專利名稱：測定復(fù)合地基側(cè)向變形與分層沉降的模型試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種測定復(fù)合地基側(cè)向變形與分層沉降的模型試驗裝置。
背景技術(shù)：
近年來我國高速鐵路與公路建設(shè)迅猛發(fā)展，這種大規(guī)模的新線建設(shè)將不可避免的遇到軟弱地基，而高速鐵路與公路對路基工后沉降提出十分嚴(yán)格的控制要求，為控制軟土地基穩(wěn)定性、工后沉降以及工后不均勻沉降，各種地基處理方法應(yīng)運(yùn)而生。復(fù)合地基作為一種經(jīng)濟(jì)有效的地基處理方法已得到廣泛應(yīng)用，但其加固機(jī)理、沉降計算方法等理論研究滯后于工程實踐?，F(xiàn)場試驗雖然能提供更直接可靠的數(shù)據(jù)，可以直接指導(dǎo)工程實踐，但試驗周期長，費用高，影響因素多，通過現(xiàn)場試驗一一進(jìn)行研究是不可行的。而室內(nèi)模型試驗的可操作性強(qiáng)，對于影響因素多、作用機(jī)理復(fù)雜的研究對象，易于通過調(diào)整試驗參數(shù)和改變試驗條件而針對性研究其中一項或幾項因素，從而揭示工程問題的本質(zhì)，已成為研究復(fù)合地基性狀、探討其機(jī)理的重要手段。模型試驗裝置能否反映實際受力邊界條件是室內(nèi)模型試驗成功與否的關(guān)鍵。軟土路基設(shè)計中，沉降控制是最重要的問題之一，而軟土路基在路提荷載作用下側(cè)向變形顯著， 是影響路基最終沉降量大小的重要因素，同時側(cè)向位移速率也是路基填筑的控制因素。周鏡院士(1999年)全面析了土體的側(cè)向變形，認(rèn)為在沉降的3個階段(瞬時沉降、固結(jié)沉降及次固結(jié)沉降)中都應(yīng)考慮側(cè)向變形的影響。而現(xiàn)有的模型試驗研究中大多都采用了剛性邊界，限制了側(cè)向變形的發(fā)展，與現(xiàn)場邊界條件有較大差異，試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性必然受到很大影響，難以反映實際的受力變形特性。土體分層沉降是研究復(fù)合地基沉降特性和加固機(jī)理的重要指標(biāo)，現(xiàn)有的模型試驗主要采用在試驗土體中直接埋設(shè)沉降標(biāo)來測試土體內(nèi)部沉降，但試驗土體為軟黏土?xí)r，由于其黏性大，直接埋設(shè)的沉降標(biāo)容易在試驗過程中被土體遮掩，丟失標(biāo)記，導(dǎo)致不能連續(xù)跟蹤測量變形結(jié)果，得不到預(yù)期結(jié)果，造成人力物力的浪費。 因此，如何根據(jù)實際土層情況和受力邊界條件，設(shè)計與之相匹配的模型試驗裝置以合理、簡便、有效模擬復(fù)合地基的受力變形特性，已成為工程實際中指導(dǎo)復(fù)合地基施工與設(shè)計優(yōu)化時迫切需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種結(jié)構(gòu)簡單、可以充分考慮土體側(cè)向變形的影響，更符合現(xiàn)場的邊界條件，能夠更準(zhǔn)確地研究復(fù)合地基加固機(jī)理的測定復(fù)合地基側(cè)向變形與分層沉降的模型試驗裝置。一種測定復(fù)合地基側(cè)向變形與分層沉降的模型試驗裝置，包括反力槽、加載板、豎向反力架、橫向反力架、豎向千斤頂和模型槽，所述模型槽的左右兩側(cè)、后側(cè)和底部密封，所述模型槽的前側(cè)采用高強(qiáng)有機(jī)玻璃板密封，所述模型槽內(nèi)右側(cè)安裝有側(cè)向受力測量機(jī)構(gòu)， 所述模型槽內(nèi)側(cè)向受力測量機(jī)構(gòu)的左側(cè)設(shè)有試驗土體。
