可视化就地固化浅层地基及组合地基试验系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种就地固化浅层地基及组合地基可视化试验装置及方法，基于透明土材料和数字图像处理技术，研制可以实现就地固化浅层地基及组合地基施工的透明模型槽，模拟就地固化浅层地基、就地固化浅层地基与桩基复合地基或排水板复合地基形成的组合地基，在荷载作用下的变形与承载特性；实现可视化、非嵌入式连续观测荷载作用下就地固化浅层地基及组合地基的变形场及破坏全过程。试验装置操作简单，易于实现，能够实时动态观测土体内部变形情况；可重复性高，自由度高，试验结果参考价值高。

【技术实现步骤摘要】
可视化就地固化浅层地基及组合地基试验系统及方法
本专利技术属于岩土工程可视化试验
，具体涉及可视化就地固化浅层地基及组合地基试验系统及方法。主要适用于就地固化浅层地基处理技术承载力、沉降规律与加固机理的科学研究。
技术介绍
软土地基在我国分布十分广泛且软基处理方法众多，就地固化浅层地基是一种常用的软基处理方法。该方法通过专用搅拌头与注浆系统，利用固化剂材料对浅层软基进行固化处理，使软基表面形成一层相对较硬的人工硬壳层。就地固化浅层地基包括两种形式：浅层软基全部处理和浅层软基部分处理，其中浅层软基部分处理又包括格栅式处理和点式处理。当软弱土层较厚且地基处理要求较高时，就地固化浅层地基与桩基复合地基或者排水板复合地基形成组合地基。对就地固化浅层地基技术问题，现有研究主要关注固化搅拌方式的改进、固化剂材料的优化选择，针对就地固化浅层地基处理、与桩基或排水体复合地基形成的组合地基的变形协调机理研究，尤其是就地固化浅层地基及组合地基的可视化模型试验与测试仍相对缺乏。作为科研的重要手段之一，模型试验对于研究土体内部变形规律和机理，探索岩土工程相关科学问题具有重要意义。传统的土体变形测量方法是在土体内部埋设一系列传感器，得到某些离散点的位移值，但是传感器容易受外界环境扰动的影响，且传感器埋设本身就破坏了土体的连续性，测量结果往往不够准确，无法给出土体内部变形的连续位移场。数字图像处理技术也只局限于测量土体的宏观或边界变形位移场，不能实现对土体内部变形的可视化观测。利用X-射线、γ-射线、计算机层析CT扫描及MRI磁共振成像技术，虽然可以用来测量土体内部的连续变形，但这些方法也只能测试静态、无法实时动态观测，且测试费用昂贵。本专利技术技术之前，学术论文：《就地固化技术处理道路浅层软基的试验研究》，通过对比不同施工工艺，研究抗压强度和地基沉降；学术论文：《就地固化技术处理围海工程吹填土的试验研究》，介绍了一种利用强力搅拌头固化系统进行吹填土就地固化的浅层地基处理方法，并对就地固化浅层地基的承载力特性进行分析。然而，就地固化浅层地基处理及组合地基的变形协调机理及可视化试验技术尚非常缺乏。因此，结合目前存在的问题与不足，基于透明土材料和数字图像处理技术，研发一种面向就地固化浅层地基、与桩基或排水体复合地基形成的组合地基的可视化试验装置及其试验方法，可视化观测就地固化浅层地基及组合地基的变形机理显得尤为迫切。
技术实现思路
