一种一维水平循环荷载加载装置及其实验方法.pdf

本发明涉及桩基工程研究领域，旨在提供一种一维水平循环荷载加载装置及其实验方法。该种一维水平循环荷载加载装置包括模型槽、加载系统、监测系统，模型槽的内部用于装载填土和装设模型桩，加载系统包括液压伺服作动器、计算机控制系统、反力架、液压千斤顶、定位支架、定位支架导轨，监测系统包括应变片和数据采集系统；该循环荷载加载实验方法，用于通过对模型桩施加水平循环荷载并实时监测，研究模型桩在水平循环荷载作用下的工作特性、承载力弱化情况及对周边土体的影响范围。本发明能通过改变荷载幅值、荷载均值、循环次数、循环频率等条件从而模拟波浪荷载、风暴荷载、地震荷载等一系列一维水平循环荷载。

权利要求书
1.  一种一维水平循环荷载加载装置，能对埋在填土中的模型桩进行荷载加载实验，其特征在于，所述一维水平循环荷载加载装置包括模型槽、加载系统、监测系统；
所述模型槽为顶部开口的长方体箱体结构模型槽，模型槽的底部开有排水口，且排水口内装有滤网；模型槽的内部用于装载填土和装设模型桩；
所述加载系统包括液压伺服作动器、计算机控制系统、反力架、液压千斤顶、定位支架、定位支架导轨；
所述反力架安装在模型槽的顶部，包括水平反力架、竖向反力架、水平导轨、竖向导轨；所述水平导轨设有两个，分别安装在模型槽垂直于荷载加载方向的对应两个侧面的顶部，且其中一个水平导轨的一端向模型槽外部延伸，用于将反力架移动至模型槽外从而方便进行填土及固结等步骤；所述竖向导轨设有两个，两个竖向导轨的一端通过滑块分别安装在两侧的水平导轨上，使竖向导轨能沿着水平导轨在水平方向移动；所述水平反力架为矩形框结构的反力架，水平反力架矩形框的短边分别通过滑块安装在两侧的竖向导轨上，使水平反力架能沿着竖向导轨进行竖直移动；所述竖向反力架为门字型反力架，竖向反力架的两条竖向支腿分别通过滑块安装在两侧的水平导轨上，使竖向反力架能沿着水平导轨水平移动；
所述液压千斤顶安装在竖向反力架上，用于将模型桩压入模型槽的填土中，以及向模型桩的桩顶提供竖向荷载；
所述定位支架导轨设有两个，分别安装在两竖向反力架的两条支腿上；所述定位支架为中间带有一对夹钳的矩形框架，定位支架矩形框的短边分别通过滑块安装在两侧的定位支架导轨上，使定位支架能沿着竖向反力架的支腿竖向移动，用于在液压千斤顶压入模型桩时，确定压入位置以及确保桩身的垂直；
所述液压伺服作动器通过螺栓固定在水平反力架上，液压伺服作动器的端部用于通过夹钳与模型桩相连，能通过反力架对模型桩施加水平荷载；同时，液压伺服作动器能监测和记录其端部的推力与行进距离，并反馈给计算机控制系统；
所述计算机控制系统与液压伺服作动器相连，用于控制液压伺服作动器的启关，以及通过输入不同的荷载参数，来达到对于模型桩的压入与对模型桩进行不同程度的水平加载；同时，计算机控制系统在接收到液压伺服作动器反馈回来的桩顶位移与荷载并进行记录以后，能进行实验终止条件的判定；所述荷载参数包括荷载幅值、荷载均值、频率与频次；
所述监测系统包括应变片和数据采集系统；所述应变片用于粘贴在模型桩外侧的受荷载轴线上，并将应变片的导线从模型桩内穿出至数据采集系统；所述数据采集系统能每隔一定的时间自动记录下所连接的应变片的读数，用于读取和记录每一次荷载施加完毕后的应变片读数数据。

2.  根据权利要求1所述的一种一维水平循环荷载加载装置，其特征在于，所述模型槽的底面为钢板，四周侧壁为外部箍有铁条的有机玻璃。

3.  根据权利要求1所述的一种一维水平循环荷载加载装置，其特征在于，所述模型槽的外侧标有刻度，且零刻度位置设置在距底部20cm处。

