申请/专利权人：宁波大学

申请日：2018-12-06

公开（公告）日：2023-08-22

公开（公告）号：CN109457740B

主分类号：E02D33/00

分类号：E02D33/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.08.22#授权;2019.04.05#实质审查的生效;2019.03.12#公开

摘要：本发明涉及可同时测得桩土界面摩阻力、法向应力和孔隙水压力的测量仪，包括桩身固定底座、承力板、摩擦盘、压力盒、微型压力计和微型孔压计；所述的桩身固定底座是由U形槽及其两端的上顶板和下顶板组成的，U形槽与顶板通过螺栓连接固定，U形槽一侧设有嵌固槽，嵌固槽内放置微型孔压计，U形槽两端设有螺栓孔，U形槽的槽内安放承力板；上下顶板一侧均设有栓帽孔和耳板，耳板固定在桩身上。本发明的有益效果是：与传统技术相比，本发明克服了无法直接测得桩侧摩阻力的缺点，本发明设置了微型孔压计、微型压力计、压力盒等部件，能够同时获得指定深度下桩土界面摩阻力、法向应力、有效法向应力和孔隙水压力，技术优势显著。

主权项：1.一种可同时测得桩土界面摩阻力、法向应力和孔隙水压力的测量仪，其特征在于，包括桩身固定底座、承力板5、摩擦盘6、压力盒8、微型压力计7和微型孔压计4；所述的桩身固定底座是由U形槽3及其两端的上顶板1和下顶板2组成的，U形槽3与顶板通过螺栓连接固定，U形槽3一侧设有嵌固槽33，嵌固槽33内放置微型孔压计4，U形槽3两端设有螺栓孔31，U形槽3的槽内安放承力板5；上下顶板一侧均设有栓帽孔12和耳板11，耳板11固定在桩身上，上顶板1同侧还设有出线孔14和线路槽13，上下顶板另一侧均设有凹槽16，凹槽16内放置微型压力计7；所述的承力板5下部设有圆形槽51，圆形槽51内放置压力盒8并固定连为一体，承力板5上设有线路槽13、螺栓孔31和出线孔14，承力板5两端部分别设有凹槽16，凹槽16内放置微型压力计7；所述的摩擦盘6内设有栓帽孔12，摩擦盘6与承力板5通过螺栓连接，摩擦盘6周边设有盘边翼61，并在盘边翼61形成的空间内浇筑与待测桩体相同的混凝土9；桩身固定底座的顶缘上设有光滑密封圈15且连为一体，U形槽3与顶板连接缝隙处通过密封胶10密封，当整个仪器组装完成后，光滑密封圈15与摩擦盘6接触形成一个密闭不透水空间；U形槽3的U形槽面32涂抹有润滑剂。