本發(fā)明中，所述側(cè)向受力測量機(jī)構(gòu)包括框架、滑軌、抽屜、彈簧和位移計，所述框架的右側(cè)緊貼所述模型槽的右側(cè)內(nèi)壁，所述框架內(nèi)安裝有多對滑軌，每對所述滑軌上安裝有抽屜，所述抽屜的一側(cè)與所述試驗土體接觸，另一側(cè)通過彈簧頂壓在所述模型槽的右側(cè)內(nèi)壁上，所述抽屜與所述試驗土體之間設(shè)有硅膠墊，所述抽屜上設(shè)有位移計。本發(fā)明中，所述高強(qiáng)有機(jī)玻璃板上繪制有水平及垂直刻度網(wǎng)格。本發(fā)明中，所述試驗土體在垂直方向設(shè)有多個分層沉降標(biāo)，所述分層沉降標(biāo)為質(zhì)量輕體積小的物體，所述分層沉降標(biāo)的前側(cè)與所述高強(qiáng)有機(jī)玻璃板接觸，后側(cè)安設(shè)在所述試驗土體中，在同一垂直方向上的多個所述分層沉降標(biāo)用細(xì)繩連接，在同一垂直方向的所述相鄰分層沉降標(biāo)間距確定。本發(fā)明中，所述相鄰的抽屜之間預(yù)留有空隙。本發(fā)明中，所述硅膠墊比與之接觸的所述抽屜的接觸面大10% 15%。采用上述方案，本發(fā)明在土體側(cè)面設(shè)置有抽屜，并且在抽屜上設(shè)有彈簧，因此可以充分考慮土體側(cè)向變形的影響，更符合現(xiàn)場的邊界條件，能夠更準(zhǔn)確地研究復(fù)合地基加固機(jī)理，另外可通過調(diào)整抽屜尺寸大小模擬土體分層厚度，通過改變彈簧彈性系數(shù)模擬不同土體的側(cè)向變形，再次，可通過分層沉降標(biāo)準(zhǔn)確的采集土體分層沉降值。綜上所述，本發(fā)明主要適用于軟土地基等側(cè)向變形顯著的復(fù)合地基室內(nèi)模型試驗，可以模擬單層或雙層以及多層地基，結(jié)構(gòu)簡單合理，觀測方便可行；可實現(xiàn)復(fù)雜條件下復(fù)合地基側(cè)向變形與分層沉降的室內(nèi)模擬，可為實際工程復(fù)合地基設(shè)計優(yōu)化與加固機(jī)理分析提供依據(jù)。


圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1所示實施例模型槽I-I剖面圖；圖3是實施例長板短樁復(fù)合地基模型試驗土體側(cè)向變形分布規(guī)律曲線；圖4是實施例長板短樁復(fù)合地基模型試驗土體深層沉降分布規(guī)律曲線；附圖1至4中，1為模型槽，2為反力槽，3為豎向反力架，4為橫向反力梁，5為豎向千斤頂，6為加載板，7為框架，8為抽屜，9為滑軌，10為彈簧，11為硅膠，12為位移計，13為分層沉降標(biāo)。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實施方式
。一種能夠測定土體側(cè)向變形和分層沉降的模型試驗裝置，該試驗裝置包括模型槽 1，反力槽2，豎向反力架3，橫向反力梁4，豎向千斤頂5，加載板6，框架7，抽屜8，滑軌9，彈簧10，硅膠墊11，位移計12和分層沉降標(biāo)13。所述模型槽1用于裝填試驗土體，所述的豎向反力架3固定在反力槽2中，所述的橫向反力梁4通過高強(qiáng)螺栓連接在豎向反力架3之間，所述的豎向千斤頂5置于橫向反力梁4和加載板6之間，所述加載板6置于試驗土體上， 所述的模型槽1為矩形箱體，模型槽1的底部和左右兩側(cè)及后側(cè)內(nèi)壁為鋼板，前側(cè)內(nèi)壁設(shè)置有高強(qiáng)有機(jī)玻璃板，所述的框架7固定在模型槽1內(nèi)部右側(cè)，所述的抽屜8通過滑軌9安裝在框架7內(nèi)，抽屜8與箱體右側(cè)內(nèi)壁之間設(shè)置彈簧10，所述的硅膠墊11置于抽屜8正面，所述的位移計12安裝在抽屜的左側(cè)，所述的分層沉降標(biāo)13布置在高強(qiáng)有機(jī)玻璃板內(nèi)側(cè)。本試驗裝置的制備過程第一步，根據(jù)模型試驗相似比例設(shè)計并制作模型槽1。1)采用槽鋼焊制支撐和固定模型槽1內(nèi)部其它構(gòu)件的槽鋼框架。2)將模型槽1左右兩側(cè)、后側(cè)和底部內(nèi)壁的鋼板分別焊接于槽鋼框架內(nèi)。3)在模型槽1前側(cè)內(nèi)壁安裝高強(qiáng)有機(jī)玻璃板，用結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)于槽鋼框架，且用結(jié)構(gòu)膠密封其與模型槽其它內(nèi)壁之間的縫隙。