4.  根据权利要求1所述的一种一维水平循环荷载加载装置，其特征在于，所述模型槽底部的排水口开有四个，分别开在模型槽底部的四角处。

5.  基于权利要求1所述一维水平循环荷载加载装置的循环荷载加载实验方法，用于通过对模型桩施加水平循环荷载并实时监测，研究模型桩在水平循环荷载作用下的工作特性、承载力弱化情况及对周边土体的影响范围，其特征在于，所述循环荷载加载方法具体包括下述步骤：
(1)填土与固结：首先向模型槽的底部铺填土层，填土层分为下层砂砾层与上层软土层；下层砂砾层填装压实完毕后，表层高度位于模型槽外侧的零刻度位置；
填筑软土层的过程中，每填土15～20cm进行均匀压实并注水，使土体充分饱和，静置后再进行下一层填土，且每层土装填完成后，保证土的上平面为水平，且在加下一层土之前进行刮毛处理，避免人为分层；并使最终软土层的上层高度低于模型桩的上部；
填土层全部装填完成后，在土体表面铺设不透水薄膜以防止水分蒸发，并满布堆载进行固结，并保证每一次填土固结的程度相同；且进行固结时，将模型槽底部的排水口全部打开以均匀排水；
(2)模型桩的准备：在模型桩外表面粘贴应变片，然后在应变片的外侧涂一层环氧树脂加以保护，并将应变片的导线从模型桩内穿出；在模型桩的桩底安装一个圆锥形套头，用于方便将模型桩压入土中，并保护模型桩内部导线；
(3)使用液压千斤顶，将模型桩压入模型槽的填土层中，且压入位置应在水平导轨滑动方向的中心线上，并确保模型桩垂直；
(4)将液压伺服作动器对准模型桩，并利用夹钳与模型桩相连，向计算机控制系统输入荷载参数，开始执行水平循环荷载加载；同时设定液压伺服作动器反馈数据频率、数据采集系统的数据采集频率，记录每一次循环荷载施加完毕后，模型桩的桩顶累计水平位移与应变片的读数；
(5)当达到下列条件之一时实验结束：
条件A：累计水平位移超过设定值，桩身发生失稳破坏；
条件B：加载完实验开始时设定的循环荷载次数；
(6)实验结束后，回收模型槽与实验用土，并进行数据处理。

6.  根据权利要求5所述的循环荷载加载实验方法，其特征在于，所述模型桩采用钢管或铝管；且若模型桩用于模拟研究实际工程，模型桩的直径和壁厚根据实际工程等比例缩小获得。

7.  根据权利要求5所述的循环荷载加载实验方法，其特征在于，所述循环荷载加载实验开始前，液压千斤顶距模型槽顶部的距离大于模型桩的长度。

8.  根据权利要求5所述的循环荷载加载实验方法，其特征在于，所述步骤(1)中，用于填筑软土层的软土选用商业高岭土或者施工现场取的软土，若使用施工现场取的软土，在实验之前进行土体的物理力学性质的检测。

9.  根据权利要求5所述的循环荷载加载实验方法，其特征在于，所述步骤(2)中，在模型桩每一个桩身水平截面上布置一对应变片，并根据模型桩的入土深度确定应变片数量，具体是指：在软土层上表面以下十倍模型桩的桩径以内，相邻设置在桩身水平截面上的应变片的间距不大于模型桩的桩径；在软土层上表面以下超过十倍模型桩的桩径，设置在相邻桩身水平截面上的应变片的间距，大于上一个相邻的间距。

10.  根据权利要求5所述的循环荷载加载实验方法，其特征在于，所述步骤(4)中，夹钳与模型桩的接触面为弧形。

说明书一种一维水平循环荷载加载装置及其实验方法
技术领域
本发明是关于桩基工程研究领域，特别涉及一种一维水平循环荷载加载装置及其实验方法。
背景技术
