一种强夯煤矸石地基动应力的方法技术

本发明专利技术公开了一种强夯煤矸石地基动应力的方法，属于土木工程地基处理技术领域。本发明专利技术实测了强夯冲击波在煤矸石地基中所产生的动应力场和它的变化规律。根据模型试验的相似第二定理和量纲分析方法，设计了室内模型试验装置，采用模型与原型相同的材料，几何缩比为10的方案，进行了强夯法加固煤矸石地基的室内模型试验。应用动应力量测系统对夯击能分别为2500KN.m，3000KN.m，3500KN.m，夯击次数分别为1‑7击的不同深度的煤矸石地基中的竖向动应力进行了量测。

【技术实现步骤摘要】
一种强夯煤矸石地基动应力的方法
本专利技术涉及一种强夯煤矸石地基动应力的方法，属于土木工程地基处理

技术介绍
强夯法是用几吨至几十吨的重锤，从几米至几十米的高处落下，反复多次夯击地面，对地基进行强力夯实。这一方法施工工艺简单、工期短、加固费用低、效果显著，已在许多工程中应用并取得良好效果。对于煤炭生产过程中产生的固体废弃物煤矸石，大量堆放会造成环境污染，建立储料场还要占用场地。采用强夯法对结构松散的煤矸石场地进行加固密实处理，然后用作建筑物的地基，现已在全国多个矿区推广应用，取得了一定的经验数据，为煤矸石的利用开辟了新的途径。近年来，一些学者对强夯过程中的动应力分布特点及变化规律进行了研究。Poran等在尺寸为122×122×122cm3的模型箱中进行了强夯法加固波斯顿干砂地基的试验，得到一些基于试验结果的曲线。F.Jafarzadeh等利用45×35×40cm3模型箱，进行了强夯法加固地基模型试验，研究了夯击过程中影响深度和动应力的变化规律。何长明等进行了强夯动应力的量测及现场试验研究。高政国等针对碎石高填方机场强夯加固机制与施工工艺问题，开展工程场地试验和室内模试验研究。通过试验测量强夯作用下场地加速度响应，研究非常规级配碎石填筑体的强夯动力响应特性。以上研究是针对不同性状土进行的，针对强夯中煤矸石地基中动应力的分布规律的研究较少，没有用强夯法加固煤矸石地基动应力的整套理论和计算公式，系统研究很少。煤矸石是一种松散堆积物，在颗粒结构和岩性组成上有特殊性，使其在物理力学性质、压密性等方面与其他土体相比有明显差异。因此，需要对强夯煤矸石地基在不同夯击能、击数次数、不同深度的动应力做进一步的研究，以推进强夯加固煤矸石地基的较广泛的应用。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种测量或者计算强夯煤矸石地基动应力的方法，建立了落距、锤尺寸、夯击能、夯击次数与动应力之间的模型关系，在面对需要强夯的煤矸石地基时，为实际操作提供指导，推进强夯加固煤矸石地基的较广泛的应用。本专利技术提供了一种测量或者计算强夯煤矸石地基动应力的方法，利用模型试验的相似第二准则和量纲分析法，采用模型与原型相同的材料，几何缩比为10的方案，进行了强夯法加固煤矸石地基的室内模型试验。在一种实施方式中，所述方法，应用动应力量测系统对夯击能分别为2500KN·m，3000KN·m，3500KN·m，夯击次数分别为1-7击的不同深度的煤矸石地基中的竖向动应力进行了量测。在一种实施方式中，所述模型试验的试验台如下：试验台高1000mm，它由两个两块直径为Φ410mm，高度为500mm，厚度为10mm半圆弧板和厚度为10mm的底板通过M16螺栓联结组成，在半圆弧板外部焊有加固筋板。在一种实施方式中，所述动应力量测处理系统由压电式土压力盒、YE-5853超动态电荷放大器、DH-5939数据采集仪、计算机四部分组成。在一种实施方式中，为了模拟强夯冲击荷载作用下煤矸石地基的动应力衰减规律和有效加固深度，需要沿纵向不同距离布置一系列土压力盒。在一种实施方式中，对不同的夯击次数，不同的测点，动应力峰值σd与夯击能E的近似关系见表4所示。在一种实施方式中，在夯击能一定条件下，对不同的夯击次数，冲击应力峰值σd和深度H的近似关系如表5所示。本专利技术的优点和效果：强夯法加固地基动应力的理论分析与量测技术一直是该领域的难点，本专利技术通过强夯加固煤矸石地基物理模型试验，系统研究了强夯每一击作用下煤矸石地基中的动应力及不同夯击能和夯击次数作用下不同深度煤矸石地基动应力的分布特征及其衰减规律，所得结论合理。目前国内花费大力气开展物理模型试验积累的数据尚不充分，更多数据集中在仅为现场夯击过程中的夯沉量与加固效果检测结果。因此，本专利技术可为强夯加固地基动应力积累数据，推进强夯加固煤矸石地基的较广泛的应用。