第二步，制作并安裝可測定土體側(cè)向變形的模型槽右側(cè)邊界。1)根據(jù)設(shè)計尺寸制備框架7，將框架7固定于模型槽1內(nèi)部右側(cè)。2)制備抽屜8，設(shè)置將抽屜8通過滑軌9安裝在框架7內(nèi)，各抽屜8之間預(yù)留一定的空隙，防止抽屜8活動中相互影響。3)設(shè)計并定制彈簧10，通過試驗土體的側(cè)向抗力系數(shù)及考慮抽屜8及彈簧10自身穩(wěn)定性來確定彈簧10的數(shù)量及彈性系數(shù)。4)安裝彈簧10，將彈簧10設(shè)置在抽屜8背面和模型槽1右側(cè)內(nèi)壁之間，在抽屜8 背面設(shè)置固定彈簧10的卡槽。5)在每個抽屜背面各安裝一個位移計12，用于試驗使采集抽屜的位移數(shù)據(jù)。6)將硅膠墊11懸置于抽屜8正面，要求硅膠墊11上下左右都比抽屜8正面大 10% 15%，以保證試驗土體不會滲入抽屜8縫隙。第三步，制作并安裝分層沉降標(biāo)13。1)在前側(cè)內(nèi)壁高強(qiáng)有機(jī)玻璃板繪制水平及垂直刻度網(wǎng)格。2)制作沉降標(biāo)。單個沉降標(biāo)采用方形的輕質(zhì)塑料制品，由于其質(zhì)量輕體積小，置于土體中對模型土的變形影響很小，且方形上下面易于土體接觸，隨土體共同沉降。3)將沉降標(biāo)穿孔，并用細(xì)繩穿在一起，根據(jù)試驗方案確定沉降標(biāo)之間的間距后，通過細(xì)繩打結(jié)將沉降標(biāo)固定在細(xì)繩上，制成分層沉降標(biāo)13。4)將制成的分層沉降標(biāo)13，按設(shè)計位置布置在模型槽1前側(cè)高強(qiáng)有機(jī)玻璃板上， 將其一端固定在模型槽1底部，另一端固定在模型槽1外。將沉降標(biāo)與有機(jī)玻璃板相接的一面中心處穿一小孔，作為沉降觀測點，并在此面涂抹甘油，減小其與玻璃板的摩擦。第四步，安放模型槽1，組裝加載系統(tǒng)。1)將制作好的模型槽1安放在反力槽2之間。2)將左右豎向反力架3分別置于左右反力槽2中，并用螺栓固定。3)將橫向反力梁4通過高強(qiáng)螺栓安裝在左右反力架3之間，豎向反力架3上設(shè)有一排豎向螺栓孔，可以調(diào)節(jié)橫向反力梁4的高度。本試驗裝置的工作過程第一步，模型槽1中裝填試驗土體，土體中埋置模型樁、模型排水板和相關(guān)測試元件(壓力盒、孔壓計等)。第二步，在試驗土體頂部安放加載板6，調(diào)整橫向反力梁4高度，安裝豎向千斤頂 5，應(yīng)保證豎向千斤頂5置于加載板5中央，防止偏載。第三步，將位移計12及相關(guān)測試元件通過導(dǎo)線連接于數(shù)據(jù)采集儀上，將數(shù)據(jù)采集儀通過數(shù)據(jù)線與計算機(jī)連接。
第四步，試驗開始前，運(yùn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將試驗數(shù)據(jù)清零，解除分層沉降標(biāo)13的上部約束，并手動記錄各沉降標(biāo)的初始位置。第五步，準(zhǔn)備加載，開始試驗。第六步，收集試驗數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)按一定頻率采集試驗數(shù)據(jù)，試驗數(shù)據(jù)以電子表格方式存儲與調(diào)用，同時，按一定頻率手動記錄各沉降標(biāo)的試驗位置。第七步，處理試驗數(shù)據(jù)，繪制相關(guān)曲線，分析復(fù)合地基側(cè)向變形及沉降特性。如圖2所示，實施例為模擬長板-短樁復(fù)合地基，模型幾何相似比例取1 16，模型槽長1750mm，寬1200mm，高2000mm ；單個抽屜長600mm，寬1180mm，高195mm，共10個抽屜；試驗土體取與現(xiàn)場相近的軟土，經(jīng)計算單個抽屜后彈簧總剛度為94. 8KN，彈簧數(shù)量取 12個，彈簧長度取200mm。圖3 圖4所示為實施例的一組測試數(shù)據(jù)，測試規(guī)律良好。以上對本發(fā)明所提供的一種測定復(fù)合地基側(cè)向變形與分層沉降的模型試驗裝置進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員均能順利實施。
