(19)国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202222253825.7 (22)申请日 2022.08.25 (73)专利权人 中国科学院西北生态 环境资源研 究院 地址 730030 甘肃省兰州市城关区东岗西 路318号 (72)发明人 高樯　王博通　温智　周志伟　 马巍　李亚胜　王斐　向坤　 (74)专利代理 机构 天津创智睿诚知识产权代理 有限公司 12 251 专利代理师 李薇 (51)Int.Cl. G01N 3/08(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)实用新型名称 一种法向应力可控的桩-冻土试样模 具及蠕 变试验系统 (57)摘要 本实用新型公开了一种法向应力可控的桩 ‑ 冻土试样模 具及蠕变试验系统， 将底盘放置于所 述垫圈的顶部， 将N个扇形模板拼接形成圆桶结 构， 将环形抱箍卡合在所述圆桶结构外侧， 然后 把桩基模型放置在圆桶结构内中心位置， 将压力 传感器固定在桩基模型外侧后， 将配置好的特定 含水率土体填充至圆桶结构内， 然后将整个装置 置于控温冰箱中冻结， 恒温至试验 所需温度后置 于恒温箱中， 调节环形抱箍的松紧， 圆桶结构的 间隙发生变化， 扇形模板对冻结土体施加的压力 发生变化， 压力由压力传感器进行检测， 由此对 桩‑冻土试样的法向应力进行调控。 本实用新型 可以给桩‑冻土试样施加不同的法向应力， 从而 使得整个模型在不同的法向应力进行实验。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 218003105 U 2022.12.09 CN 218003105 U 1.一种法向应力可控的桩 ‑冻土试样模具， 其特征在于， 包括中心带孔的底盘、 N个扇形 模板、 多个压力传感器以及环形抱箍， 其中： 所述底盘的底部设有垫圈， N个扇形模板由卯榫方式连接形成一个留有间隙的圆桶结 构并由环形抱箍抱合固定， 所述圆桶结构用于容纳桩基模型和冻 结土体， 多个压力传感器 用于布置在桩基模型 的外侧， 所述圆桶结构置于底盘上部， 所述底盘上中心通孔的直径大 于桩基模型的直径。 2.如权利要求1所述的法向应力可控的桩 ‑冻土试样模具， 其特征在于， 所述底盘为圆 形板或方 形板， 所述垫圈为圆形垫圈， 材质为钢。 3.如权利要求1所述的法向应力可控的桩 ‑冻土试样模具， 其特征在于， N大于等于3， 当 扇形模板的数量 为三个， 每一个扇形模板的圆心角为120 °。 4.如权利要求1所述的法向应力可控的桩 ‑冻土试样模具， 其特征在于， 环形抱箍的数 量大于等于 两个， 位于所述圆桶结构的不同高度上。 5.如权利要求1所述的法向应力可控的桩 ‑冻土试样模具， 其特征在于， 所述压力传感 器的数量 为环形抱箍数量的三 倍， 每三个压力传感器位于同一高度上构成一个监测组。 6.如权利要求5所述的法向应力可控的桩 ‑冻土试样模具， 其特征在于， 每一个监测 组 各压力传感器与桩基轴线方向的夹角为120℃， 每一个所述监测组与一个环形抱箍处于同 一高度上。 7.如权利要求1所述的法向应力可控的桩 ‑冻土试样模具， 其特征在于， 压力传感器的 数量为六个， 两层压力传感器以及两个的环形抱箍高度分别在圆筒结构高度的1/3和2/3 处。 8.如权利要求1所述的法向应力可控的桩 ‑冻土试样模具， 其特征在于， 所述环形抱箍 由两个半箍构成， 两个半箍的一端通过钢 轴铰接， 另一端通过螺杆和螺母固定连接 。 