一种用于Ng模型试验的低扰动成孔方法技术

本发明专利技术公开了一种用于模型试验的低扰动成孔方法，采用以下步骤：1)模型土初步固结，具体步骤为：1.1)在模型箱的下部设有排水板；组装模拟组件，并在模拟组件的外表面上涂上硅脂或凡士林，每个模拟组件包括从下至上依次连接的一个模型桩、一个成孔管和一个管帽；然后将模拟组件下部的模型桩下端垂直插入排水板的穿桩孔中；1.2)将泥浆倒入模型箱内；1.3)采用加载板进行分级加载形成初步固结的模型土；2)Ng条件下成孔，将模型箱放在离心机的吊篮中，开启离心机，提升加速度至设定值，直至模型土的强度指标达到设定阈值，依次拔出管帽和成孔管，形成空桩孔。本发明专利技术成孔质量好，对模型土的扰动小。

【技术实现步骤摘要】
一种用于Ng模型试验的低扰动成孔方法
本专利技术涉及岩土工程模型试验，具体地，涉及一种用于模型试验的低扰动成孔方法，用于研究桩基施工过程中空桩孔对环境的影响。
技术介绍
在我国沿海地区及内陆的沿湖、沿江地区有广泛的软土分布，在这些地区，土质软弱、地下水位高，地层的变形容易受到工程活动的扰动与影响。随着工程施工活动对周边环境影响的控制要求越来越严格，大量桩成孔引发的周边地层变形量已经不容忽视，并且在某些控制较差的情况下甚至成为影响周边环境的主要因素。一般情况下，群桩基础的标高位于基坑底部附近，因此，桩顶至地表会留下大量空桩孔。空桩孔在实践中经常存在由于各种原因回填不及时的现象，特别是软土地区桩数多，桩径小，桩孔出现塌孔时，回填较为困难，从而造成回填不及时；另外，也有部分工程采用防护盖板、围挡等作为防止机械和人员掉落的措施，从而未对桩孔进行回填。桩孔的回填不及时或者不回填均会在地层中形成大量空桩孔同时存在，称为群孔现象。地层中大量空桩孔同时存在情况下，各孔引起的孔周土体应力释放、土体变形等现象相互作用、叠加放大，以及随时间逐渐增强，进而引发周边土体严重变形，称为群孔效应。群孔效应对周边环境造成较大影响，因此有必要进行研究。目前针对群孔效应对环境的影响研究多采用室内模型试验的研究方法，而离心机试验中可以建立较为单一的土层模型，影响因素较少，并且可以达到实际工程中的应力水平，因此在岩土工程问题中的研究得到广泛认同。但是，由于离心机模型试验尺寸相对较小，成孔的方法成为干扰试验准确的重要环节。目前在离心机试验中，土固结后在Ng条件下钻孔、打孔等成孔非常困难且成孔质量难以保证，且成孔时对土体扰动较大，难以模拟实际工程中的空桩孔。因此，本专利技术提供一种用于Ng模型试验的低扰动成孔方法，以解决目前模型试验中成孔困难，对土体扰动较大等问题。
技术实现思路
本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种用于模型试验的低扰动成孔方法，该方法成孔质量好，对模型土的扰动小，模拟土初始地应力精度高，可精确模拟桩基施工过程中空桩孔对环境的影响。