(19)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 202210932208.1 (22)申请日 2022.08.04 (71)申请人 重庆大学 地址 400000 重庆市沙坪坝区正 街174号 (72)发明人 李绪勇　杨忠平　李诗琪　赵茜　 高宇豪　 (74)专利代理 机构 重庆鼎慧峰合知识产权代理 事务所(普通 合伙) 50236 专利代理师 郑占军 (51)Int.Cl. G01N 1/36(2006.01) G01N 3/02(2006.01) G01N 3/18(2006.01) G01N 19/02(2006.01) E02D 33/00(2006.01) (54)发明名称 一种无负温冻土桩基模型试验系统及试验 方法 (57)摘要 本发明公开了一种无负温冻土桩基模型试 验系统及试验方法， 包括模型箱、 试验桩、 试验 架、 供水机构、 加热机构、 加载机构、 压力计测量 系统和位移光纤测量系统， 模型箱安装于试验架 内， 模型箱内装载有土体和模拟冻土， 模拟冻土 至少包括吸水树脂， 试验桩插设于模 型箱内的土 体内， 且试验桩至少部分与模拟冻土接触， 加载 机构安装于试验架的顶部， 用于对 试验桩施加轴 向压力； 供水机构用于对模拟冻土供水， 以模拟 冻土的冻胀效果， 加热机构用于对 所述模拟冻土 进行加热， 以模拟冻土的融沉效果。 通过利用吸 水树脂模拟冻土中的 “冰”， 从而实现无需严苛的 负温条件， 更便捷、 更经济、 更准确地模拟冻土层 的冻胀融沉变形对 桩基受力、 位移的影响。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 115290418 A 2022.11.04 CN 115290418 A 1.一种无负温冻土桩基模型 试验系统， 其特 征在于， 包括： 试验架； 模型箱， 安装于所述试验架内， 所述模型箱内装载有土体和模拟冻土， 所述模拟冻土至 少包括吸水树脂； 试验桩， 插设于所述模型箱内的土体内， 且所述试验 桩至少部分与所述模拟冻土 接触； 加载机构， 安装于所述试验架的顶部， 所述加载机构用于对所述试验 桩施加轴向压力； 供水机构， 用于对所述模拟冻土供水， 以使所述吸水树脂吸水膨胀， 以模拟冻土的冻胀 效果； 及 加热机构， 用于对所述模拟冻土进行加热， 以使所述吸水树脂受热失水收缩， 以模拟冻 土的融沉效果。 2.根据权利要求1所述的一种无负 温冻土桩基模型试验系统， 其特征在于， 所述模型箱 内部的模拟冻土形成冻土层， 所述模型箱内部的土体形成非冻土层， 冻土层和非冻土层之 间铺设有隔水薄膜， 所述隔水薄膜铺设时具有褶皱， 所述隔水薄膜深度截面上 的模型箱壁 两侧开设有出水孔， 所述出水孔连接有出水管， 所述出水管 的一端贯穿模型箱的侧 壁延伸 至模型箱的外侧。 3.根据权利要求1所述的一种无负 温冻土桩基模型试验系统， 其特征在于， 所述试验架 包括反力梁和反力架， 所述反力梁通过反力架设置在模型箱顶部的上方， 且反力梁能够在 反力架的顶部滑动， 所述加载机构的底部抵接在试验桩的桩顶上， 所述加载机构的顶部抵 接在反力梁的底面。 4.根据权利要求3所述的一种无负 温冻土桩基模型试验系统， 其特征在于， 还包括压力 计测量系统， 所述压力计测量系统包括数据采集箱， 所述加载机构的顶部和反力梁之 间、 试 验桩的桩底分别布设有压力计， 所述数据采集箱通过导线分别与两个压力计电性连接 。 5.根据权利要求3所述的一种无负 温冻土桩基模型试验系统， 其特征在于， 所述反力架 的顶部开设有活动槽， 所述反力架梁的端部插入活动槽滑动连接， 所述反力架梁通过高强 承压螺栓与反力架连接 。 6.根据权利要求1所述的一种无负 温冻土桩基模型试验系统， 其特征在于， 所述供水机 构包括耐温软管和蠕动泵， 所述耐温软管呈螺旋状铺设在模拟冻土的表面， 沿模型箱长度 方向上的耐温软管部分开设有均匀分布的水孔， 沿模型箱宽带方向上的耐温软管部 分不开 孔， 且与模型箱壁胶合， 耐 温软管的端部延伸至模型箱外侧并与蠕动泵连通。 7.根据权利要求1所述的一种无负 温冻土桩基模型试验系统， 其特征在于， 还包括位移 光纤测量系统， 所述位移光纤测量系统包括光纤位移分析仪以及两个位移光纤， 沿试验桩 的桩身侧壁竖向胶合中第一个位移 光纤， 第二个位移光纤在冻土层的土体内横向方向采用 螺旋上升方式布设， 两个位移光纤光均 与光纤位移分析仪电性连接 。 8.根据权利要求6所述的一种无负 温冻土桩基模型试验系统， 其特征在于， 所述加热机 构包括加热电阻丝， 所述加热电阻丝缠绕在耐温软管 的外侧， 用于对冻土层的土体进行加 热， 所述加热电阻丝连接有位于模型箱外侧的温控器。 9.一种无负 温冻土桩基模型试验方法， 其特征在于： 基于根据权利要求1 ‑8任意一项所 述的无负温冻土桩基模型 试验系统， 所述无负温冻土桩基模型 试验方法包括以下步骤： S1： 在模型箱深度范围内的土体中混入一定量的粉末状吸水树脂， 模拟冻土层；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115290418 A 2S2： 采用供 水机构向冻土层表面供 水， 使模拟冻土内的吸水树脂吸水膨胀； S3： 利用加热机构对冻土层内的土体进行加热， 使模拟冻土内的吸水树脂受热失水收 缩； S4： 通过加载机构与试验架在试验桩的桩顶施加压力， 分别测量出试验过程中桩顶端、 桩底端的受力； S5： 计算桩身轴力， 计算总桩侧摩擦力， 计算某桩段平均侧摩阻力； S6： 通过桩顶压力Ft与对应的桩顶位移， 可绘制得到Q ‑s曲线， 以此判断桩基承载力。 10.根据权利要求9所述的一种无负温冻土桩基模型试验方法， 其特征在于： 在步骤S2 中通过调整土体中吸水树脂的掺量， 以及供水 的盐浓度， 实现对冻土层最大冻胀融沉量的 调控， 模拟实际情况 下因温度或/和土质差异引起的不同冻胀融沉变形量。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115290418 A 3