9.如权利要求8所述的法向应力可控的桩 ‑冻土试样模具， 其特征在于， 每个所述半箍 包括半环形的主钢圈； 所述主钢圈的一端设有垂 直侧板， 另一端采用铰接方式连有旋转轴； 每一个侧板的中间开设供螺杆穿过的孔洞， 该孔洞在螺杆侧为小孔， 螺母侧为大孔； 所述旋 转轴的末端与所述钢 轴相连， 该钢 轴凸出侧采用卡钳固定 。 10.一种蠕变试验系统， 其特征在于， 包括如权利要求1 ‑9中任一项所述的法向应力可 控的桩‑冻土试样模具、 材 料试验机以及 恒温箱， 所述桩 ‑冻土剪切试样模具置 于恒温箱内； 所述材料试验机的压头穿过所述恒温箱 的顶部， 以对位于所述桩 ‑冻土剪切试样模具 内的桩的顶部施加竖直方向的压力。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 218003105 U 2一种法向应力可控的桩-冻土 试样模具及蠕变试验系统 技术领域 [0001]本实用新型涉及冻土工程及力学试验技术领域， 特别是涉及一种法向应力可控的 桩‑冻土试样模具及蠕变试验系统。 背景技术 [0002]传统的直剪仪可通过控制法向应力获得不 同法向应力下剪切面(混凝土 ‑冻土界 面)的剪切变形曲线以确定界面的力学指标 但利用该方法在进行混凝土 ‑冻土 界面剪切蠕变实验时， 需将直剪仪整体放入冷库， 而低温冷库控温效果较差， 不能满足剪切 蠕变试验中标准剪切试样的长时间控温要求； 另外， 普通直剪仪施加的最大剪切应力(水平 最大荷载1.2kN， 剪切式样面积30cm2)小于混凝土 ‑冻土界面最大冻结力， 导致该方法不能 获得冻结力较高的混凝 土‑冻土界面剪切变形曲线。 [0003]压柱试验(模型桩桩端不受力)是研究模型桩 ‑冻土界面剪切力学特性的一种新方 法。 该试验方法可以利用材料试验机实现剪切界面的剪应力加载方式多样化， 同时配套的 恒温箱可对桩 ‑冻土界面的温度进行长时间精准控制 。 但是该方法无法实现界面法向应力 的控制， 从而 无法获得桩 ‑冻土界面在不同法向应力作用下的剪切变形特性及蠕变指标， 一 种桩‑冻土试样模具的法向应力调控方法亟 待研发。 实用新型内容 [0004]本实用新型的目的是针对现有技术中桩 ‑冻土剪切力学特性试验中存在的技术缺 陷， 而提供一种法向应力可控的桩 ‑冻土试样模具， 所述法向应力是指桩 ‑冻土界面之间的 法向应力。 [0005]本实用新型的另一个目的是提供基于所述桩 ‑冻土试样模具的蠕变试验系统。 [0006]为实现本实用新型的目的所采用的技 术方案是： [0007]一种法向应力可控的桩 ‑冻土试样模具， 包括中心带孔的底盘、 N个扇形模板、 多个 压力传感器以及环形抱箍， 其中： [0008]所述底盘的底部设有垫圈， N个扇形模板 由卯榫方式连接形成一个留有间隙的圆 桶结构并由环形抱箍抱合固定， 所述圆桶结构用于容纳桩基模型和冻 结土体， 多个压力传 感器用于布置在桩基模型 的外侧， 所述圆桶结构置于底盘上部， 所述底盘上中心通孔的直 径大于桩基模型的直径。 [0009]在上述技术方案中， 所述底盘为圆形板或方形板， 所述垫圈为圆形垫圈， 材质为 钢。 [0010]在上述技术方案中， N大于等于3， 当扇形模板的数量为三个， 每一个扇形模板的圆 心角为120 °。 [0011]在上述技术方案中， 环形抱箍的数量大于等于两个， 位于所述圆筒结构的不 同高 度上。 [0012]在上述技术方案中， 所述压力传感器的数量为环形抱箍数量的三倍， 每三个压力说　明　书 1/4 页 3 CN 218003105 U 3