一种利用反向自平衡法测试岩溶桩基承载力的模型试验装置及其制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种利用反向自平衡法测试岩溶桩基承载力的模型试验装置及其制备方法，试验装置包括岩溶地质模型、模型桩和反向自平衡装置，模型桩包括上段桩和下段桩；所述反向自平衡装置包括桩顶端板、桩身千斤顶、桩顶千斤顶、锚索和位移测量装置，桩身千斤顶设于上段桩和下段桩之间，桩顶千斤顶设于上段桩顶部和桩顶端板之间，锚索一端锚固在桩顶端板上，另一端从上段桩内穿过后锚固在下段桩内，位移测量装置有两个，分别用于测量上段桩和下段桩的竖向位移。本发明专利技术通过溶洞芯模创造溶洞位置，浇注同时安装反向自平衡装置，浇注完后，利用溶剂溶剂溶洞芯模，完成模型试验装置的制备。本发明专利技术结构简单，可模拟在各种类型溶洞，测量桩基承载力。

【技术实现步骤摘要】
一种利用反向自平衡法测试岩溶桩基承载力的模型试验装置及其制备方法
本专利技术属于土木工程
，涉及一种地质力学模型技术，具体涉及一种利用反向自平衡法测试岩溶桩基承载力的模型试验装置及其制备方法，是一种岩溶桩基承载力测定实验，解决了地质模型实验中模型内部溶洞不易模拟的问题。
技术介绍
我国岩溶地区面积辽阔，工程建设中经常会遇到岩溶地质条件，溶洞给工程的进展造成了很大的困扰。当在岩溶区进行工程建设时，溶洞上部地基的承载能力成为了影响工程质量的关键。对溶洞上部地基承载力研究是岩溶地质地基工程的热点课题。现阶段对岩溶地质进行的室内模型试验研究中，由于岩土体内溶洞隐蔽，不易成型等原因，岩溶地基模型试验多采用简单的梁板模拟，导致其模拟地质情况与实际的差别。因此，本专利技术专利提出一种新颖的岩溶地质模型试验溶洞成型方法及岩溶桩基承载力反向自平衡模型试验方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决岩溶地质模型试验中溶洞不易模拟，难以保证成型质量的问题，模型力学特性与实际地质力学特性存在偏差的问题，提出了一种利用反向自平衡法测试岩溶桩基承载力的模型试验装置及其制备方法。为解决上述问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种利用反向自平衡法测试岩溶桩基承载力的模型试验装置，其特征在于：包括岩溶地质模型、模型桩和反向自平衡装置，所述模型桩和反向自平衡装置通过同步施工埋设在岩溶地质模型内，所述岩溶地质模型包括模型箱、设于模型箱内的相似模拟材料、溶洞芯模以及将溶洞芯模相连的溶剂流通管，所述溶洞芯模根据待模拟对象溶洞分布通过溶剂流通管支撑安装在模型箱内，相似模拟材料浇注在模型箱内的溶洞芯模四周，所述溶洞芯模被溶剂流通管供给的溶解溶剂所溶解并带出，形成岩溶地质模型，所述模型桩包括上段桩和下段桩，所述上段桩和下段桩均为预制的空心管桩；所述反向自平衡装置包括桩顶端板、桩身千斤顶、桩顶千斤顶、锚索和位移测量装置，所述桩身千斤顶设于上段桩和下段桩之间，且桩身千斤顶与上段桩底部之间设有下荷载传感器，所述桩顶千斤顶设于上段桩顶部和桩顶端板之间，所述桩顶千斤顶的顶部与桩顶端板之间设有上荷载传感器，所述锚索一端锚固在桩顶端板上，另一端从上段桩内穿过后锚固在下段桩内，所述位移测量装置有两个，分别用于测量上段桩和下段桩的竖向位移。作为改进，所述桩顶千斤顶与上段桩顶部之间设有封端板，所述桩身千斤顶与上段桩底部、下段桩顶部之间均设有封端板，三个封端板和桩顶端板尺寸和形状一样，并且设有供锚索穿过的锚索孔。作为改进，所述锚索下端通过轴栓固定在下段桩的桩身上。作为改进，所述位移测量装置包括位移测量仪和位移杆，所述位移杆顶部与位移测量仪相连，所述位移测量仪固定在结构件或者支撑件上，位移杆下端与模型桩相连，其中一个位移测量装置的位移杆自由穿过桩顶端板、上段桩顶部的封端板之后固定在上段桩底部的封端板上，另一个位移测量装置的位移杆自由穿过桩顶端板、上段桩顶部的封端板及上段桩底部的封端板上，之后固定在下段桩顶部的封端板上。作为改进，所述桩顶千斤顶、桩身千斤顶、上荷载传感器和下荷载传感器的表面均涂覆防腐蚀涂料进行保护。一种模型试验装置的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、待模拟地质模型信息提取，包括待模拟的地质材料信息和溶洞信息；步骤2、材料准备，根据提取的地质模型信息准备相似模拟材料、模型箱、溶洞芯模和溶剂流通管，所述溶洞芯模为可溶性固体材料；步骤3、所述模型箱为顶部开口模型箱，先将溶洞芯模按照地质模型信息选取相应尺寸大小并摆放在相应位置，将相邻溶洞芯模之间用溶剂流通管串联，形成流通管路，并在流通管路首尾端预留延伸出模型箱的进出口，之后往模型箱内注入相似模拟材料进行浇注；步骤4、当模型箱内下段桩的桩底标高以下相似模拟材料初凝后，放置下段桩，在下段桩四周继续浇注相似模拟材料；步骤5、当相似模拟材料浇注到下段桩桩顶标高处时，在下段桩顶部依次安装封端板、桩身千斤顶、下载荷传感器、封端板以及上段桩，并按照固定锚索和位移杆下端，利用溶洞芯模将上段桩和下段桩之间包裹保护，在该处形成溶洞，之后继续在模型桩四周浇注相似模拟材料直至模型桩设计标高；步骤6、在上段桩顶部依次安装封端板、桩顶千斤顶、上载荷传感器和桩顶端板，并固定安装锚索、位移杆及位移测量仪；步骤7、固化后通过溶剂循环装置将可溶解溶洞芯模的溶剂注入流通管路，流经溶洞芯模，将溶洞芯模溶解带出，形成模拟溶洞空间；步骤8、待管路贯通循环后，拆掉水路循环装置，即完成模型试验装置的制备。