附图说明图1为动应力采集系统；图2为竖向土压力盒布置示意图；图3为夯击能2500KN.m第7击(P-T)曲线；图4为夯击能3000KN.m第7击(P-T)曲线；图5为夯击能3500KN.m第7击(P-T)曲线；图6为1#测点的不同夯击能的竖向动应力峰值；图7为2#测点的不同夯击能的竖向动应力峰值；图8为夯击能3500KN.m的竖向动应力峰值随深度衰减规律。具体实施方案本专利技术实测了强夯冲击波在煤矸石地基中所产生的动应力场和它的变化规律。根据模型试验的相似第二定理和量纲分析方法，设计了室内模型试验装置，采用模型与原型相同的材料，几何缩比为10的方案，进行了强夯法加固煤矸石地基的室内模型试验。应用动应力量测系统对夯击能分别为2500KN.m，3000KN.m，3500KN.m，夯击次数分别为1-7击的不同深度的煤矸石地基中的竖向动应力进行了量测。下面是对本专利技术进行具体描述。实施例1：模型的建立(1)模型关系的建立强夯加固煤矸石地基动应力相似模型试验涉及的主要因素有：夯锤重，夯锤落距，单击夯击能，单点夯击次数，夯击作用下煤矸石地基不同深度的动应力。综合考虑上述因素，可以列出以下参数方程：f(L，r，z，ρ，M，g，h，E，N，σd)＝0式中：L—模型试验几何量，单位为m，量纲为[L]；r—夯锤的底面半径，单位为m，量纲为[L]；Z—夯锤的高度，单位为m，量纲为[L]；ρ—夯锤的密度，单位为kg/m3，量纲为[ML-3]；M—夯锤的质量，kg，量纲为[ML-3]；g—重力加速度，单位为m/s2，量纲为[LT-2]；h—夯锤的落距，单位为m，量纲为[L]；E—单击夯击能，单位为KN.m，量纲为[ML2T-2]；N—单点夯击次数，无量纲；σd—强夯作用下煤矸石地基的动应力，单位为MPa，量纲为[ML-1T-2]；Em—煤矸石地基的变形模量，单位为MPa，量纲为[ML-1T-2]；利用因次分析法，求得以下相似准则：π7＝N相似模型试验应遵守的条件为：Cr＝CL，Cz＝CL，Ch＝CL，Cσd＝CEm，Cρ·CL3＝CM，CN＝1模型试验采用与原型相同的材料。由Cr＝CL知，模型中重锤的半径为实际重锤的1/CL；由Cz＝CL知，模型中重锤的高度为实际重锤的1/CL；则模型中重锤的质量为实际重锤的1/CL3；由Ch＝CL知，模型中重锤的落距为实际重锤的1/CL；由Cσd＝CEm知，试验中所测的煤矸石地基的动应力为实际煤矸石地基的动应力。综合考虑模型试验台的规模，煤矸石的颗粒组成特点，量测系统的精度等因素，确定模型试验的几何缩比为CL＝10。对夯锤质量为25t，模型锤质量为0.025t，最后确定的试验参数见表1。表1模型试验参数表(2)模型试验台设计根据相似理论，设计试验台高1000mm，它由两个两块直径为Φ410mm，高度为500mm，厚度为10mm半圆弧板和厚度为10mm的底板通过M16螺栓联结组成，在半圆弧板外部焊有加固筋板。为模拟冲击荷载作用下煤矸石地基的动力特征，需采用落锤加载。用吊车将夯锤提到预定的高度，然后使其做自由落体运动。夯锤为钢筋混凝土锤，外壳为钢管，钢管厚度为10mm，顶面钢板厚10mm，底面钢板厚10mm，顶面与底面钢板和钢管采用焊缝连接。钢管内浇注混凝土，混凝土等级为C30。为使夯锤落下时不发生偏斜，设计成孔半径为12mm的穿心锤，使重锤从导杆上落下。(3)动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量或者计算强夯煤矸石地基动应力的方法，其特征在于，所述方法，利用模型试验的相似第二准则和量纲分析法，采用模型与原型相同的材料，几何缩比为10的方案，进行了强夯法加固煤矸石地基的室内模型试验。

【技术特征摘要】
1.一种测量或者计算强夯煤矸石地基动应力的方法，其特征在于，所述方法，利用模型试验的相似第二准则和量纲分析法，采用模型与原型相同的材料，几何缩比为10的方案，进行了强夯法加固煤矸石地基的室内模型试验。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括应用动应力量测系统对夯击能分别为2500KN·m，3000KN·m，3500KN·m，夯击次数分别为1-7击的不同深度的煤矸石地基中的竖向动应力进行量测。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模型试验的试验台如下：试验台高1000mm，它由两个两块直径为Φ410mm，高度为500mm，厚度为10mm半圆弧...

【专利技术属性】
技术研发人员：张清峰，王东权，刘文化，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32