權(quán)利要求
1.一種測定復(fù)合地基側(cè)向變形與分層沉降的模型試驗裝置，包括反力槽、加載板、豎向反力架、橫向反力架、豎向千斤頂和模型槽，其特征在于所述模型槽的左右兩側(cè)、后側(cè)和底部密封，所述模型槽的前側(cè)采用高強(qiáng)有機(jī)玻璃板密封，所述模型槽內(nèi)右側(cè)安裝有側(cè)向受力測量機(jī)構(gòu)，所述模型槽內(nèi)側(cè)向受力測量機(jī)構(gòu)的左側(cè)設(shè)有試驗土體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測定復(fù)合地基側(cè)向變形與分層沉降的模型試驗裝置，其特征在于所述側(cè)向受力測量機(jī)構(gòu)包括框架、滑軌、抽屜、彈簧和位移計，所述框架的右側(cè)緊貼所述模型槽的右側(cè)內(nèi)壁，所述框架內(nèi)安裝有多對滑軌，每對所述滑軌上安裝有抽屜，所述抽屜的一側(cè)與所述試驗土體接觸，另一側(cè)通過彈簧頂壓在所述模型槽的右側(cè)內(nèi)壁上，所述抽屜與所述試驗土體之間設(shè)有硅膠墊，所述抽屜上設(shè)有位移計。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測定復(fù)合地基側(cè)向變形與分層沉降的模型試驗裝置，其特征在于所述高強(qiáng)有機(jī)玻璃板上繪制有水平及垂直刻度網(wǎng)格。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種測定復(fù)合地基側(cè)向變形與分層沉降的模型試驗裝置，其特征在于所述試驗土體在垂直方向設(shè)有多個分層沉降標(biāo)，所述分層沉降標(biāo)為質(zhì)量輕體積小的物體，所述分層沉降標(biāo)的前側(cè)與所述高強(qiáng)有機(jī)玻璃板接觸，后側(cè)安設(shè)在所述試驗土體中，在同一垂直方向上的多個所述分層沉降標(biāo)用細(xì)繩連接，在同一垂直方向的所述相鄰分層沉降標(biāo)間距確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種測定復(fù)合地基側(cè)向變形與分層沉降的模型試驗裝置，其特征在于所述相鄰的抽屜之間預(yù)留有空隙。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種測定復(fù)合地基側(cè)向變形與分層沉降的模型試驗裝置，其特征在于所述硅膠墊比與之接觸的所述抽屜的接觸面大10% 15%。
全文摘要
一種測定復(fù)合地基側(cè)向變形與分層沉降的模型試驗裝置，包括反力槽、加載板、豎向反力架、橫向反力架、豎向千斤頂和模型槽，其特征在于所述模型槽的左右兩側(cè)、后側(cè)和底部密封，所述模型槽的前側(cè)采用高強(qiáng)有機(jī)玻璃板密封，所述模型槽的右側(cè)安裝有側(cè)向受力測量機(jī)構(gòu)，所述模型槽內(nèi)設(shè)有試驗土體，本發(fā)明主要適用于軟土地基等側(cè)向變形顯著的復(fù)合地基室內(nèi)模型試驗，可以模擬單層或雙層以及多層地基，結(jié)構(gòu)簡單合理，觀測方便可行；可實現(xiàn)復(fù)雜條件下復(fù)合地基側(cè)向變形與分層沉降的室內(nèi)模擬，可為實際工程復(fù)合地基設(shè)計優(yōu)化與加固機(jī)理分析提供依據(jù)。
文檔編號E02D33/00GK102493499SQ20111036298
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者劉常虹, 劉維正, 左申, 徐林榮, 王宏貴 申請人:中南大學(xué)