台。实验平台。实验平台。


技术研发人员：沈宇鹏 赵晓林 孙增奎 王开源 徐金翠
受保护的技术使用者：中交公路规划设计院有限公司
技术研发日：2023.07.10
技术公布日：2023/10/15