进一步地，所述溶洞芯模采用淀粉基填充泡沫材料或者塑料泡沫材料制成，对应的溶剂为水或者有机溶剂。进一步地，所述溶剂循环装置包括承接液池、正循环泵和反循环泵，所述正循环泵和反循环泵分别通过管道与流通管路两端的进出口相连。进一步地，步骤7中，将溶剂注入流通管路时，先通过正循环泵从流通管路一端注入，然后通过反循环泵从流通管路另一端注入，通过正循环泵和反循环泵均交替在流通管路两端注入溶剂，使得溶剂在流通管路内正反两个方向流动，加速溶解。进一步地，所述溶剂流通管插入溶洞芯模内部，溶剂流通管插入溶洞芯模内部段表面开设有大量渗透小孔。进一步地，分层浇注时，对层间的接触面进行高频低幅振捣。进一步地，连接溶洞芯模进出的溶剂流通管均为竖直方向设置。进一步地，所述溶剂流通管全部连接在溶洞芯模的顶部高点或者底部低点，便于溶剂充分渗入溶洞芯模，芯模溶解后可充分排除溶剂。本专利技术模型浇注过程中遇到溶洞位置采用芯模进行预填充，采用溶剂循环系统的溶剂流通管对溶洞芯模进行定位及固定，在模型养护期或养护结束后，通过溶剂循环系统输送溶剂使芯模溶解形成溶洞，解决岩溶地质模型试验中溶洞不易模拟的问题。较优的，溶洞芯模采用具有一定刚度的可溶解填充材料，可在溶解剂的作用下溶解。一般可水解的淀粉基填充泡沫制作，可在模型保温保湿养护期间溶解。也可选择塑料泡沫材料，在酒精的溶解作用下溶解。所述溶剂循环装置由溶剂流通管与泵机组成，溶剂流通管材料与溶剂不会发生反应，位于溶洞芯模位置的流通管表面开小孔，用于溶剂流入芯模内部。较优的，溶剂循环装置同时采用互不干扰的正循环，反循环两种回路方式，防止堵孔现象的发生。较优的，溶剂流通管为具有一定刚度的小直径空心管（比如不与溶剂发生反应的硬质塑料管），可同时作为溶洞芯模的固定支架，便于设计定位。溶剂流通管沿竖直方向贯穿溶洞最高部位，便于溶剂充分渗入溶洞芯模，芯模溶解后可充分排除溶剂。本专利技术基本原理为：地质模型浇注过程中遇到溶洞位置采用芯模进行填充，在模型养护期或养护结束后，通过溶剂使芯模溶解形成溶洞最终成为带溶洞的地质模型。本专利技术解决岩溶地质模型试验中溶洞不易模拟的问题，满足岩溶桩基承载力反向自平衡模型试验需求。本专利技术有益效果是：相比较于传统的岩溶地质模拟实验形成溶洞方法，本专利技术岩溶地质模型试验溶洞形成方法，溶洞与周围区域为一个整体，可以更好的模拟现实约束本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用反向自平衡法测试岩溶桩基承载力的模型试验装置，其特征在于：包括岩溶地质模型、模型桩和反向自平衡装置，所述模型桩和反向自平衡装置通过同步施工埋设在岩溶地质模型内，所述岩溶地质模型包括模型箱、设于模型箱内的相似模拟材料、溶洞芯模以及将溶洞芯模相连的溶剂流通管，所述溶洞芯模根据待模拟对象溶洞分布通过溶剂流通管支撑安装在模型箱内，相似模拟材料浇注在模型箱内的溶洞芯模四周，所述溶洞芯模被溶剂流通管供给的溶解溶剂所溶解并带出，形成岩溶地质模型，所述模型桩包括上段桩和下段桩，所述上段桩和下段桩均为预制的空心管桩；/n所述反向自平衡装置包括桩顶端板、桩身千斤顶、桩顶千斤顶、锚索和位移测量装置，所述桩身千斤顶设于上段桩和下段桩之间，且桩身千斤顶与上段桩底部之间设有下荷载传感器，所述桩顶千斤顶设于上段桩顶部和桩顶端板之间，所述桩顶千斤顶的顶部与桩顶端板之间设有上荷载传感器，所述锚索一端锚固在桩顶端板上，另一端从上段桩内穿过后锚固在下段桩内，所述位移测量装置有两个，分别用于测量上段桩和下段桩的竖向位移。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用反向自平衡法测试岩溶桩基承载力的模型试验装置，其特征在于：包括岩溶地质模型、模型桩和反向自平衡装置，所述模型桩和反向自平衡装置通过同步施工埋设在岩溶地质模型内，所述岩溶地质模型包括模型箱、设于模型箱内的相似模拟材料、溶洞芯模以及将溶洞芯模相连的溶剂流通管，所述溶洞芯模根据待模拟对象溶洞分布通过溶剂流通管支撑安装在模型箱内，相似模拟材料浇注在模型箱内的溶洞芯模四周，所述溶洞芯模被溶剂流通管供给的溶解溶剂所溶解并带出，形成岩溶地质模型，所述模型桩包括上段桩和下段桩，所述上段桩和下段桩均为预制的空心管桩；
所述反向自平衡装置包括桩顶端板、桩身千斤顶、桩顶千斤顶、锚索和位移测量装置，所述桩身千斤顶设于上段桩和下段桩之间，且桩身千斤顶与上段桩底部之间设有下荷载传感器，所述桩顶千斤顶设于上段桩顶部和桩顶端板之间，所述桩顶千斤顶的顶部与桩顶端板之间设有上荷载传感器，所述锚索一端锚固在桩顶端板上，另一端从上段桩内穿过后锚固在下段桩内，所述位移测量装置有两个，分别用于测量上段桩和下段桩的竖向位移。


