可控制土体温度的模型桩试验仪及其试验方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910222516.3 (22)申请日 2019.03.22 (71)申请人 温州大学 地址 325200 浙江省温州市瓯海区东方路 38号温州市大学科技园 (72)发明人 吴则祥余闯涂冬媚杨昱 (74)专利代理机构 北京权智天下知识产权代理 事务所(普通合伙) 11638 代理人 王新爱 (51)Int.Cl. G01N 3/08(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)发明名称 一种可控制土体温度的模型桩试验仪及其 试验方法 (57)摘要 本发明。

2、涉及一种可控制土体温度的模型桩 试验仪及其试验方法， 包括： 底部板、 外圈侧板、 内圈侧板、 侧板温控管组件、 顶盖、 桩模型； 在外 圈侧板、 内圈侧板之间圆环形空隙中设置侧板温 控管组件， 所述侧板温控管组件包括： 自上而下 平行设置的多个环状的侧板温控管； 在圆环形空 隙中的各层侧板温控管之间还设置有绝热板； 每 个侧板温控管的外侧均连接有独立的进液管以 及出液管， 所述进液管以及出液管与循环液系统 连接， 通过循环液系统来调节各层侧板温控管中 的循环液的温度。 采用本发明的模型桩试验仪及 其试验方法， 能够模拟土体在不同温度变化路径 下的情形， 对上述情形下的桩土力学行为进行研 究。。

3、 权利要求书2页 说明书8页 附图7页 CN 109883837 A 2019.06.14 CN 109883837 A 1.一种可控制土体温度的模型桩试验仪， 其特征在于， 包括： 底部板、 外圈侧板、 内圈侧 板、 侧板温控管组件、 顶盖、 桩模型； 外圈侧板、 内圈侧板安装在底部板上， 顶盖与外圈侧板连接； 土体填充在内圈侧板之间， 桩模型置于土体中； 底外圈侧板、 内圈侧板的水平横截面均为圆形， 且两者圆心为同一点； 在外圈侧板、 内 圈侧板之间圆环形空隙中设置侧板温控管组件， 所述侧板温控管组件包括： 自上而下平行 设置的多个环状的侧板温控管； 在圆环形空隙中的各层侧板温控管之间还设。

4、置有绝热板； 每个侧板温控管的外侧均连 接有独立的进液管以及出液管， 所述进液管以及出液管与循环液系统连接， 通过循环液系 统来调节各层侧板温控管中的循环液的温度。 2.如权利要求1所述的一种可控制土体温度的模型桩试验仪， 其特征在于， 外圈侧板向 外伸出第一水平环状连接板， 在外圈侧板与内圈侧板之间的顶部区域也连接固定有第二水 平环状连接板； 所述第一水平环状连接板、 所述第二水平环状连接板设置有螺纹孔； 在顶盖上设置有 与所述第一水平环状连接板、 所述第二水平环状连接板的螺纹孔相应对的螺纹孔； 顶盖与第一水平环状连接板、 所述第二水平环状连接板， 通过相对应的螺栓孔、 以及螺 栓螺母组件固。

5、定连接在一起； 在顶盖的下端固定连接有所述顶盖温控管组件以及土体顶部应力调节板； 所述顶盖温 控管组件与顶盖、 土体顶部应力调节板连接在一起； 土体顶部应力调节板的下表面设置有 顶部膜； 所述顶盖温控管组件采用可膨胀非透水型膜制成； 在顶盖温控管组件的顶盖温控管中 通入循环液体来实现温度， 顶盖温控管组件为多个同心圆的顶盖温控管构成。 3.如权利要求1或2所述的一种可控制土体温度的模型桩试验仪， 其特征在于， 土体顶 部应力调节板的中心设置有孔， 以便于颈部环穿过， 颈部环压在顶部膜上， 其外侧与土体顶 部应力调节板的中心孔的内侧接触； 在顶盖上也开设有圆形螺纹孔， 在上述圆形螺纹孔中安装有孔。

6、桩管引导管箍， 桩管引 导管箍与桩模型的桩径适配， 桩模型依次穿过桩管引导管箍、 以及颈部环， 然后进入土体 中。 4.如权利要求3所述的一种可控制土体温度的模型桩试验仪， 其特征在于， 桩管引导管 箍的内部设置有滑珠， 滑珠与桩模型接触。 5.如权利要求3所述的一种可控制土体温度的模型桩试验仪， 其特征在于， 还包括： 透 水结构层、 排水阀， 透水结构层在底部板的上部、 且设置于在内圈侧板之间， 在底部板中设 置排水管， 在排水管伸出底部板的区域设置有排水阀； 在透水结构层的上部设置有底部膜， 在内圈侧板的内表面设置有侧部膜。 6.如权利要求5所述的一种可控制土体温度的模型桩试验仪， 其特。