全文数据：可同时测得桩土界面摩阻力、法向应力和孔隙水压力的测量仪及其组装使用方法技术领域本发明涉及一种桩土界面应力测量仪，尤其涉及一种可同时测得桩土界面摩阻力、法向应力和孔隙水压力的测量仪及其组装使用方法。背景技术自从改革开放后，我国的经济得到快速发展，许多繁华都市高层建筑林立；江海沿岸纷纷建立港口作为水陆交通枢纽；为跨越道路上天然或人工的障碍物，在障碍物上方建设桥梁，以适用高速发展的交通行业。在建设高层建筑、桥梁、港口的过程中，若发现地基上部土层软弱，无法承受上部荷载时，需要采用桩基础，将荷载直接传递到持力层。虽然桩基础的承载能力高，适用范围广，但是桩基础的造价却不便宜。由于无法准确测出桩土界面的应力包括法向应力、空隙水压力及桩侧摩阻力，在桩基础设计时，通常都会更加保守，确保桩基础能够承受上部结构的荷载。而保守设计导致桩间距缩短，桩数变多，造成不必要的经济损失。综上所述，目前寻求一种可同时测得桩土界面摩阻力、法向应力和孔隙水压力的测量仪及其组装使用方法就显得十分重要。发明内容本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种可同时测得桩土界面摩阻力、法向应力和孔隙水压力的测量仪及其组装使用方法。这种可同时测得桩土界面摩阻力、法向应力和孔隙水压力的测量仪，包括桩身固定底座、承力板、摩擦盘、压力盒、微型压力计和微型孔压计；所述的桩身固定底座是由U形槽及其两端的上顶板和下顶板组成的，U形槽与顶板通过螺栓连接固定，U形槽一侧设有嵌固槽，嵌固槽内放置微型孔压计，U形槽两端设有螺栓孔，U形槽的槽内安放承力板；上下顶板一侧均设有栓帽孔和耳板，耳板固定在桩身上，上顶板同侧还设有出线孔和线路槽，上下顶板另一侧均设有凹槽，凹槽内放置微型压力计；所述的承力板下部设有圆形槽，圆形槽内放置压力盒并固定连为一体，承力板上设有线路槽、螺栓孔和出线孔，承力板两端部分别设有凹槽，凹槽内放置微型压力计；所述的摩擦盘内设有栓帽孔，摩擦盘与承力板通过螺栓连接，摩擦盘周边设有盘边翼，并在盘边翼形成的空间内浇筑与待测桩体相同的混凝土。作为优选：桩身固定底座的顶缘上设有光滑密封圈且连为一体，U形槽与顶板连接缝隙处通过密封胶密封，当整个仪器组装完成后，光滑密封圈与摩擦盘接触形成一个密闭不透水空间。作为优选：U形槽的U形槽面涂抹有润滑剂。作为优选：顶板和承力板中用于放置微型压力计的凹槽内涂抹有润滑剂。这种可同时测得桩土界面摩阻力、法向应力和孔隙水压力的测量仪的组装使用方法，包括以下步骤：1制作若干个顶板、U形槽、承力板和摩擦盘，并准备好压力盒、微型压力计和微型孔压计，同时在U形槽面内、顶板和承力板中的凹槽内涂抹好润滑剂，并测出涂抹润滑剂后的U形槽面与压力盒之间的摩擦系数ξ；2将顶板和U形槽进行组装，通过螺栓连接形成桩身固定底座，同时在一侧固定微型孔压计，导线沿着线路槽和出线孔引出；3承力板下部安置压力盒，压力盒的导线沿着出线孔和线路槽引出，然后在承力板背面螺栓连接摩擦盘，使承力板与摩擦盘连为一体；4将桩身固定底座与连为一体后的承力板和摩擦盘进行组装，使上下端的微型压力计都在凹槽内，然后将压力盒、微型压力计和微型孔压计的导线沿着顶板的出线孔统一引出后，外包为一个整体的测量仪导线，再将三者横向夹紧，使压力盒与U形槽面紧密接触，并拧紧顶板上下侧的螺栓，使三者纵向夹紧，然后对U形槽与顶板连接缝隙处采用密封胶密封，使测量仪不透水；5在摩擦盘的盘边翼所形成的空间中浇筑与待测桩体相同的混凝土，所形成的混凝土侧表面积记为Ac，待混凝土养护硬化后就完成了单个测量仪的整体组装工作；6重复步骤2～5，制作出若干个测量仪；7利用耳板与桩身紧密固定，将单个测量仪固定在指定的桩身位置上，并将测量仪导线沿着桩身进行保护并引出桩体以外，利用测读设备检测导线中传来的信号来测得出桩土界面摩阻力、法向应力和孔隙水压力；8重复步骤7，在单根桩体不同深度下安装若干个测量仪，利用测读设备可测得单桩受力状态下不同深度处桩土界面摩阻力、法向应力和孔隙水压力。