近年来，随着海洋的开发越加受到重视，建造在海洋中的工程日益增多，诸如风荷载、波浪荷载以及地震荷载等水平循环荷载对于建筑与其桩基础的影响已逐渐受到重视。海洋中建筑所受的水平循环荷载与水平静荷载有很大的不同，由于循环荷载是一个不断重复加载的过程，多方面的因素都会对桩的承载能力造成很大的影响，因此承受水平循环荷载作用的桩的工作状态非常复杂。
桩在循环荷载作用下，不同的条件下桩的工作性状也有很大的不同，循环荷载的加载频率有提高桩的水平承载力的趋势，而循环荷载的反复循环会降低桩的水平承载力。所以加载频率和循环次数是影响水平循环荷载下桩性状的主要因素，前者的有利作用与后者的不利影响随着加载频率和循环次数的变化而变化，这就造成前者对承载力的有利影响可能为后者的不利作用所抵消，故桩的水平极限承载力可能低于静极限水平承载力，也可能高于静极限水平承载力，因此在估算受水平循环荷载桩水平极限承载力时，需要同时考虑加载频率和荷载循环的次数影响。此外，循环荷载的幅值与均值同样会对桩的水平承载力产生影响，而当表层土壤的性质比较差时，桩土之间的脱开现象也非常容易发生，桩基础的动力响应还与历史上桩基经历的最大位移有关。还需注意的是，由于土壤的非线性特性，桩基础的嵌固点也随着上层土的变形而在不断下移，从而使深层土参与工作，脱开区域的范围也随之扩大。
然而目前对于受水平循环荷载的桩的研究非常有限，在施工中为了确保安全，只能尽可能放大安全系数，从而产生了巨大的不必要的花费。因此，研究水平荷载桩对于社会效益与经济利益都有极大的好处。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种能填补目前关于水平循环荷载作用下，桩基研究领域空白的一维水平循环荷载加载装置及一维水平循环荷载加载实验研究方法。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种一维水平循环荷载加载装置，能(利用液压伺服作动器与反力架)对埋在填土中的模型桩进行荷载加载实验，所述一维水平循环荷载加载装置包括模型槽、加载系统、监测系统；
所述模型槽为顶部开口的长方体箱体结构模型槽，模型槽的底部开有排水口，且排水口内装有滤网；模型槽的内部用于装载填土和装设模型桩；
所述加载系统包括液压伺服作动器、计算机控制系统、反力架、液压千斤顶、定位支架、定位支架导轨；
所述反力架安装在模型槽的顶部，包括水平反力架、竖向反力架、水平导轨、竖向导轨；所述水平导轨设有两个，分别安装在模型槽垂直于荷载加载方向的对应两个侧面的顶部，且其中一个水平导轨的一端向模型槽外部延伸，用于将反力架移动至模型槽外从而方便进行填土及固结等步骤；所述竖向导轨设有两个，两个竖向导轨的一端通过滑块分别安装在两侧的水平导轨上，使竖向导轨能沿着水平导轨在水平方向移动；所述水平反力架为矩形框结构的反力架，水平反力架矩形框的短边分别通过滑块安装在两侧的竖向导轨上，使水平反力架能沿着竖向导轨进行竖直移动；所述竖向反力架为门字型反力架，竖向反力架的两条竖向支腿分别通过滑块安装在两侧的水平导轨上，使竖向反力架能沿着水平导轨水平移动；
所述液压千斤顶安装在竖向反力架上，用于将模型桩压入模型槽的填土中，以及向模型桩的桩顶提供竖向荷载；
所述定位支架导轨设有两个，分别安装在两竖向反力架的两条支腿上；所述定位支架为中间带有一对夹钳的矩形框架，定位支架矩形框的短边分别通过滑块安装在两侧的定位支架导轨上，使定位支架能沿着竖向反力架的支腿竖向移动，用于在液压千斤顶压入模型桩时，确定压入位置以及确保桩身的垂直；