7、征在于， 土体设置在 底部膜、 侧部膜之间， 在土体的上部还设置有顶部膜； 底部膜、 侧部膜、 顶部膜均采用乳胶 膜。 7.如权利要求6所述的一种可控制土体温度的模型桩试验仪， 其特征在于， 桩模型上部 与加载系统连接， 加载系统包括： 龙门吊、 动力伸缩杆； 在龙门吊的横梁下部设置有移动平 权利要求书 1/2 页 2 CN 109883837 A 2 台， 移动平台的下部固定设置有动力伸缩杆， 动力伸缩杆的下端设置有安装孔， 所述桩模型 的顶部设置有桩帽安装件， 桩帽安装件通过螺纹连接于动力伸缩杆的下端的安装孔内。 8.如权利要求7所述的一种可控制土体温度的模型桩试验仪， 其特征在于， 在桩。

8、模型的 内部设置有桩模型温控管组件； 桩模型温控管组件与循环液系统连通。 9.使用如权利要求7所述一种可控制土体温度的模型桩试验仪的工作方法， 其特征在 于， 包括以下步骤： 第一， 土体埋设： 分层填筑土体， 其在土体中按照预设高度埋设温度传感器， 以测量土 体中温度应力场分布； 在土体顶端还设置有沉降传感器， 以测量土表面的沉降情况； 第二， 土体填筑完成后， 将顶盖安装在内圈侧板、 外圈侧板上； 第三， 通过控制系统， 将顶盖温控管组件开启、 侧板温控管组件开启， 使得土体温度场 为预设的初始温度场； 第四， 压桩： 采用静力压桩的过程， 调节移动平台， 使得桩模型的尖端垂直对准桩位中 。

9、心， 再启动动力伸缩杆， 将桩模型压至预定深度； 第五， 压桩完成后， 控制系统发送指令， 调整顶盖温控管组件、 侧板温控管组件， 使得土 体的温度路径按照预设的工况运行， 最后进行静荷载试验。 10.使用如权利要求8所述一种可控制土体温度的模型桩试验仪的工作方法， 其包括以 下步骤： 第一， 土体埋设： 分层填筑土体， 其在土体中按照预设高度埋设温度传感器， 以测量土 体中温度应力场分布； 在土体顶端还设置有沉降传感器， 以测量土表面的沉降情况； 第二， 土体填筑完成后， 将顶盖安装在内圈侧板、 外圈侧板上； 第三， 通过控制系统， 将顶盖温控管组件开启、 侧板温控管组件开启， 使得土体温度。

10、场 为预设的初始温度场； 第四， 压桩： 采用静力压桩的过程， 调节移动平台， 使得桩模型的尖端垂直对准桩位中 心， 再启动动力伸缩杆， 将桩模型压至预定深度； 压桩结束后， 打开排水阀； 第五， 压桩完成后， 控制系统发送指令， 调整顶盖温控管组件、 侧板温控管组件、 底部温 控管组件、 桩模型温控管组件中的每条温控管的温度， 使得土体以及桩模型的温度路径按 照预设的工况运行， 最后进行静荷载试验。 权利要求书 2/2 页 3 CN 109883837 A 3 一种可控制土体温度的模型桩试验仪及其试验方法 技术领域 0001 本发明专利涉及岩土试验技术领域， 特别涉及一种可控制土体温度的模型。

11、桩试验 仪及其试验方法。 背景技术 0002 现阶段， 对于土体在温度作用下的表现成为了一个研究热点。 0003 如： CN101430318A， 将温度变化视为一种荷载， 其公开了一种温控固结压力室系 统。 温控固结压力室的侧壁是由不锈钢制作的空腔式结构， 压力室筒状电热板嵌入压力室 侧壁内， 压力室筒状电热板的电阻丝的两端与温度调控器连接。 压力室电热偶安装在压力 室顶盖上， 其一端置于充满水的压力室内， 输出端与温度调控器连接。 试样排水管、 孔隙水 压力量测管、 周围压力连接管均采用不锈钢材料制作， 中间段为螺旋状结构， 螺旋状结构置 入温度恒定水容器中。 从温度恒定水容器中引出的试样。

