(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 202111285387.6 (22)申请日 2021.10.2 9 (71)申请人 浙江科技学院 地址 310023 浙江省杭州市西湖区留和路 318号 (72)发明人 金炜枫　陶颖　解军吉　付周敏　 曹宇春　薛向东　黄扬飞　 (74)专利代理 机构 杭州赛科专利代理事务所 (普通合伙) 33230 代理人 宋飞燕 (51)Int.Cl. E02D 33/00(2006.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 桩承载力自平衡测试中防止上段桩顶出的 装置及方法 (57)摘要 本发明公开了一种桩承载力自平衡测试中 防止上段桩顶出的装置及方法， 一种桩承载力自 平衡测试中防止上段桩顶出的装置， 包括圆盘和 油泵， 所述圆盘内设有压力室、 伸缩孔、 活塞和插 杆， 油泵与压力室连通为压力室供油， 伸缩孔一 端设置在压力室侧部且与压力室连通， 伸缩孔另 一端延伸至圆盘边缘且设置出口， 活塞可滑动安 装在伸缩孔内并将伸缩孔分隔成两个互不连通 的腔室， 活塞与插杆配合， 插杆设置在靠近出口 侧的腔室内； 油泵加压时， 压力室中的液体推动 活塞移动， 设置在圆盘内的插 杆沿伸缩孔同步移 动并插入土层。 本发明可以在桩承 载力自平衡测 试中， 防止上段桩被顶出。 权利要求书2页 说明书7页 附图7页 CN 114086609 A 2022.02.25 CN 114086609 A 1.一种桩承载力自平衡测试中防止上段桩顶出的装置， 其特征在于， 包括 圆盘和油泵， 所述圆盘内设有压力室、 伸缩孔、 活塞和插杆， 油泵与压力 室连通为压力室供油， 伸缩孔一 端设置在压力 室侧部且与压力 室连通， 伸缩孔另一端延伸至圆盘边缘且设置出 口， 活塞可 滑动安装在伸缩孔内并将伸缩孔分隔成两个互不连通的腔室， 活塞与插杆配合， 插杆设置 在靠近出口侧的腔室内； 油泵加压时， 压力室中的液体推动活塞移动， 设置在圆盘内的插杆 沿伸缩孔同步移动并插 入土层。 2.如权利要求1所述的一种桩承载力自平衡测试中防止上段桩顶出的装置， 其特征在 于， 所述插杆包括第一分杆和设置在第一分杆上 的水平伸展机构， 插杆设置在伸缩孔中时 处于收缩状态， 插杆从伸缩孔进入土层后水平伸展机构伸展。 3.如权利要求2所述的一种桩承载力自平衡测试中防止上段桩顶出的装置， 其特征在 于， 所述水平伸展机构包括第二分杆、 铰接头、 伸缩元件， 所述第一分杆开设容纳第二分杆 的储杆室， 第一分杆通过铰接头与第二分杆一端铰接， 第二分杆的另一端与伸缩 元件配合， 第一分杆和第二分杆件设有柔性膜， 当插杆沿伸缩孔插入土层中时， 第二分杆通过伸缩元 件水平伸展， 柔 性膜同步展开。 4.如权利要求3所述的一种桩承载力自平衡测试中防止上段桩顶出的装置， 其特征在 于， 所述伸缩元件为弹簧， 弹簧设置在第一分杆和第二分杆间， 且两端分别与第一分杆、 第 二分杆连接， 处于伸缩孔内时弹簧为压缩状态， 处于伸缩孔外时压缩弹簧复位为伸长状态， 伸长状态的弹簧带动第二分杆水平伸展； 或， 所述伸缩元件为电机驱动机构， 电机驱动机构 设置在第一分杆和 第二分杆间， 且两端分别与第一分杆、 第二分杆连接， 电机驱动机构包括 电机和伸缩杆， 电机与伸缩杆连接， 处于伸缩孔内时电机不工作， 处于伸缩杆外时电机工作 驱动伸缩杆伸长， 伸长的伸缩杆 带动第二分杆 水平伸展。 5.如权利要求3所述的一种桩承载力自平衡测试中防止上段桩顶出的装置， 其特征在 于， 所述伸缩元件包括形状记忆合金条和加热器， 形状记忆合金条设置在第一分杆和第二 分杆间， 形状记忆 合金条两端分别与第一分杆、 第二分杆连接， 插杆设置在伸缩孔内时形状 记忆合金条处于第一温度， 第一温度下形状记忆合金条为收缩状态， 插杆从伸缩孔内移至 土中时加热器加热形状记忆合金条至第二温度， 第二温度下形状记忆合金条伸展 带动第二 分杆水平伸展。 