所述液压伺服作动器通过螺栓固定在水平反力架上，液压伺服作动器的端部用于通过夹钳与模型桩相连，能通过反力架对模型桩施加水平荷载(水平荷载的方向与水平反力架垂直)；同时，液压伺服作动器能监测和记录其端部的推力与行进距离，并反馈给计算机控制系统；
所述计算机控制系统与液压伺服作动器相连，用于控制液压伺服作动器的启关，以及通过输入不同的荷载参数，来达到对于模型桩的压入与对模型桩进行不同程度的水平加载；同时，计算机控制系统在接收到液压伺服作动器反馈回来的桩顶位移与荷载并进行记录以后，能进行实验终止条件的判定；所述荷载参数包括荷载幅值、荷载均值、频率与频次。计算机控制系统的实现方式可采用硬件、软件或硬件与软件的结合，本领域技术人员可根据本发明所述功能，对现有技术手段加以利用以实现相关功能，由于这些内容并非本发明重点，故不再赘述。
所述监测系统包括应变片和数据采集系统；所述应变片用于粘贴在模型桩外侧的受荷载轴线上，并将应变片的导线从模型桩内穿出至数据采集系统；所述数据采集系统能每隔一定的时间自动记录下所连接的应变片的读数，用于读取和记录每一次荷载施加完毕后的应变片读数数据。这里数据采集系统可采用现有硬件实现，本领域技术人员可根据本发明所述功能，对现有技术手段加以利用以实现相关功能，由于这些内容并非本发明重点，故不再赘述。
在本发明中，所述模型槽的底面为钢板，四周侧壁为外部箍有铁条的有机玻璃。
在本发明中，所述模型槽的外侧标有刻度，且零刻度位置设置在距底部20cm处。
在本发明中，所述模型槽底部的排水口开有四个，分别开在模型槽底部的四角处。
提供基于所述一维水平循环荷载加载装置的循环荷载加载实验方法，用于通过对模型桩施加水平循环荷载并实时监测，研究模型桩在水平循环荷载作用下的工作特性、承载力弱化情况及对周边土体的影响范围，所述循环荷载加载方法具体包括下述步骤：
(1)填土与固结：首先向模型槽的底部铺填土层，填土层分为下层砂砾层与上层软土层；下层砂砾层填装压实完毕后，表层高度位于模型槽外侧的零刻度位置；
填筑软土层的过程中，每填土15～20cm进行均匀压实并注水，使土体充分饱和，静置后再进行下一层填土，且每层土装填完成后，保证土的上平面为水平，且在加下一层土之前进行刮毛处理，避免人为分层；并使最终软土层的上层高度低于模型桩的上部(模型桩入土深度根据实际试验要求所确定，其范围一般来说为模型桩直径的5～20倍)；
填土层全部装填完成后，在土体表面铺设不透水薄膜以防止水分蒸发，并满布堆载进行固结，并保证每一次填土固结的程度相同(建议每一次填土固结相同时间，并在固结结束后用针入度实验判定固结程度，达到相同针入度时判定为固结程度相同，固结时间建议为一周)；且进行固结时，将模型槽底部的排水口全部打开以均匀排水；
(2)模型桩的准备：在模型桩外表面粘贴应变片，然后在应变片的外侧涂一层环氧树脂加以保护，并将应变片的导线从模型桩内穿出；在模型桩的桩底安装一个圆锥形套头，用于方便将模型桩压入土中，并保护模型桩内部导线；
(3)使用液压千斤顶，将模型桩压入模型槽的填土层中(压入过程应缓慢进行，防止对土体产生过大的扰动)，且压入位置应在水平导轨滑动方向的中心线上，并确保模型桩垂直；
(4)将液压伺服作动器对准模型桩，并利用夹钳与模型桩相连，向计算机控制系统输入荷载参数，开始执行水平循环荷载加载；同时设定液压伺服作动器反馈数据频率、数据采集系统的数据采集频率，记录每一次循环荷载施加完毕后，模型桩的桩顶累计水平位移与应变片的读数；
(5)当达到下列条件之一时实验结束：
条件A：累计水平位移超过设定值(根据不同实验要求取不同值)，桩身发生失稳破坏；