12、排水管与体变管连接， 孔隙水压力 量测管与孔隙水压力量测系统连接， 周围压力连接管与稳压调压系统连接。 它能够满足变 化温度荷载作用下饱和土试样热固结试验的需要， 能够用来准确测定饱和土试样的热固结 变形量。 上述装置主要 0004 又如： CN109270109A公开了一种软黏土热固结实验模型装置， 包括底座、 顶盖、 内 圆桶和外圆桶， 内圆桶套接在外圆桶内， 内圆桶和外圆桶的上端设置顶盖、 下端设置底座， 底座和顶盖采用至少三根锚杆环绕所述外圆桶进行螺栓连接， 内圆桶中设置有排水板， 内 圆桶外壁上缠绕有导电线， 排水板中设置有铁棒， 内圆桶内部上端设置有活塞， 活塞的中央 带有与排水板。

13、匹配的套槽， 套槽顶端带有导线通孔， 套槽套在排水板上并可做上下运动以 压缩内圆桶中的土样， 铁棒和导电线分别连接电源正负极， 活塞的与内圆桶之间包围形成 气压腔， 底盖上开设有注气小孔， 增压泵通过管道与注气小孔连接， 并对气压腔充气以模拟 堆载压力。 该装置能够解决真空预压下漏气、 真空度降低、 热固结过程中沙井周围土体受热 不均匀的问题。 0005 再如： CN 106596297 A公开了一种能源桩桩-土界面力学行为特性试验设备及方 法， 包括框架、 竖向压力加载系统、 桩-土界面模拟系统、 循环控温系统、 注水排水系统以及 数据采集系统。 本发明的试验设备和方法通过循环控温系统调控混。

14、凝土空心圆柱的温度， 真实模拟能源桩的热交换过程。 采用注水排水系统， 控制土样饱和程度、 模拟饱和土样在不 同温度条件下桩周土和桩-土界面法向应力孔隙水压力的变化过程。 在混凝土空心圆柱外 壁布置相关传感器， 采集桩-土界面法向压力及温度数据。 通过传力杆轴力传感器和位移传 感器， 采集桩-土界面的摩擦力和相对剪切变形。 通过数据的采集和分析， 为冷、 热循环作用 下桩-土界面的力学行为特征及其演化过程的研究提供试验数据。 0006 CN 108981819 A公开一种试验能源桩温度和应力分布的系统及方法， 包括模型单 元， 温度加载单元和测量单元； 模型单元包括盛放有试验用土的土体箱和设置。

15、在试验用土 中的能源桩； 温度加载单元包括依次连通的水箱、 水泵、 温度循环控制机和换热管， 换热管 设置于能源桩内部， 且换热管的两端均与温度循环控制机连通， 温度循环控制机与水箱连 说明书 1/8 页 4 CN 109883837 A 4 通； 测量单元包括均匀设置在试验用土中的若干个热电偶、 若干个土压力计、 若干个孔隙水 压力计、 设置在能源桩的外壁上的若干个应变片和设置在能源桩的桩帽上的位移计。 本发 明试验能源桩温度和应力分布的系统及方法能够准确测量出能源桩的温度和应力分布。 0007 从上述的研究可知： 温度因素中应该予以考虑的因素。 0008 然而， 现今的研究在以下方面还是空。

16、白： 0009 1)土体在春夏秋冬等长时间温度循环下， 这种差异对桩基的侧摩阻力以及承载力 有何影响； 0010 2)在桩基长度较长时， 土层的温度分布差异较大， 而在这种条件下， 土层温度变化 又会对桩基的侧摩阻力以及承载力有何影响； 0011 3)对于能量桩而言， 桩基常年供热和制冷交替使用， 其桩基本身也处于不断的热 胀冷缩中， 然而上述能量桩， 未考虑土体在长时间温度循环下的影响， 也未考虑实际土体本 身的温度差异影响。 0012 上述三点因素， 还未出现针对性的模拟试验研究装置； 本发明的目的在于解决上 述问题。 发明内容 0013 本发明的目的是提供一种可控制土体温度的模型桩试验仪。

17、及其试验方法， 以模拟 土体在温度变化路径下情形。 0014 一种可控制土体温度的模型桩试验仪， 包括： 底部板、 外圈侧板、 内圈侧板、 侧板温 控管组件、 顶盖、 桩模型； 0015 外圈侧板、 内圈侧板安装在底部板上， 顶盖与外圈侧板连接； 0016 土体填充在内圈侧板之间， 桩模型置于土体中； 0017 底外圈侧板、 内圈侧板的水平横截面均为圆形， 且两者圆心为同一点； 在外圈侧 板、 内圈侧板之间圆环形空隙中设置侧板温控管组件， 所述侧板温控管组件包括： 自上而下 平行设置的多个环状的侧板温控管； 0018 在圆环形空隙中的各层侧板温控管之间还设置有绝热板； 每个侧板温控管的外侧 均。