作为优选：所述步骤7中，桩土界面摩阻力、法向应力和孔隙水压力的计算方法如下：若压力盒所得的桩土界面法向压力记为σ，压力盒的底面积记为A0，微型孔压计测得的孔隙水压力记为u，测得的上端的微型压力计的读数记为P1，且下部的微型压力计读数不变或变小，则桩土间的界面正摩阻力f＝P1-ξ×σ×A0Ac，桩土界面有效法向应力σ’＝σ-u，孔隙水压力即为u；若测得的下端的微型压力计的读数记为P2，且上部的微型压力计的读数不变或变小，则桩土间的界面负摩阻力f’＝P2-ξ×σ×A0Ac；若实验测得的摩擦系数ξ值小于0.01，则认为桩土间的界面正摩阻力f＝P1Ac，相应地，桩土间的界面负摩阻力f’＝P2Ac。本发明的有益效果是：1与传统技术相比，本发明克服了无法直接测得桩侧摩阻力的缺点，本发明设置了微型孔压计、微型压力计、压力盒等部件，能够同时获得指定深度下桩土界面摩阻力、法向应力也叫做总侧向径向土压力、有效法向应力也叫做有效侧向径向土压力和孔隙水压力，技术优势显著。2本发明还能根据微型压力计的读数，判定摩阻力受力方向，识别出正负摩阻力，有利于桩基工程方面的测试试验。3本发明设置了线路槽和出线孔，对仪器内部的线路进行了优化布置，提升了其使用的便捷性。附图说明图1是测量仪组装示意图图中组件为中部剖面图；图2是图1中的组件A侧视图；图3是图1中的组件B侧视图；图4是图2中的C-C剖面图；图5是图2中的D-D剖面图；图6是图2中的E-E剖面图；图7是图2中的F-F截面图；图8是图3中的G-G截面图；图9是图1中的上顶板示意图；图10是图1中的下顶板示意图；图11是上顶板侧视图；图12是图11中的J-J剖面图；图13是图11中的H-H剖面图；图14是下顶板侧视图；图15是图14中的K-K剖面图；图16是组件D示意图；图17是图16中的A-A剖面图；图18是图16中的B-B剖面图；图19是组件E示意图；图20是图19的侧视图；图21是测量仪组装完成示意图。附图标记说明：1—上顶板；2—下顶板；3—U形槽；4—微型孔压计；5—承力板；6—摩擦盘；7—微型压力计；8—压力盒；9—混凝土；10—密封胶；11—耳板；12—栓帽孔；13—线路槽；14—出线孔；15—光滑密封圈；16—凹槽；31—螺栓孔；32—U形槽面；33—嵌固槽；51—圆形槽；61—盘边翼。具体实施方式下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。所述的可同时测得桩土界面摩阻力、法向应力和孔隙水压力的测量仪，包括桩身固定底座、承力板5、摩擦盘6、压力盒8、微型压力计7和微型孔压计4；所述的桩身固定底座是由U形槽3及其两端的上顶板1和下顶板2组成的，U形槽3与顶板通过螺栓连接固定，U形槽3一侧设有嵌固槽33，嵌固槽33内放置微型孔压计4，U形槽3两端设有螺栓孔31，U形槽3的槽内安放承力板5；上下顶板一侧均设有栓帽孔12和耳板11，耳板11固定在桩身上，上顶板1同侧还设有出线孔14和线路槽13，上下顶板另一侧均设有凹槽16，凹槽16内放置微型压力计7；所述的承力板5下部设有圆形槽51，圆形槽51内放置压力盒8并固定连为一体，承力板5上设有线路槽13、螺栓孔31和出线孔14，承力板5两端部分别设有凹槽16，凹槽16内放置微型压力计7；所述的摩擦盘6内设有栓帽孔12，摩擦盘6与承力板5通过螺栓连接，摩擦盘6周边设有盘边翼61，并在盘边翼61形成的空间内浇筑与待测桩体相同的混凝土9，所形成的混凝土9侧表面积记为Ac。