条件B：加载完实验开始时设定的循环荷载次数；
(6)实验结束后，回收模型槽与实验用土，并进行数据处理。
在本发明中，所述模型桩采用钢管或铝管；且若模型桩用于模拟研究实际工程，模型桩的直径和壁厚根据实际工程等比例缩小获得(建议使用钢管)。
在本发明中，所述循环荷载加载实验开始前，液压千斤顶距模型槽顶部的距离大于模型桩的长度。
在本发明中，所述步骤(1)中，用于填筑软土层的软土选用商业高岭土或者施工现场取的软土，若使用施工现场取的软土，在实验之前进行土体的物理力学性质的检测。
在本发明中，所述步骤(2)中，在模型桩每一个桩身水平截面上布置一对应变片，并根据模型桩的入土深度确定应变片数量，具体是指：在软土层上表面以下十倍模型桩的桩径以内，相邻设置在桩身水平截面上的应变片的间距不大于模型桩的桩径；在软土层上表面以下超过十倍模型桩的桩径，设置在相邻桩身水平截面上的应变片的间距，大于上一个相邻的间距。
在本发明中，所述步骤(4)中，夹钳与模型桩的接触面为弧形。
本发明的工作原理：实验时对实验对象进行等比例缩小从而制作模型桩，利用加载系统对模型桩施加模拟风暴荷载、波浪荷载等循环荷载，记录应变片读数，绘制桩顶位移路径图，从而研究受一维水平循环荷载作用下单桩的工作情况。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明能直观地观察模型桩在不同水平循环荷载下的工作情况，也能通过数据采集系统获取精确的数据用以进一步研究。
2、本发明能通过改变荷载幅值、荷载均值、循环次数、循环频率等条件从而模拟波浪荷载、风暴荷载、地震荷载等一系列一维水平循环荷载。
3、本发明除对实验对象施加循环荷载之外，同时可以通过改变填土种类、固结度等条件，对模型桩施加水平静荷载与竖直静荷载，从而进行不同土质条件下单桩极限承载力的研究。
4、本发明结构简单、易于上手，模型材料以及填土可重复利用，不会造成浪费与污染，并且可以自动记录数据，减少实验所需人手，同时减少人为读数时产生的误差。
附图说明
图1为本发明未包括竖向加载系统的主视图。
图2为本发明未包括水平加载系统与模型桩的主视图。
图3为本发明的俯视图。
图4为本发明未包括加载系统与模型桩的侧视图。
图5为模型桩与夹钳的节点详图。
图中的附图标记为：1模型槽；2砂砾层；3软土层；4排水口；5液压伺服作动器；6水平反力架；7水平导轨；8夹钳；9应变片；10模型桩；11液压千斤顶；12竖向反力架；13定位支架；14竖向导轨；15定位支架导轨；16数据采集系统；17计算机控制系统。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
如图1、图2、图3、图4所示的一种一维水平循环荷载加载装置包括模型槽1、加载系统、监测系统。通过加载系统对作为实验对象的模型桩10施加模拟风暴荷载、波浪荷载等循环荷载，记录应变片9读数，绘制桩顶位移路径图，从而研究受一维水平循环荷载作用下单桩的工作情况，此外，本装置也可以对模型桩10施加水平静荷载与竖直静荷载从而进行单桩极限承载力的研究。该装置可以在桩基工程的研究中被广泛地运用，并且易于上手，实验结果直观。
模型槽1为顶部开口的长方体箱体结构模型槽1，模型槽1的底面为厚钢板，四周侧壁为外部箍有铁条的有机玻璃，用于增加模型槽1的承压能力；模型槽1的外侧标有刻度，以方便实验准备时填土过程中填土高度的确定，且零刻度位置设置在距底部20cm处。模型槽1的底部开有四个排水口4，分别开在模型槽1底部的四角处，且排水口4内装有滤网，以防止排水时水带动土体通过排水口4流出。模型槽1的内部用于装载填土和装设模型桩10。