18、连接有独立的进液管以及出液管， 所述进液管以及出液管与循环液系统连接， 通过循环 液系统来调节各层侧板温控管中的循环液的温度； 0019 进一步， 外圈侧板向外伸出第一水平环状连接板， 在外圈侧板与内圈侧板之间的 顶部区域也连接固定有第二水平环状连接板； 0020 所述第一水平环状连接板、 所述第二水平环状连接板设置有螺纹孔； 在顶盖上设 置有与所述第一水平环状连接板、 所述第二水平环状连接板的螺纹孔相应对的螺纹孔； 0021 顶盖与第一水平环状连接板、 所述第二水平环状连接板， 通过相对应的螺栓孔、 以 及螺栓螺母组件固定连接在一起； 0022 在顶盖的下端固定连接有所述顶盖温控管组件以及土。

19、体顶部应力调节板； 所述顶 盖温控管组件与顶盖、 土体顶部应力调节板连接在一起； 土体顶部应力调节板的下表面设 置有顶部膜； 0023 所述顶盖温控管组件采用可膨胀非透水型膜制成； 在顶盖温控管组件的顶盖温控 管中通入循环液体来实现温度， 顶盖温控管组件为多个同心圆的顶盖温控管构成。 说明书 2/8 页 5 CN 109883837 A 5 0024 进一步， 土体顶部应力调节板的中心设置有孔， 以便于颈部环穿过， 颈部环压在顶 部膜上， 其外侧与土体顶部应力调节板的中心孔的内侧接触； 0025 在顶盖上也开设有圆形螺纹孔， 在上述圆形螺纹孔中安装有孔桩管引导管箍， 桩 管引导管箍与桩模型的桩。

20、径适配， 桩模型依次穿过桩管引导管箍、 以及颈部环， 然后进入土 体中。 0026 进一步， 桩管引导管箍的内部设置有滑珠， 滑珠与桩模型接触。 0027 进一步， 还包括： 透水结构层、 排水阀， 透水结构层在底部板的上部、 且设置于在内 圈侧板之间， 在底部板中设置排水管， 在排水管伸出底部板的区域设置有排水阀； 在透水结 构层的上部设置有底部膜， 在内圈侧板的内表面设置有侧部膜。 0028 进一步， 土体设置在底部膜、 侧部膜之间， 在土体的上部还设置有顶部膜； 底部膜、 侧部膜、 顶部膜均采用乳胶膜。 0029 进一步， 桩模型上部与加载系统连接， 加载系统包括： 龙门吊、 动力伸缩杆。

21、； 在龙门 吊的横梁下部设置有移动平台， 移动平台的下部固定设置有动力伸缩杆， 动力伸缩杆的下 端设置有安装孔， 所述桩模型的顶部设置有桩帽安装件， 桩帽安装件通过螺纹连接于动力 伸缩杆的下端的安装孔内。 0030 进一步， 侧板温控管的分布采用： 上部密且管径细、 下部疏且管径粗的形式。 0031 进一步， 在内圈侧板相对应的绝热板范围内也采用与绝热板相同的材质， 内圈侧 板的其他部分采用导热/冷材料。 0032 进一步， 内圈侧板、 外圈侧板、 绝热板连接成一体。 0033 进一步， 外圈侧板采用绝热材料， 在外圈侧板设置有若干的通液孔， 用来供进液管 以及出液管通过。 0034 进一步，。

22、 在透水结构层或者底板中埋设有若干同心圆的底部温控管构成的底部温 控管组件， 底部温控管组件与循环液系统连通。 0035 进一步， 在桩模型的内部设置有桩模型温控管组件； 桩模型温控管组件与循环液 系统连通。 0036 一种可控制土体温度的模型桩试验仪的工作方法， 其包括以下步骤： 0037 第一， 土体埋设： 分层填筑土体， 其在土体中按照预设高度埋设温度传感器， 以测 量土体中温度应力场分布； 在土体顶端还设置有沉降传感器， 以测量土表面的沉降情况； 0038 第二， 土体填筑完成后， 将顶盖安装在内圈侧板、 外圈侧板上； 0039 第三， 通过控制系统， 将顶盖温控管组件开启、 侧板温控。

23、管组件开启， 使得土体温 度场为预设的初始温度场； 0040 第四， 压桩： 采用静力压桩的过程， 调节移动平台， 使得桩模型的尖端垂直对准桩 位中心， 再启动动力伸缩杆， 将桩模型压至预定深度； 0041 第五， 压桩完成后， 控制系统发送指令， 调整顶盖温控管组件、 侧板温控管组件， 使 得土体的温度路径按照预设的工况运行， 最后进行静荷载试验。 0042 进一步， 在压桩结束后， 试验过程中的排水阀始终开启； 压桩完成后， 通过吊锤控 制桩身垂直度； 压桩结束后， 将桩土模型静置一至两周后再进行试验。 0043 进一步， 试验中还包括以下测试仪器： 0044 在桩的表面贴有应变片， 以测。