2.如权利要求1所述利用反向自平衡法测试岩溶桩基承载力的模型试验装置，其特征在于：所述桩顶千斤顶与上段桩顶部之间设有封端板，所述桩身千斤顶与上段桩底部、下段桩顶部之间均设有封端板，三个封端板和桩顶端板尺寸和形状一样，并且设有供锚索穿过的锚索孔。


3.如权利要求2所述利用反向自平衡法测试岩溶桩基承载力的模型试验装置，其特征在于：所述锚索下端通过轴栓固定在下段桩的桩身上。


4.如权利要求3所述利用反向自平衡法测试岩溶桩基承载力的模型试验装置，其特征在于：所述位移测量装置包括位移测量仪和位移杆，所述位移杆顶部与位移测量仪相连，所述位移测量仪固定在结构件或者支撑件上，位移杆下端与模型桩相连，其中一个位移测量装置的位移杆自由穿过桩顶端板、上段桩顶部的封端板之后固定在上段桩底部的封端板上，另一个位移测量装置的位移杆自由穿过桩顶端板、上段桩顶部的封端板及上段桩底部的封端板上，之后固定在下段桩顶部的封端板上。


5.如权利要求4所述利用反向自平衡法测试岩溶桩基承载力的模型试验装置，其特征在于：所述桩顶千斤顶、桩身千斤顶、上荷载传感器和下荷载传感器的表面均涂覆防腐蚀涂料进行保护。


6.一种如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永莉，郭斌，肖衡林，马强，裴尧尧，万娟，巴军涛，胡智，刘一鸣，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42