6.如权利要求3所述的一种桩承载力自平衡测试中防止上段桩顶出的装置， 其特征在 于， 所述水平伸展机构包括第二分杆、 铰接头及拉线机， 拉线机固定设置在圆盘内， 拉线机 拉线延伸至圆盘外并与第二分杆 的一端连接， 所述第一分杆开设容纳第二腔室的储杆室， 第二分杆设置在储杆室内， 第一分杆通过铰接头与第二分杆的另一端铰接； 插杆在伸缩孔 中时拉线机不拉线， 插杆沿伸缩孔移至 土层中时拉线机拉线带动第二分杆 水平伸展。 7.如权利要求1所述的一种桩承载力自平衡测试中防止上段桩顶出的装置， 其特征在 于， 所述插杆为形状记忆合金面板折叠而成， 圆盘内配合插杆设有加热器， 插杆设置在伸缩 孔内时处于第一 温度， 插杆处于折叠状态， 插杆沿伸缩孔进入土层中， 加热器对插杆加热至 第二温度， 第二温度下插杆设置在土层中的一端 展开， 展开后形成的平面处于水平面。 8.如权利要求1 ‑7任一项所述的一种桩承载力自平衡测试中防止上段桩顶出的装置， 其特征在于， 所述的防止上 段桩顶出的方法包括以下步骤： 步骤1： 将防止上段桩顶出的装置放置于荷载箱上部， 荷载箱的下部与上段桩接触， 此权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114086609 A 2时圆盘的下端与荷载箱接触、 圆盘上端与上 段桩接触； 步骤2： 当下段桩的阻力大于上段桩的侧摩阻力时， 油泵加压为压力室供油， 压力室内 的液体推动活塞移动， 活塞推动插杆沿伸缩孔同步移动且 插杆插入土层。 9.如权利要求8所述的一种桩承载力自平衡测试中防止上段桩顶出的装置， 其特征在 于， 所述圆盘受到的竖向作用力及弯 矩的计算方法为： 步骤101： 将插杆进入土层部分的总长度L分为n段， 每一段的两端均为节点， 设插杆与 圆盘的边缘接触的节点编号为1， 插杆最远离圆盘的节点编号为n+1， 节点1和节点n+1之间 的节点编号依次增大； 步骤102： 设第i段的长度为L(i)、 杨氏模量为E(i)、 惯性矩为I(i)， 第i段靠近圆盘的节点 编号为i1， 第i段远离圆盘的节点编号为i2， 设第i段靠近圆盘的节点对应的竖向位移和转角 分别为 和 第i段远离圆盘的节点对应的竖向位移和转角分别为 和 这里(1≤i≤ n)； 步骤103： 获取每个节点的竖向位移vj和转角 θj， 并基于节点的竖向位移和 转角获取任 一段中两个节点的竖向位移 及转角 步骤104： 基于第i段的长度L(i)、 杨氏模量E(i)、 惯性矩I(i)、 两个节点上竖向位移 和 两个节点上的转角 和 计算第i段中两个节点上的节点力 和 及第i段中两个节点 上的弯矩 和 步骤105： 计算插杆对圆盘的竖向力 计算插杆对圆盘的弯矩 10.如权利要求9所述的一种 桩承载力自平衡测试中防止上段桩顶出的装置， 其特征在 于， 所述步骤103中， 获取每 个节点的竖向位移和转角包括 为： 测量每个节点对应竖向位移vj， 且定义每个节点上的插值函数fj(x)， 这里(1≤j≤n+ 1)， 然后基于vj和插值函数fj(x)得到进入土层中的插 杆每一节 点的竖向位移vj(x)， 且进入 土层中的插杆的竖向位移 对v(x)求导得到转角θ(x)， 这里 基于θ(x)得到每 个节点上的转角 θj； 或， 在插杆上布设分布式光纤， 且光纤经过节点j， 这里(1≤j≤n+1)， 基于光纤测量每个节 点上的转角θj； 当j＝1时取节点竖向位移vj＝0， 当j＞1时取节点j上竖向位移为 得到每个节点上的位移和转角。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114086609 A 3