24、量桩基在不同深度处的应变， 进而得到桩基在不同 说明书 3/8 页 6 CN 109883837 A 6 深度下的应力大小； 0045 在埋设土体时， 在桩的表面埋设微型土压力计， 以测量桩-土法向应力； 0046 在桩的底部也埋设微型土压力计， 以测量桩端应力； 0047 在桩帽与动力伸缩杆之间布设一压力传感器， 以测量桩顶荷载； 0048 在桩模型的顶端还设置有位移传感器， 以测量桩模型顶部的位移。 0049 一种可控制土体温度的模型桩试验仪的工作方法， 其包括以下步骤： 0050 第一， 土体埋设： 分层填筑土体， 其在土体中按照预设高度埋设温度传感器， 以测 量土体中温度应力场分布； 。

25、0051 在土体顶端还设置有沉降传感器， 以测量土表面的沉降情况； 0052 第二， 土体填筑完成后， 将顶盖安装在内圈侧板、 外圈侧板上； 0053 第三， 通过控制系统， 将顶盖温控管组件开启、 侧板温控管组件开启， 使得土体温 度场为预设的初始温度场； 0054 第四， 压桩： 采用静力压桩的过程， 调节移动平台， 使得桩模型的尖端垂直对准桩 位中心， 再启动动力伸缩杆， 将桩模型压至预定深度； 压桩结束后， 打开排水阀； 0055 第五， 压桩完成后， 控制系统发送指令， 调整顶盖温控管组件、 侧板温控管组件、 底 部温控管组件、 桩模型温控管组件中的每条温控管的温度， 使得土体以及桩。

26、模型的温度路 径按照预设的工况运行， 最后进行静荷载试验。 0056 采用上述技术方案， 与现有技术相比， 优点包括以下几点。 0057 第一， 提出了侧板温控管组件的设计， 基于多层侧板温控管构成的侧板温控管组 件， 可以分层对土体的温度进行加热/冷却。 0058 第二， 给出了侧板温控管采用 “上部密且管径细、 下部疏且管径粗的形式分布” ， 是 基于土层温度分布规律提出的设计。 0059 第三， 给出了内圈侧板与绝热板相对应的区域也采用绝热材料， 即内圈侧板沿高 度方向采用： 导热/冷却材料-绝热材料， 相互交替的设计。 0060 第四， 通过对侧板温控管组件、 底部温控管组件、 顶盖温。

27、控管组件， 来对土体的温 度场进行精细控制。 0061 第五， 对试验仪的如何改变土体的温度场的工作方法进行了阐述。 附图说明： 0062 图1： 实施例一的可控制土体温度的模型桩试验仪的设计示意图。 0063 图2： 实施例一的侧板温控管与循环液系统的连接示意图。 0064 图3： 实施例一的顶盖温控管组件的设计示意图。 0065 图4： 实施例一的龙门吊、 以及动力伸缩构件、 桩模型的连接示意图。 0066 图5： 实施例二的各层侧板温控管以及绝热板的设计示意图。 0067 图6： 实施例三的内圈侧板、 外圈侧板以及绝热板的设计示意图。 0068 图7： 实施例四的可控制土体温度的模型桩试。

28、验仪的设计示意图。 0069 图8： 实施例五的桩模型的桩模型温控管组件的设计示意图。 0070 图9： 本发明的控制系统与传感器、 循环系统等的连接设计图。 说明书 4/8 页 7 CN 109883837 A 7 具体实施方式 0071 实施例一： 如图1-4所示， 一种可控制土体温度的模型桩试验仪， 包括： 底部板1、 外 圈侧板2、 内圈侧板3、 侧板温控管组件4、 透水结构层5、 排水阀6、 顶盖7(其横截面为圆形)、 桩模型引导管箍8、 顶盖温控管组件9、 颈部环10、 桩模型13； 0072 侧部结构如下： 0073 底部板1与外圈侧板2、 内圈侧板3相互连接固定； 外圈侧板2、。

29、 内圈侧板3的水平横 截面均为圆形， 且两者圆心为同一点； 0074 在外圈侧板2、 内圈侧板3之间圆环形空隙中设置侧板温控管组件4(侧板采用双层 的作用在于， 外圈侧板2采用绝热材料， 防止外界热量的影响； 通过双层结构的设计来放置 侧板温控管组件4)， 所述侧板温控管组件4包括： 自上而下平行设置的多个环状的侧板温控 管4-1； 0075 在圆环形空隙中的各层侧板温控管4-1之间还设置有绝热板4-2； 每个侧板温控管 4-1的外侧均连接有独立的进液管11-1以及出液管11-2， 所述进液管11-1以及出液管11-2 与循环液系统11连接， 在进液管11-1上设置有微型泵； 0076 通过循。