桩身固定底座的顶缘上设有光滑密封圈15且连为一体，U形槽3与顶板连接缝隙处通过密封胶10密封，当整个仪器组装完成后，光滑密封圈15与摩擦盘6接触形成一个密闭不透水空间。U形槽3的U形槽面32涂抹有润滑剂。顶板和承力板5中用于放置微型压力计7的凹槽16内涂抹有润滑剂。所述的可同时测得桩土界面摩阻力、法向应力和孔隙水压力的测量仪的组装使用方法，包括以下步骤：1制作若干个顶板、U形槽3、承力板5和摩擦盘6，并准备好压力盒8、微型压力计7和微型孔压计4，同时在U形槽面32内、顶板和承力板5中的凹槽16内涂抹好润滑剂，并测出涂抹润滑剂后的U形槽面32与压力盒8之间的摩擦系数ξ；2将顶板和U形槽3进行组装，通过螺栓连接形成桩身固定底座，同时在一侧固定微型孔压计4，导线沿着线路槽13和出线孔14引出；3承力板5下部安置压力盒8，压力盒8的导线沿着出线孔14和线路槽13引出，然后在承力板5背面螺栓连接摩擦盘6，使承力板5与摩擦盘6连为一体；4将桩身固定底座与连为一体后的承力板5和摩擦盘6进行组装，确保上下端的微型压力计7都在凹槽16内，然后将压力盒8、微型压力计7和微型孔压计4的导线沿着顶板的出线孔14统一引出后，外包为一个整体的测量仪导线，再将三者横向夹紧，使压力盒8与U形槽面32紧密接触，并拧紧顶板上下侧的螺栓，使三者纵向夹紧，然后对U形槽3与顶板连接缝隙处采用密封胶10密封，确保测量仪不透水；5在摩擦盘6的盘边翼61所形成的空间中浇筑与待测桩体相同的混凝土9，所形成的混凝土9侧表面积记为Ac，待混凝土9养护硬化后就完成了单个测量仪的整体组装工作；6重复步骤2～5，可制作出多个测量仪；7利用耳板11与桩身紧密固定，将单个测量仪固定在指定的桩身位置上，并将测量仪导线沿着桩身进行保护并引出桩体以外，利用测读设备检测导线中传来的信号来测得出桩土界面摩阻力、法向应力包括总法向应力和有效法向应力和孔隙水压力；根据微型压力计7的读数，测量仪能够判定出所测得的摩阻力是正摩阻力还是负摩阻力，当测得的读数来自上端的微型压力计7时，可判定为正摩阻力，当测得的读数来自下端的微型压力计7时，可判定为负摩阻力；桩土界面摩阻力、法向应力和孔隙水压力的计算方法如下：若压力盒8所得的桩土界面法向压力记为σ，压力盒8的底面积记为A0，微型孔压计4测得的孔隙水压力记为u，测得的上端的微型压力计7的读数记为P1，且下部的微型压力计7读数不变或变小，则桩土间的界面正摩阻力f＝P1-ξ×σ×A0Ac，桩土界面有效法向应力σ’＝σ-u，孔隙水压力即为u；若测得的下端的微型压力计7的读数记为P2，且上部的微型压力计7的读数不变或变小，则桩土间的界面负摩阻力f’＝P2-ξ×σ×A0Ac；若实验测得的摩擦系数ξ值小于0.01，则认为桩土间的界面正摩阻力f＝P1Ac，相应地，桩土间的界面负摩阻力f’＝P2Ac。8重复步骤7，在单根桩体不同深度下安装多个测量仪，利用测读设备可测得单桩受力状态下不同深度处桩土界面摩阻力、法向应力包括总法向应力和有效法向应力和孔隙水压力。

