(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210478191.7 (22)申请日 2022.05.05 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114577644 A (43)申请公布日 2022.06.03 (73)专利权人 交通运输部天津水运工程科 学研 究所 地址 300450 天津市滨 海新区塘沽区新港 二号路37号 (72)发明人 安晓宇　纪文栋　张宇亭　刘晓强　 裴文斌　赵跃　 (74)专利代理 机构 北京沁优知识产权代理有限 公司 11684 专利代理师 郭娜 (51)Int.Cl. G01N 3/34(2006.01)G01N 3/02(2006.01) (56)对比文件 CN 1094901 11 A,2019.0 3.19 CN 202214727 U,2012.0 5.09 CN 204356820 U,2015.0 5.27 CN 211697317 U,2020.10.16 CN 112082856 A,2020.12.15 CN 210401 101 U,2020.04.24 CN 21594818 8 U,2022.03.04 CN 111206627 A,2020.0 5.29 CN 113846710 A,2021.12.28 US 4934185 A,19 90.06.19 张宇亭.隧道下穿码头 群桩基础的离心模型 试验研究. 《岩土 工程技术》 .2021, 审查员 王鑫 (54)发明名称 一种保证模型桩贯入垂直度和角度的辅助 装置及贯入方法 (57)摘要 本发明涉及一种保证模型桩贯入垂直度和 角度的辅助装置及贯入 方法， 属于建筑桩基工程 技术领域， 通过平面轨道和垂向轨道的调节， 可 以在模型箱中的不同位置和不同高度土面上将 模型桩贯入； 通过使用锤击模块和静压模块模拟 实际打桩 过程； 锤击模块是通过重锤的往复自由 落体运动实现模 型桩的打入， 这种贯入方法也跟 实际的油锤打桩机保持一致， 另外还 可以通过改 变重锤的重量来实现不同锤击能量的模拟； 静压 模块是类似于一种循环往复的运动模式， 与实际 桩基的静压过程也更为相似； 通过夹桩盖上的两 条瞄准线也可以实现模型桩与加载设备的对准， 这就为研究打桩施工过程及其桩基的承载力问 题研究提供可靠保障， 保证了 试验数据的准确可 靠。 权利要求书3页 说明书8页 附图7页 CN 114577644 B 2022.07.12 CN 114577644 B 1.一种保证模型桩贯入垂直度和角度的辅助装置， 其特 征在于， 包括有： 模型箱 （1） ， 模型箱 （1） 上端开口， 模型箱内填充 有砂土层； 所述模型箱 （1） 上设置有至少两组的X轴向驱动 轨道系统 （2） ， 每两组所述X轴向驱动轨 道系统 （2） 相对设置在模型箱 （1） 的开口处， 用于驱动辅助装置沿模型箱 （1） 的X轴方向运 动； 每两组所述X轴向驱动轨道系统 （2） 之间设置有至少一组Y轴向驱动 轨道系统 （3） ， 用于 驱动辅助装置沿模型箱 （1） 的Y轴方向运动； 所述Y轴向驱动轨道系统 （3） 上设置有至少一组Z轴向驱动轨道系统 （4） ， 用于驱动 辅助 装置沿模型箱 （1） 的Z轴方向运动； 所述Z轴向驱动 轨道系统 （4） 上设置有夹桩机构 （5） ， 用于将模型桩 （6） 夹载在夹桩机构 （5） 上， 模拟现实施工转态下的桩贯入至砂土层中的沉桩过程, 所述夹桩机构 （5） 上设有可拆装的锤击辅助模拟模块 （7） 和/或静压辅助模拟模块 （8） ， 用于在模拟沉桩过程中增 加锤击和/或静压的模拟 情况； 所述Y轴向驱动轨道系统 （3） 与Z轴向驱动轨道系统 （4） 连接处设置有角度调节机构 （10） ； 所述角度调节机构 （10） 包括： 角度调节安装底座 （1001） ， 角 度调节安装底座 （1001） 固定安装在Y轴向驱动轨道系统 （3） 上； 角度调节长孔 （10 02） ， 角度调节长孔 （10 02） 位于静压 辅助模拟模块 （8） 上； 连杆 （1003） ， 连杆 （1003） 的一端铰接在角度调节安装底座 （1001） 上， 另一端滑动连接 在角度调节长孔 （10 02） 内； 角度调节安装底座 （1001） 的一端与角度调节长孔 （1002） 铰接， 使角度调节安装底座 （1001） 、 角度调节长孔 （1002） 和连杆 （1003） 构成实现调节角度和稳定支撑装置的三角形形 状。 2.