本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种用于模型试验的低扰动成孔方法，采用以下步骤：1)模型土初步固结，具体步骤为：1.1)在模型箱的内侧壁上涂抹硅油或凡士林，在模型箱的下部设有间隔布置的至少两层排水板，所述排水板水平设置，在所述排水板上设有多个穿桩孔；组装多个模拟组件，并在每个模拟组件的外表面上涂上硅脂或凡士林，每个模拟组件包括从下至上依次连接的一个模型桩、一个成孔管和一个管帽；然后将模拟组件下部的模型桩下端垂直插入排水板的穿桩孔中，二者采用摩擦连接；1.2)将搅拌均匀的泥浆缓慢倒入模型箱内，直至淹没模拟组件的管帽并达到设定高度；1.3)将加载板放入模型箱内，压在泥浆顶部，利用加载板对泥浆进行分级加载，直至泥浆初步固结成模型土；2)Ng条件下成孔，具体步骤为：2.1)土体初步固结完成后，取出加载板，将模型土顶部按孔顶标高刮平；2.2)将模型箱放在离心机的吊篮中，开启离心机，提升加速度至设定值，直至模型土的强度指标达到设定阈值，采用离心机上的液压拔桩成孔装置，依次将管帽和成孔管竖直向上拔出，形成空桩孔。在上述方案的基础上，本专利技术还做了如下改进：所述管帽的下端设有缩颈下接头，所述管帽的缩颈下接头插装在所述成孔管的顶部，所述模型桩的上端设有缩颈上接头，所述模型桩的缩颈上接头插装在所述成孔管的底部。所述加载板是由铝板制成的，设有多个均布的排水孔。本专利技术具有的优点和积极效果是：采用两步法成孔，在土体初步固结完成后，再在Ng条件下完成成孔，成孔质量好，孔壁光滑，不会把土体带出。并且本专利技术操作简便，对土体固结过程扰动少，模拟土初始地应力精度高，可精确模拟桩基施工过程中空桩孔对环境的影响，能够提高试验精度与试验效率，便于很好地研究基坑工程中群孔效应对环境的影响。附图说明图1是本专利技术步骤1.3)加载前的示意图；图2是本专利技术步骤1.3)加载时的示意图；图3是本专利技术步骤2.2)取出管帽的示意图；图4是本专利技术步骤2.2)取出成孔管的示意图；图5是本专利技术步骤2.2)成孔后的示意图。图中：1—加载板；2—模型箱；3.1—泥浆；3.2—模型土；4—穿桩孔；5—模型桩；6—排水板；7—管帽；8—成孔管；9—空桩孔。具体实施方式为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：请参阅图1～图5，一种用于模型试验的低扰动成孔方法，采用以下步骤：1)模型土初步固结，具体步骤为：1.1)在模型箱2的内侧壁上涂抹硅油或凡士林，以减小土体固结过程中侧壁对土体的摩擦力。在模型箱2的下部设有间隔布置的至少两层排水板6，所述排水板6水平设置，高度可根据模型土的厚度进行调整。在所述排水板6上设有多个穿桩孔4；组装多个模拟组件，并在每个模拟组件的外表面上涂上硅脂或凡士林，每个模拟组件包括从下至上依次连接的一个模型桩5、一个成孔管8和一个管帽7；然后将模拟组件下部的模型桩下端垂直插入排水板6的穿桩孔4中，二者采用摩擦连接。由于模型桩下端和穿桩孔之间存在摩擦力，模型桩5不会滑落，进而对模拟组件进行固定。1.2)将搅拌均匀的泥浆3.1缓慢倒入模型箱2内，直至淹没模拟组件的管帽7并达到设定高度。1.3)将加载板1放入模型箱2内，压在泥浆3.1顶部，利用加载板1对泥浆3.1进行分级加载，直至泥浆3.1初步固结成模型土3.2。在初步固结过程中，由模型桩5、成孔管8和管帽7构成的模拟组件在加载板1的作用下，随泥浆一同竖直向下移动。由于模拟组件与土体之间摩擦力极小，可以相对运动，不会阻碍土体的固结，对土体固结过程没有影响，因此对土体固结后的强度影响较小。2)Ng条件下成孔，具体步骤为：2.1)在土体初步固结完成后，取出加载板1，将模型土3.2顶部按孔顶标高刮平。2.2)将模型箱2放在离心机的吊篮中，开启离心机，提升加速度至设定值，直至模型土3.2的强度指标达到设定阈值，采用离心机上的液压拔桩成孔装置，依次将管帽7和成孔管8竖直向上拔出，形成空桩孔9。