加载系统包括液压伺服作动器5、计算机控制系统17、反力架、液压千斤顶11、定位支架13、定位支架导轨15。
所述反力架安装在模型槽1的顶部，包括水平反力架6、竖向反力架12、水平导轨7、竖向导轨14。所述水平导轨7设有两个，分别安装在模型槽1垂直于荷载加载方向的对应两个侧面的顶部，且其中一个水平导轨7的一端向模型槽1外部延伸，用于将反力架移动至模型槽1外从而方便进行填土及固结等步骤。所述竖向导轨14设有两个，两个竖向导轨14的一端通过滑块分别安装在两侧的水平导轨7上，使竖向导轨14能沿着水平导轨7在水平方向移动。所述水平反力架6为矩形框结构的反力架，水平反力架6矩形框的短边分别通过滑块安装在两侧的竖向导轨14上，使水平反力架6能沿着竖向导轨14进行竖直移动，以方便改变加载点高度，也能方便为不同位置的模型桩10加载。 所述竖向反力架12为门字型反力架，竖向反力架12的两条竖向支腿分别通过滑块安装在两侧的水平导轨7上，使竖向反力架12能沿着水平导轨7水平移动。
所述液压千斤顶11安装在竖向反力架12上，用于将模型桩10压入模型槽1的填土中，以及向模型桩10的桩顶提供竖向荷载，通过竖向反力架12，使液压千斤顶11可以沿着水平荷载加载的垂直方向水平移动，且液压千斤顶11距模型槽1最高处距离应大于模型桩10长度。
所述定位支架导轨15设有两个，分别安装在两竖向反力架12的两条支腿上。所述定位支架13为中间带有一对夹钳8的矩形框架，定位支架13矩形框的短边分别通过滑块安装在两侧的定位支架导轨15上，使定位支架13能沿着竖向反力架12的支腿竖向移动，用于在液压千斤顶11压入模型桩10时，确定压入位置以及确保桩身的垂直。
所述液压伺服作动器5通过螺栓固定在水平反力架6上，液压伺服作动器5的端部用于通过夹钳8与模型桩10相连，能通过反力架对模型桩10施加水平荷载，且水平荷载的方向与水平反力架6垂直。同时，液压伺服作动器5能监测和记录其端部的推力与行进距离，并反馈给计算机控制系统17。
所述计算机控制系统17与液压伺服作动器5相连，用于控制液压伺服作动器5的启关，以及通过输入不同的荷载参数，来达到对于模型桩10的压入与对模型桩10进行不同程度的水平加载。荷载参数包括荷载幅值、荷载均值、频率与频次。同时，计算机控制系统17在接收到液压伺服作动器5反馈回来的桩顶位移与荷载并进行记录以后，能进行实验终止条件的判定。
监测系统包括应变片9和数据采集系统16。所述应变片9用于粘贴在模型桩10外侧的受荷载轴线上，并将应变片9的导线从模型桩10内穿出至数据采集系统16。所述数据采集系统16能每隔一定的时间自动记录下所连接的应变片9的读数，用于读取和记录每一次荷载施加完毕后的应变片9读数数据。
基于上述一维水平循环荷载加载装置，利用示意图对一维水平循环荷载加载实验研究方法进行详细描述，为了便于说明，表示装置结构的示意图会不依一般比例作局部放大，不应以此作为对本发明的限定，此外，在实际的制作中，应包含长度、宽度及高度的三维空间尺寸。
该循环荷载加载实验方法基于一维水平循环荷载加载装置，能对模型桩10施加水平循环荷载，通过调整荷载幅值、荷载均值、频率与频次以模拟风暴荷载、波浪荷载、地震荷载等实际情况下的水平循环荷载；并对模型桩10进行实时监测，以研究其在水平循环荷载作用下的工作特性、承载力弱化情况及对周边土体的影响范围。具体包括下述步骤：
