一种用于水平加载对地基影响试验的系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于水平加载对地基影响试验的系统，包括封闭箱体、图像处理子系统以及分别设置于封闭箱体内的图像采集子系统和模型试验子系统，所述的图像采集子系统包括CT扫描组件和安全控制组件，所述的模型试验子系统包括加载组件和模型组件，所述的CT扫描组件包括分别设置于模型试验子系统两侧的探测器和X射线发射器，所述的模型组件包括模型箱、填设于模型箱内的土体以及插设于土体内的地基试验模型，所述的加载组件正对土体侧面，用于提供对土体的水平荷载，所述的探测器与图像处理子系统连接，与现有技术相比，本发明专利技术具有试验安全可靠且效率高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种用于水平加载对地基影响试验的系统及方法
本专利技术涉及土木工程领域，尤其是涉及一种用于水平加载对地基影响试验的系统及方法。
技术介绍
随着我国基础设施的迅速发展，众多的桥梁、高铁和高层建筑随之崛起。地基作为这些结构的基础，对其水平受载情况的试验必不可少的。目前，国内对于地基水平承载性能的研究越来越重视。吴金标，刘阳，张建经基于东海某近海风电场工程场地的淤泥质软土进行室内单桩基础模型试验，分析了水平荷载作用下桩身的变形、弯矩以及土压力的分布情况。赵娟通过复合地基和上部结构整体的三维弹塑性模型，仿真模拟其在水平荷载作用下的受力性状。目前，对地基水平受荷的试验大多数局限于桩身的受力或变形，并不能直观地显示地基水平受荷，使得其试验结果可靠性低。相比而言，对于桩周土体的位移场和桩土相互作用机制进行分析，能够更直观的从细观角度研究地基桩土在水平荷载作用下的变化规律及土体和结构的作用机理，这对实际工程中的地基建造有十分重要的意义。然而现有技术中没有相应的系统，能够对地基桩土在水平荷载下的力学响应及性状进行试验并对桩土内部进行直观观测，因此设计一种能够对地基桩土在水平荷载作用下的变化规律进行试验和观测的系统及方法，是十分重要和迫切的。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于水平加载对地基影响试验的系统及方法，通过CT扫描得到土体内部的三维图像，能够直观地得到地基桩土在水平荷载下的力学响应及性状。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于水平加载对地基影响试验的系统，包括封闭箱体、图像处理子系统以及分别设置于封闭箱体内的图像采集子系统和模型试验子系统，所述的图像采集子系统包括CT扫描组件和安全控制组件，所述的模型试验子系统包括加载组件和模型组件，所述的CT扫描组件包括分别设置于模型试验子系统两侧的探测器和X射线发射器，所述的模型组件包括模型箱、填设于模型箱内的土体以及插设于土体内的地基试验模型，所述的加载组件正对土体侧面，用于提供对土体的水平荷载，所述的探测器与图像处理子系统连接，将CT扫描结果转变为数字化信号传递至图像处理子系统。本专利技术通过加载组件对土体施加水平向荷载，利用CT扫描组件对土体进行X射线扫描，并通过配套的图像处理子系统处理后获得土体在受水平荷载作用后的变化，得到其三维模型，可以直观地从细观角度得到地基桩土在水平荷载作用下的变化规律及土体和结构的作用机理的试验结果。进一步地，所述的CT扫描组件还包括扫描架和扫描平台，所述的扫描架的一端设置于封闭箱体的上顶面，另一端与X射线发射器连接，用于调节X射线发射器的高度，所述的扫描平台为旋转平台，所述的模型箱设置于扫描平台上。进一步地，所述的模型箱为矩形箱体，其正对加载组件的侧面设置开口，所述的开口宽度小于该侧面的宽度。进一步地，所述的加载组件包括活动板、驱动机构、位移计和加载块，所述的驱动机构通过连杆与加载块连接，所述的位移计设置于连杆上，用于测量土体水平向压缩量，所述的活动板设置于模型箱开口侧的内部，所述的加载块正对活动板，用于将荷载均匀地传递给土体。进一步优选地，所述的驱动机构包括油压千斤顶，所述的油压千斤顶连杆与加载块连接。进一步地，所述的安全控制组件包括安装于封闭箱体外侧的辐射报警器和与X射线发射器连接的紧急开关，保证CT扫描过程中的安全可靠。优选地，所述的地基试验模型为缩尺地基模型，所述的模型箱采用有机玻璃板制成。进一步优选地，所述的加载块上表面与土体表面在同一水平面上。一种如所述的用于水平加载对地基影响试验的系统的试验方法，包括以下步骤：S1：在模型箱中填筑土体，并分层夯实、整平，然后将地基试验模型插入土体中；S2：启动X射线发射器和探测器，对未施加水平荷载前土体进行CT扫描，得到加载前CT图像；S3：启动加载组件，对土体施加水平荷载；S4：启动X射线发射器和探测器，对受到水平荷载后的土体进行CT扫描，得到加载后CT图像；S5：将CT扫描结果分别输入图像处理子系统进行重构处理，得到水平荷载下土体内部的三维图像。进一步地，所述的步骤S3具体包括：启动加载组件对模型箱内的土体分级施加逐渐增大的水平荷载，并记录土体水平向压缩量。