在拔出过程中应控制拔出速率以及垂直度，避免因拔出速率过大或拔出角度倾斜对土体造成扰动或将坑内土体带出。在排水板6上设有大量的细小排水孔，在模型土的加载固结过程，可使水分排出，此外，排水板6上的穿桩孔4用于固定模型桩5并保证其垂直度，模型桩5的尺寸、数量和位置根据模型试验要求确定。加载板1通常为具有大量细小排水孔的厚铝板，置于泥浆3.1的顶部，通过在厚铝板上部施加荷载对泥浆3.1进行固结。管帽7用于防止试验过程中泥浆或其他杂物落入成孔管8。在本实施例中，所述管帽7的下端设有缩颈下接头，所述管帽7的缩颈下接头插装在所述成孔管8的顶部，所述模型桩5的上端设有缩颈上接头，所述模型桩5的缩颈上接头插装在所述成孔管8的底部。上述结构在保证模型桩5、成孔管8和管帽7组件外观整体性的同时，在土的固结过程中，可使施加在加载板1上的外力依次下传，进而使组件一同向下运动；在成孔管8和管帽7的拔出过程中，互不影响，进而不会带动模型桩5上移。在本实施例中，所述加载板1是由铝板制成的，设有多个均布的排水孔。尽管上面结合附图对本专利技术的优选实施例进行了描述，但是本专利技术并不局限于上述的具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于模型试验的低扰动成孔方法，其特征在于，采用以下步骤：1)模型土初步固结，具体步骤为：1.1)在模型箱的内侧壁上涂抹硅油或凡士林，在模型箱的下部设有间隔布置的至少两层排水板，排水板水平设置，在排水板上设有多个穿桩孔；组装多个模拟组件，并在每个模拟组件的外表面上涂上硅脂或凡士林，每个模拟组件包括从下至上依次连接的一个模型桩、一个成孔管和一个管帽；然后将模拟组件下部的模型桩下端垂直插入排水板的穿桩孔中，二者采用摩擦连接；1.2)将搅拌均匀的泥浆缓慢倒入模型箱内，直至淹没模拟组件的管帽并达到设定高度；1.3)将加载板放入模型箱内，压在泥浆顶部，利用加载板对泥浆进行分级加载，直至泥浆初步固结成模型土；2)Ng条件下成孔，具体步骤为：2.1)在土体初步固结完成后，取出加载板，将模型土顶部按孔顶标高刮平；2.2)将模型箱放在离心机的吊篮中，开启离心机，提升加速度至设定值，直至模型土的强度指标达到设定阈值，采用离心机上的液压拔桩成孔装置，依次将管帽和成孔管竖直向上拔出，形成空桩孔。

【技术特征摘要】
1.一种用于模型试验的低扰动成孔方法，其特征在于，采用以下步骤：1)模型土初步固结，具体步骤为：1.1)在模型箱的内侧壁上涂抹硅油或凡士林，在模型箱的下部设有间隔布置的至少两层排水板，排水板水平设置，在排水板上设有多个穿桩孔；组装多个模拟组件，并在每个模拟组件的外表面上涂上硅脂或凡士林，每个模拟组件包括从下至上依次连接的一个模型桩、一个成孔管和一个管帽；然后将模拟组件下部的模型桩下端垂直插入排水板的穿桩孔中，二者采用摩擦连接；1.2)将搅拌均匀的泥浆缓慢倒入模型箱内，直至淹没模拟组件的管帽并达到设定高度；1.3)将加载板放入模型箱内，压在泥浆顶部，利用加载板对泥浆进行分级加载，直至泥浆初步固结成模型土；...

【专利技术属性】
技术研发人员：程雪松，王若展，郑刚，张涛，孙宏宾，王凡俊，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12