(1)填土与固结。本实施例中模型槽1长宽高为2×2×1.5m，模型槽1底部为厚钢板，侧壁为有机玻璃，并用铁条箍紧，用于增加模型槽1的承压能力。模型槽1顶部不设盖，模型槽1外侧标有刻度，以方便实验准备时填土过程中填土高度的确定，零刻度位置在距底板表面20cm处。软土选用商业高岭土。首先在模型槽1底部铺一层砂砾层2，厚度为20cm，上层软土层3厚度为1.2m。填筑软土过程中分8次填筑，即每填土15cm进行均匀压实并注水，使土体充分饱和，静置一段时间后再进行下一层填土。每层土装填完成后，要求土的上平面为水平，加下一层土之前刮毛，以免人为分层，全部装填完成后，土体表面铺设不透水薄膜以防止水分蒸发，并满布堆载进行固结，固结时间为一周，通过针入度仪判定固结情况。进行固结时需要将模型槽1底部的四个排水口4全部打开以均匀排水。
(2)模型桩10的准备。模型桩10采用钢管或铝管；若模型桩10用于模拟研究实际工程，模型桩10的直径和壁厚根据实际工程等比例缩小获得，且建议使用钢管；若没有实际工程作为参照，则直径与壁厚不应过大或过小，过大则需要更高的荷载水平与更大的模型槽1，过小则不宜粘贴应变片9，容易造成误差。
在模型桩10外表面粘贴应变片9，模型桩10每一个桩身水平截面上布置一对应变片9，并根据模型桩10的入土深度确定应变片9数量，具体是指：在软土层3上表面以下十倍模型桩10的桩径以内，相邻设置在桩身水平截面上的应变片9的间距不大于模型桩10的桩径；在软土层3上表面以下超过十倍模型桩10的桩径，设置在相邻桩身水平截面上的应变片9的间距逐渐增大。最后在应变片9的外侧涂一层环氧树脂加以保护，并将应变片9的导线从模型桩10内穿出。
在模型桩10的桩底安装一个圆锥形套头，用于方便将模型桩10压入土中，并保护模型桩10内部导线。循环荷载加载实验开始前，液压千斤顶11距模型槽1顶部的距离大于模型桩10的长度。
本实施例中模型桩10桩长1.5m，入土深度为1m，粘贴应变片9时，在土体表面以下40cm内每隔8cm布置一对应变片9，40-70cm处每隔10cm布置一对，70-100cm处每隔15cm布置一对，共需布置11对(22个)应变片9。
(3)使用液压千斤顶11，将模型桩10压入模型槽1的预定位置，需要注意的是，压入过程应缓慢进行，防止对土体产生过大的扰动，并确保模型桩10垂直。本实施例中，由于模型桩10对水平荷载垂直方向土体影响范围非常小，因此并排布置4根模型桩10依次进行实验，以省去填土与固结时间，提高效率。
(4)通过水平反力架导轨7将液压伺服作动器5对准模型桩10，并利用夹钳8与模型桩10相连，为使荷载在桩身弯曲倾斜后也能保持水平，夹钳8与模型桩10的接触面为弧形，可参考图4所示。向计算机控制系统17输入荷载参数，开始执行水平循环 荷载加载；同时设定控制量反馈系统、数据采集系统16的数据采集频率，记录每一次循环荷载施加完毕后，模型桩10的桩顶累计水平位移与应变片9的读数。
(5)当达到下列条件之一时实验结束：
条件A：累计水平位移超过设定值，桩身发生失稳破坏；这里的设定值根据不同实验要求取不同值；
条件B：加载完实验开始时设定的循环荷载次数。
需要注意的是，在本实施例中，当一根桩达到实验结束条件之一后，通过水平反力架导轨7将水平加载系统对准下一根模型桩10，直到所有模型桩10加载完成。
(6)实验结束后，回收模型槽1与实验用土，并进行数据处理。
最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。