30、环液系统11来调节各层侧板温控管4-1中的循环液的温度(各层侧板温控 管4-1中的循环液的温度可以进行调节， 以此来实现不同深度土体温度的不同)； 0077 在外圈侧板2设置有若干的通液孔， 用来供进液管11-1以及出液管11-2通过。 0078 底部结构设计如下： 0079 透水结构层5在底部板1的上部、 且设置于在内圈侧板3之间， 底部板中设置排水 管， 在排水管伸出底部板的区域设置有排水阀6； 0080 在透水结构层5的上部设置有底部膜， 在内圈侧板3的内表面设置有侧部膜。 0081 顶部结构如下： 0082 外圈侧板2向外伸出第一水平环状连接板， 在外圈侧板2与内圈侧板3之间的顶部 区。

31、域也连接固定有第二水平环状连接板； 所述第一水平环状连接板、 所述第二水平环状连 接板设置有螺纹孔； 在顶盖7上设置有与所述第一水平环状连接板、 所述第二水平环状连接 板的螺纹孔相应对的螺纹孔； 0083 顶盖7与第一水平环状连接板、 所述第二水平环状连接板， 通过相对应的螺栓孔、 以及螺栓螺母组件固定连接在一起； 0084 在顶盖7的下端固定连接有所述顶盖温控管组件9以及土体顶部应力调节板12(用 来实现对土体上部压力的分散传递)； 所述顶盖温控管组件9与顶盖7、 土体顶部应力调节板 12连接在一起； 土体顶部应力调节板12的下表面设置有顶部膜； 0085 所述顶盖温控管组件9采用可膨胀非透。

32、水型膜制成； 在顶盖温控管组件9的顶盖温 控管中通入循环液体来实现温度， 顶盖温控管组件9为多个同心圆的顶盖温控管构成； 0086 顶盖温控管组件9除了能够用来模拟土体上部温度的影响， 其通过调节循环液体 的流量， 可以调节顶盖温控管组件9的大小， 进而调节土体顶部应力调节板12的位移， 即实 现对土体上部应力的调节。 0087 土体顶部应力调节板12的中心设置有孔， 以便于颈部环10穿过， 颈部环10压在顶 部膜上， 其外侧与土体顶部应力调节板12的中心孔的内侧接触； 0088 在顶盖7上也开设有圆形螺纹孔， 在上述圆形螺纹孔中安装有孔桩管引导管箍8 说明书 5/8 页 8 CN 10988。

33、3837 A 8 (通过安装不同管箍8的内径的大小， 可以适用于不同桩径的桩模型通过)， 桩管引导管箍8 与桩模型13的桩径适配(防止桩模型在压桩过程中倾斜)， 桩模型13依次穿过桩管引导管箍 8、 以及颈部环10、 然后进入土体中。 0089 进一步， 桩管引导管箍8的内部设置有滑珠， 滑珠与桩模型13接触。 0090 土体设置在底部膜、 侧部膜之间， 在土体的上部还设置有顶部膜； 进一步， 底部膜、 侧部膜、 顶部膜均采用乳胶膜， 以减少土体与仪器边部接触的摩擦力； 同时， 上述膜的作用 也是为了减少土体温度受外界的影响。 0091 桩模型13上部与加载系统连接， 加载系统包括： 龙门吊1。

34、4、 动力伸缩杆15； 在龙门 吊14的横梁下部设置有移动平台16， 移动平台的下部固定设置有动力伸缩杆15， 动力伸缩 杆15的下端设置有安装孔， 所述桩模型13的顶部设置有桩帽安装件， 桩帽安装件通过螺纹 连接于动力伸缩杆15的下端的安装孔内。 0092 动力伸缩杆15可采用电动千斤顶或者液压机构等来提供动力。 0093 一种可控制土体温度的模型桩试验仪， 其用来模拟土体在长期环境温度变化下， 对桩基的影响； 0094 上述试验的意义在于： 对于温州地区而言， 其地层中一般以饱和黏土(更为确切的 说是： 软土)， 当桩基施工完成后， 一方面， 土体在温度循环荷载作用下， 会产生固结沉降， 。