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1)本专利技术设计的系统，通过CT扫描得到施加水平荷载后土体内部的图像，可以用来观测地基模型在受到水平向荷载时桩土的变化规律及作用机理，使结果更加直观，打破了现有技术中对地基水平受荷的试验局限于桩身的受力或变形的问题；2)本专利技术采用CT扫描方法，能无损地检测出材料和结构的内部变化，同时具有较高的分辨能力，可以动态、定量和无损伤地观测土体在受力过程中内部结构变化过程；3)本专利技术通过设置加载组件和模型组件，合理模拟地基受水平荷载的情况，同时在两侧安装X射线发射器和探测器，实现对土体的CT断层扫描；4)本专利技术中安装于扫描架上的X射线发射器能够上下移动，模型箱设置于可旋转的扫描平台上，可以从多个位置角度进行CT扫描，实验过程效率高，且能够提高扫描结果的准确率和试验可靠性；5)本专利技术通过设置活动板，将加载块的荷载均匀地传递给土体，提高试验模拟的精确度；6)本专利技术中设置安全控制组件，避免了使用CT扫描造成的辐射污染，保障安全。附图说明图1为地基试验系统的整体示意图；图2为封闭箱体内部结构示意图；图3为地基试验系统的俯视图；图4为CT扫描控制系统的示意图。图中：1-扫描平台；2-位移计；3-油压千斤顶；4-加载块；5-X射线发射器；6-探测器；7-扫描架；8-工作台；9-辐射报警器；10-紧急开关；11-图像处理子系统；12-封闭箱体；13-门；14-模型箱；15-地基试验模型；16-土体；17-活动板。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本专利技术保护的范围。实施例如图1和图2所示，本专利技术提供一种用于水平加载对地基影响试验的系统，包括封闭箱体12、图像处理子系统11以及分别设置于封闭箱体12内的图像采集子系统和模型试验子系统。其中图像处理子系统11为现有的用于CT图像的三维模型重构的系统。封闭箱体12为矩形的箱体，其四周封闭，一侧开设一个门13，门13与箱体之间12也封闭连接，可以防止辐射污染，内部设有工作台8，图像采集子系统和模型试验子系统分别设置于工作台8上。如图3和图4所示，图像采集子系统包括CT扫描组件和安全控制组件。其中，CT扫描组件包括分别设置于模型试验子系统两侧的探测器6和X射线发射器5，以及扫描架7和扫描平台1，探测器6设置于工作台8上，并与图像处理子系统11连接，将CT本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于水平加载对地基影响试验的系统，其特征在于，包括封闭箱体(12)、图像处理子系统(11)以及分别设置于封闭箱体(12)内的图像采集子系统和模型试验子系统，所述的图像采集子系统包括CT扫描组件和安全控制组件，所述的模型试验子系统包括加载组件和模型组件，所述的CT扫描组件包括分别设置于模型试验子系统两侧的探测器(6)和X射线发射器(5)，所述的模型组件包括模型箱(14)、填设于模型箱(14)内的土体(16)以及插设于土体(16)内的地基试验模型(15)，所述的加载组件正对土体(16)侧面，用于提供对土体(16)的水平荷载，所述的探测器(6)与图像处理子系统(11)连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于水平加载对地基影响试验的系统，其特征在于，包括封闭箱体(12)、图像处理子系统(11)以及分别设置于封闭箱体(12)内的图像采集子系统和模型试验子系统，所述的图像采集子系统包括CT扫描组件和安全控制组件，所述的模型试验子系统包括加载组件和模型组件，所述的CT扫描组件包括分别设置于模型试验子系统两侧的探测器(6)和X射线发射器(5)，所述的模型组件包括模型箱(14)、填设于模型箱(14)内的土体(16)以及插设于土体(16)内的地基试验模型(15)，所述的加载组件正对土体(16)侧面，用于提供对土体(16)的水平荷载，所述的探测器(6)与图像处理子系统(11)连接。


2.根据权利要求1所述的一种用于水平加载对地基影响试验的系统，其特征在于，所述的CT扫描组件还包括扫描架(7)和扫描平台(1)，所述的扫描架(7)的一端设置于封闭箱体(12)的上顶面，另一端与X射线发射器(5)连接，用于调节X射线发射器(5)的高度，所述的扫描平台(1)为旋转平台，所述的模型箱(14)设置于扫描平台(1)上。


3.根据权利要求1或2所述的一种用于水平加载对地基影响试验的系统，其特征在于，所述的模型箱(14)为矩形箱体，其正对加载组件的侧面设置开口，所述的开口宽度小于该侧面的宽度。


4.根据权利要求3所述的一种用于水平加载对地基影响试验的系统，其特征在于，所述的加载组件包括活动板(17)、驱动机构、位移计(2)和加载块(4)，所述的驱动机构通过连杆与加载块(4)连接，所述的位移计(2)设置于连杆上，用于测量土体(16)水平向压缩量，所述的活动板(17)设置于模型箱(14)开口侧的内部，所述的加载块(4)正对活动板(17)，用于将荷载均匀地传递给土体(16)。


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【专利技术属性】
技术研发人员：王长丹，散骞骞，周顺华，王炳龙，王月明，周伟，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31