如权利要求1所述的一种保证模型桩贯入垂直度和角度的辅助装置， 其特征在于， X 轴向驱动轨道系统 （2） 、 Y轴向驱动轨道系统 （3） 和 Z轴向驱动轨道系统 （4） 结构相同， X轴向 驱动轨道系统 （2） 由X轴轨道 （201） 和安装在X轴轨道 （201） 上的X轴滑块 （202） 构成， Y轴向驱 动轨道系统 （3） 由Y轴轨道 （301） 和安装在Y轴轨道 （301） 上的Y轴滑块 （302） 构成,Z轴向驱动 轨道系统 （4） 由Z轴轨道 （401） 和安装在Z轴轨道 （401） 上的Z轴滑块 （402） 构成。 3.如权利要求2所述的一种保证模型桩贯入垂直度和角度的辅助装置， 其特征在于， 所 述夹桩机构 （5） 包括固定安装在Z轴向驱动轨道系统 （4） 的Z轴滑块 （402） 上的夹桩底座 （501） 和夹桩盖 （5 02） 构成； 所述夹桩底座 （501） 和夹桩盖 （502） 通过手拧螺栓， 将模型桩 （6） 夹紧在夹桩底座 （501） 和夹桩盖 （5 02） 之间。 4.如权利要求3所述的一种保证模型桩贯入垂直度和角度的辅助装置， 其特征在于， 所 述夹桩盖 （502） 中部开有长条形的窗口， 在窗口的内部前后均设置有瞄准线 （9） ， 当模型桩 （6） 上的应变计中线与两条瞄准线 （9） 形成三条线处于同一平面内时， 模型桩 （6） 则为垂直 且未发生偏转的状态， 此时模型桩上的应 变计已经正对加载设备。 5.如权利要求3所述的一种保证模型桩贯入垂直度和角度的辅助装置， 其特征在于， 所权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114577644 B 2述锤击辅助模拟模块 （7） 包括： 锤击安装底座 （701） ， 锤击安装底座 （701） 安装在夹桩底座 （5 01） 上； 轨道柜 （702） ， 轨道柜 （702） 安装在锤击安装底座 （701） ， 且轨道柜 （702） 与锤击安装底 座 （701） 相互垂直； 凹槽 （703） ， 每个凹槽 （703） 开设置在轨道柜 （702） 内壁 的表面上， 且每组凹槽 （703） 相 对设置； 驱动件 （704） ， 驱动件 （704） 安装在轨道柜 （702） 上端， 且驱动件 （704） 的输出端可穿过 轨道柜 （702） 上端的板体； 重锤 （705） ， 重锤 （70 5） 与驱动件 （704） 的输出端相连接； 导向凸起 （706） ， 导向凸起 （706） 位于重锤 （705） 两侧， 且导向凸起 （706） 嵌入于凹槽 （703） 内。 6.如权利要求5所述的一种保证模型桩贯入垂直度和角度的辅助装置， 其特征在于， 当 驱动件为旋转输出驱动件时， 驱动件 （704） 输出端与重锤 （705） 之间还设置有导向机构 （707） 。 7.如权利要求6所述的一种保证模型桩贯入垂直度和角度的辅助装置， 其特征在于， 所 述导向机构 （707） 包括： 螺旋导向柱 （7071） ， 所述螺旋导向柱 （7071） 位于驱动件 （704） 输出端与重锤 （705） 之 间； 导向凹槽 （7072） ， 所述 导向凹槽 （7072） 开在螺 旋导向柱 （7071） 的外表面上； 安装孔 （7073） ， 所述 安装孔 （7073） 开在重锤 （70 5） 的表面上； 导向块 （7074） ， 所述导向块 （7074） 活动安装在安装孔 （7073） 内壁表面上， 且导向块 （7074） 嵌入导向凹槽 （7072） 内， 使导向块 （7074） 可沿导向凹槽 （7072） 的轨 迹运动。 8.如权利要求3所述的一种保证模型桩贯入垂直度和角度的辅助装置， 其特征在于， 所 述静压辅助模拟模块 （8） 包括： U型槽 （807） ， U型槽 （807） 为具有连续齿条 （8071） 的槽体； 静压安装底座 （801） ， 所述静压安装底座 （801） 安装在夹桩底座 （5 01） 上； 安装板 （802） ， 至少一组所述 安装板 （802） 相互平行安装静压安装底座 （801） 上； 双输出旋转驱动件 （803） ， 双输出旋转驱动件 （803） 安装在一组安装板 （802） 之间， 且双 输出旋转驱动件 （80 3） 的输出端均穿过相对应的安装板 （802） ； 偏心轮 （804） ， 每个偏心轮 （804） 的中心安装在相对应 的双输出旋转驱动件 （803） 的输 出端上； 偏心导向柱 （80 5） ， 每个偏心导向柱 （80 5） 安装在相对应的安装板 （802） 上； 偏心杆 （806） ， 每个偏心杆 （806） 的一端铰接安装在相对应的偏心轮 （804） 上， 其另一端 上的偏心导向凸起 （80 61） 位于U型槽 （807） 的连续齿条 （8071） 内； 偏心杆长孔 （808） ， 偏心杆长孔 （808） 开设在偏心杆 （80 6） 上； 偏