35、其 对桩基的承载力不利(土体在沉降时， 会对桩基形成向下的摩阻力)； 另一方面， 土体在固结 沉降后， 其力学指标均会提高， 即对桩基的承载力又有有利的一面； 但是， 上述两个方面综 合起来， 呈现何种规律， 无论是现场试验、 室内模拟试验、 还是数值模拟， 均未见详细的研 究。 0095 针对上述问题， 可以采用本发明的试验仪来进行研究： 0096 其包括以下步骤： 0097 第一， 土体埋设： 分层填筑土体(具体土体按照模拟的工程地质条件来确定)， 其在 土体中按照预设高度埋设温度传感器， 以测量土体中温度应力场分布； 0098 在土体顶端还设置有沉降传感器， 以测量土表面的沉降情况； 0。

36、099 第二， 土体填筑完成后， 将顶盖7安装在内圈侧板3、 外圈侧板2上； 0100 第三， 通过控制系统， 将顶盖温控管组件9开启、 侧板温控管组件4开启， 使得土体 温度场为预设的初始温度场； 0101 第四， 压桩： 采用静力压桩的过程， 调节移动平台16， 使得桩模型的尖端垂直对准 桩位中心， 再启动动力伸缩杆15， 将桩模型压至预定深度； 0102 第五， 压桩完成后， 控制系统发送指令， 调整顶盖温控管组件9、 侧板温控管组件4， 使得土体的温度路径按照预设的工况运行， 最后进行静荷载试验。 0103 进一步， 在压桩结束后， 试验过程中的排水阀6始终开启； 压桩完成后， 通过吊。

37、锤控 制桩身垂直度； 压桩结束后， 将桩土模型静置一至两周后再进行试验。 0104 进一步， 试验中还包括以下测试仪器： 0105 在桩13的表面贴有应变片， 以测量桩基在不同深度处的应变， 进而得到桩基在不 同深度下的应力大小； 0106 在埋设土体时， 在桩13的表面埋设微型土压力计， 以测量桩-土法向应力； 0107 在桩13的底部也埋设微型土压力计， 以测量桩端应力； 说明书 6/8 页 9 CN 109883837 A 9 0108 在桩帽与动力伸缩杆15之间布设一压力传感器， 以测量桩顶荷载； 0109 在桩模型的顶端还设置有位移传感器， 以测量桩模型顶部的位移。 0110 桩模型。

38、的顶端设置的位移传感器、 以及土体顶端设置的沉降传感器， 均可采用机 电百分表( “饱和黏土中热交换桩承载力特性模型试验研究” ， 岩石力学与工程学报)。 0111 步骤一中， 为了模拟饱和黏土， 需要在土体填充完成后， 将土体模型浸水静置一 周； 同时利用顶盖温控管组件9(其为可膨胀收缩的膜材料制成)， 来调节土体顶部应力调节 板12对土体的压力(在土体顶部应力调节板12的下表面设置压力传感器)， 以此模拟土体受 均布荷载的情形。 0112 步骤五中， 土体的温度场通过顶盖温控管组件9、 侧板温控管组件4， 得以实现不同 土层温度， 通过调整侧板温控管组件4的不同层的侧板温控组件， 来调整不。

39、同土层在不同温 度路径的变化。 0113 具体的， 在模拟季节循环带来的影响时， 简化试验， 土体的温度场保持统一， 土体 的初始温度场均定为26 (模拟夏季)， 开启顶盖温控管组件9、 以及侧板温控管组件4的全部 区域的溶液， 然后使得土体的温度经历26 -5 -26 -5 等多个循环(每个循环用时2周)， 进而能够研究在不同循环下， 桩-土界面压力、 桩顶、 土表沉降的变化规律。 0114 上述研究的缺点在于： 没有考虑到不同土体温度变化并不相同(而土体本身的性 质与温度变化路径有强烈的关系)， 因此， 上述研究仍然有待改进。 0115 在文献：“宁波轻轨沿线不同深度土体温度变化规律观测研。

40、究， 中国勘察设计” 中， 对于不同深度下土体随季节变化的温度进行了报道： 宁波地区在10m以下的土体温度区域 稳定， 5m以上的土体温度最为敏感。 0116 顶盖温控管组件9的运行， 可以使得土体获得梯度变化； 通过侧板温控管组件4的 各层侧板温控管的调节， 能够进一步精细的调节土体的温度变化。 0117 实施例二， 实施例一中的： 各层侧板温控管4-1沿着高度均匀分布。 然而， 根据在文 献：“宁波轻轨沿线不同深度土体温度变化规律观测研究， 中国勘察设计” 中的研究， 上部土 体的温度变为敏感， 而下部土体的变化则基本稳定； 为适应上述情形， 如图5所示， 实施例二 中的侧板温控管4-1的。