权利要求：1.一种可同时测得桩土界面摩阻力、法向应力和孔隙水压力的测量仪，其特征在于，包括桩身固定底座、承力板5、摩擦盘6、压力盒8、微型压力计7和微型孔压计4；所述的桩身固定底座是由U形槽3及其两端的上顶板1和下顶板2组成的，U形槽3与顶板通过螺栓连接固定，U形槽3一侧设有嵌固槽33，嵌固槽33内放置微型孔压计4，U形槽3两端设有螺栓孔31，U形槽3的槽内安放承力板5；上下顶板一侧均设有栓帽孔12和耳板11，耳板11固定在桩身上，上顶板1同侧还设有出线孔14和线路槽13，上下顶板另一侧均设有凹槽16，凹槽16内放置微型压力计7；所述的承力板5下部设有圆形槽51，圆形槽51内放置压力盒8并固定连为一体，承力板5上设有线路槽13、螺栓孔31和出线孔14，承力板5两端部分别设有凹槽16，凹槽16内放置微型压力计7；所述的摩擦盘6内设有栓帽孔12，摩擦盘6与承力板5通过螺栓连接，摩擦盘6周边设有盘边翼61，并在盘边翼61形成的空间内浇筑与待测桩体相同的混凝土9。2.根据权利要求1所述的可同时测得桩土界面摩阻力、法向应力和孔隙水压力的测量仪，其特征在于，桩身固定底座的顶缘上设有光滑密封圈15且连为一体，U形槽3与顶板连接缝隙处通过密封胶10密封，当整个仪器组装完成后，光滑密封圈15与摩擦盘6接触形成一个密闭不透水空间。3.根据权利要求1所述的可同时测得桩土界面摩阻力、法向应力和孔隙水压力的测量仪，其特征在于，U形槽3的U形槽面32涂抹有润滑剂。4.根据权利要求1所述的可同时测得桩土界面摩阻力、法向应力和孔隙水压力的测量仪，其特征在于，顶板和承力板5中用于放置微型压力计7的凹槽16内涂抹有润滑剂。5.一种如权利要求1所述的可同时测得桩土界面摩阻力、法向应力和孔隙水压力的测量仪的组装使用方法，其特征在于，包括以下步骤：1制作若干个顶板、U形槽3、承力板5和摩擦盘6，并准备好压力盒8、微型压力计7和微型孔压计4，同时在U形槽面32内、顶板和承力板5中的凹槽16内涂抹好润滑剂，并测出涂抹润滑剂后的U形槽面32与压力盒8之间的摩擦系数ξ；2将顶板和U形槽3进行组装，通过螺栓连接形成桩身固定底座，同时在一侧固定微型孔压计4，导线沿着线路槽13和出线孔14引出；3承力板5下部安置压力盒8，压力盒8的导线沿着出线孔14和线路槽13引出，然后在承力板5背面螺栓连接摩擦盘6，使承力板5与摩擦盘6连为一体；4将桩身固定底座与连为一体后的承力板5和摩擦盘6进行组装，使上下端的微型压力计7都在凹槽16内，然后将压力盒8、微型压力计7和微型孔压计4的导线沿着顶板的出线孔14统一引出后，外包为一个整体的测量仪导线，再将三者横向夹紧，使压力盒8与U形槽面32紧密接触，并拧紧顶板上下侧的螺栓，使三者纵向夹紧，然后对U形槽3与顶板连接缝隙处采用密封胶10密封，使测量仪不透水；5在摩擦盘6的盘边翼61所形成的空间中浇筑与待测桩体相同的混凝土9，所形成的混凝土9侧表面积记为Ac，待混凝土9养护硬化后就完成了单个测量仪的整体组装工作；6重复步骤2～5，制作出若干个测量仪；7利用耳板11与桩身紧密固定，将单个测量仪固定在指定的桩身位置上，并将测量仪导线沿着桩身进行保护并引出桩体以外，利用测读设备检测导线中传来的信号来测得出桩土界面摩阻力、法向应力和孔隙水压力；8重复步骤7，在单根桩体不同深度下安装若干个测量仪，利用测读设备可测得单桩受力状态下不同深度处桩土界面摩阻力、法向应力和孔隙水压力。6.根据权利要求5所述的可同时测得桩土界面摩阻力、法向应力和孔隙水压力的测量仪的组装使用方法，其特征在于，所述步骤7中，桩土界面摩阻力、法向应力和孔隙水压力的计算方法如下：若压力盒8所得的桩土界面法向压力记为σ，压力盒8的底面积记为A0，微型孔压计4测得的孔隙水压力记为u，测得的上端的微型压力计7的读数记为P1，且下部的微型压力计7读数不变或变小，则桩土间的界面正摩阻力f＝P1-ξ×σ×A0Ac，桩土界面有效法向应力σ’＝σ-u，孔隙水压力即为u；若测得的下端的微型压力计7的读数记为P2，且上部的微型压力计7的读数不变或变小，则桩土间的界面负摩阻力f’＝P2-ξ×σ×A0Ac；若实验测得的摩擦系数ξ值小于0.01，则认为桩土间的界面正摩阻力f＝P1Ac，相应地，桩土间的界面负摩阻力f’＝P2Ac。

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