41、分布采用上部密且管径细、 下部疏且管径粗的设计。 0118 采用实施例二的设计， 在初始温度场的建立， 实现不同土层在不同温度路径下的 目的， 更加容易实现。 0119 绝热板、 外圈侧板2、 内圈侧板3之间形成的空间为侧板温控管4-1的空间。 0120 实施例三， 实施例一、 二的设计， 均是通过内圈侧板3来影响周边土体的温度； 内圈 侧板3采用一种均质材料板， 会存在板内温度自平衡的趋势(热力学第二定律)， 其在实际应 用时并不佳。 0121 如图6所示， 实施例三的内圈侧板3设计如下： 在内圈侧板相对应的绝热板4-2范围 内也采用与绝热板4-2相同的材质， 其他部分采用导热/冷材料。 0。

42、122 进一步的， 内圈侧板3、 外圈侧板2、 绝热板连接成一体； 0123 采用实施例三的设计， 能够实现内圈侧板的温度不均匀分布， 进而易于实现土体 温度场的不同变化。 0124 实施例四， 如图7所示， 在透水结构层5或者底板中埋设有若干同心圆的底部温控 管构成的底部温控管组件17。 说明书 7/8 页 10 CN 109883837 A 10 0125 通过在试验仪的底板也设置温控管组件， 其目的在于加强对土体温度场的控制能 力。 0126 实施例五， 为了模拟能量桩， 其因素包括三种： 土体在温度变化路径下的固结沉 降、 不同深度土体的温度变化路径不同、 桩基本身的温度变化带来的影响。

43、； 0127 能量桩的温度变化， 可以采用现有技术， 在桩模型13的内部设置有桩模型温控管 组件18； 桩模型温控管组件18与循环液系统11连通。 0128 在试验时， 其包括以下步骤： 0129 第一， 土体埋设： 分层填筑土体(具体土体按照模拟的工程地质条件来确定)， 其在 土体中按照预设高度埋设温度传感器， 以测量土体中温度应力场分布； 0130 在土体顶端还设置有沉降传感器， 以测量土表面的沉降情况； 0131 第二， 土体填筑完成后， 将顶盖7安装在内圈侧板3、 外圈侧板2上； 0132 第三， 通过控制系统， 将顶盖温控管组件9开启、 侧板温控管组件4开启， 使得土体 温度场为预设。

44、的初始温度场； 0133 第四， 压桩： 采用静力压桩的过程， 调节移动平台16， 使得桩模型的尖端垂直对准 桩位中心， 再启动动力伸缩杆15， 将桩模型压至预定深度； 压桩结束后， 打开排水阀6； 0134 第五， 压桩完成后， 控制系统发送指令， 调整顶盖温控管组件9、 侧板温控管组件4、 底部温控管组件17、 桩模型温控管组件18中的每条温控管的温度， 使得土体以及桩模型的 温度路径按照预设的工况运行， 最后进行静荷载试验。 0135 需要说明的是， 为了实现对土体温度场、 以及桩模型温度的精确控制， 顶盖温控管 组件9、 顶盖温控管组件9、 底部温控管组件17、 桩模型温控管组件18中。

45、的每条温控管， 均与 循环液系统11连通， 循环液系统11的内部对应与每条温控管均有独立的循环液单元系统， 以便实现每条温控管的温度独立变化。 0136 循环液采用现有技术， 如采用乙二醇的水基型防冻液。 0137 另外， 需要说明的是， 如图9所示， 为本发明的一种可控制土体温度的模型桩试验 仪的控制系统的示意图； 0138 所示控制系统包括： 数据收集模块、 数据显示模块、 控制模块； 0139 前述所述的各类传感器， 如温度传感器、 土表沉降传感器、 桩顶沉降传感器、 应变 片、 土压力计、 孔隙水压力计等， 均与数据收集模块连接； 0140 数据收集模块将信号发送给数据显示模块， 供试。

46、验人员查看； 0141 控制模块与循环液系统、 动力伸缩杆连接， 即通过控制模块来控制循环液系统、 动 力伸缩杆的启停。 0142 ,以上已详细描述了本方面的较佳实施例， 但应理解到， 在阅读了本发明的上述讲 授内容后， 本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改。 这些等价形式同样落入本申 请所附权利要求书的保护范围中。 说明书 8/8 页 11 CN 109883837 A 11 图1 图2 说明书附图 1/7 页 12 CN 109883837 A 12 图3 说明书附图 2/7 页 13 CN 109883837 A 13 图4 说明书附图 3/7 页 14 CN 109883837 A 14 图5 说明书附图 4/7 页 15 CN 109883837 A 15 图6 说明书附图 5/7 页 16 CN 109883837 A 16 图7 说明书附图 6/7 页 17 CN 109883837 A 17 图8 图9 说明书附图 7/7 页 18 CN 109883837 A 18 。