为了克服已有技术中的不足，本专利技术提供一种可视化就地固化浅层地基及组合地基试验系统及方法，实现非嵌入式、可视化、连续观测就地固化浅层地基、或与桩基或排水板复合地基形成的组合地基的承载力、沉降规律与加固机理的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种可视化就地固化浅层地基及组合地基试验系统，包括：固化浅层地基及组合地基模拟装置，所述固化浅层地基及组合地基模拟装置外部设有透明模型槽，所述透明模型槽内设有若干桩基和排水板，所述透明模型槽的底部对应位置处设有用于插入所述桩基和排水板的插孔，所述透明模型槽的顶部还设有固化土层，所述固化土层通过所述桩基和排水板支撑于所述透明模型槽顶部，所述固化土层、若干桩基和排水板与所述透明模型槽的内壁之间填充有透明土；机械搅拌臂，所述机械搅拌臂用于搅拌配比好的固化剂和透明土，形成固化土层；图像获取装置，所述图像获取装置包括高清高速相机、线性激光器和计算机及数字图像处理系统，所述高清高速相机和线性激光器设于所述透明模型槽旁，所述高清高速相机和线性激光器连接所述计算机及数字图像处理系统。进一步地，所述透明模型槽的外围设有固定钢圈。进一步地，若干根桩基呈阵列分布于所述透明模型槽内。进一步地，所述透明土为CarbopolU10、纯净水和NaOH粉末合成的透明黏土或LaponiteRD和纯净水合成的透明黏土。进一步地，所述透明土由二氧化硅粉末或全氟环状聚合物，与相同折射率的混合有机油或二水溴化焦磷酸钾、六水氯化镁中的一种或几种溶液形成的无色孔隙液体制成。进一步地，一种可视化就地固化浅层地基及组合地基试验方法，包括：根据试验要求制作相应尺寸固化浅层地基及组合地基模拟装置的组件，包括长度为450mm、宽度为300mm、高为200mm，底板厚20mm，侧板厚10mm的透明模型槽，透明模型槽外部设置两道钢圈；透明模型槽底面设置5个桩基插孔，用于插设桩基，桩基插孔直径为4mm；制备饱和透明土试样，透明土试样为透明黏土，由二氧化硅粉末或全氟环状聚合物，与相同折射率的混合有机油或二水溴化焦磷酸钾、六水氯化镁中的一种或几种溶液形成的无色孔隙液体制成，并经备料、混配、抽真空、固结配制而成；准备长度为400mm，宽度为250mm的固化土层模具，准备固化剂，将制备好的透明土分层填入透明模型槽中直至设计高度；在固化土层模具底部及四周铺设保鲜膜，倒入透明土与所需配比的固化剂，搅拌均匀后静置至固化土层硬化，从固化土层模具中取出固化土层并撕去保鲜膜，放在透明模型槽内透明土层上部；在四周空白区域填入透明土，直至与固化土层顶部齐平；制配相应所需无侧限抗压强度的浅层固化层材料时，固化剂包括但不限于水泥、粉煤灰、石灰和矿渣微粉。配比过程中，应采用至少三种不同的配合比作对比，以掺入3%水泥为基准值，另外两个配合比分别为掺入2%和4%的水泥。将5根桩基从底部的插孔插入，直至与固化土层相接触，静置试验装置直至固化土层强度达到试验要求为止；透明模型槽的正面和侧面，分别布置高清高速相机和线性激光器；通过计算机采集高清高速相机所获得的图片信息。在固化土层上方放置加载台，根据试验需求在加载台上方逐步施加均布或非均布荷载直至破坏；通过高清高速相机每1s拍摄一张照片，全程记录固化土层地基或组合地基变形破坏的情况；利用计算机及数字图像处理系统分析高清高速相机拍摄所获得的物理照片，得到试验中固化土层的承载力、沉降规律与加固机理。进一步地，一种可视化就地固化浅层地基及组合地基试验方法，包括：根据试验要求制作相应尺寸的固化浅层地基及组合地基模拟装置的组件包括长度为500mm、宽度为350mm、高为240mm，底板厚30mm，侧板厚15mm的透明模型槽，透明模型槽外部设置4道钢圈；制备饱和透明土试样，透明土试样为透明黏土，根据配合比称量CarbopolU10、纯净水、NaOH粉末，在设计温度和环境下进行制配形成人工合成透明黏土；或者根据配合比称量LaponiteRD和纯净水，在设计温度和环境下进行制配形成人工合成透明黏土；准备石灰，将制备好的透明土分层填入透明模型槽中直至设计高度；在已填筑好的透明土层顶部，距离透明模型槽四周槽壁4cm处的四边形区域内，放入透明土与所需配比的水泥至设计高度，利用机械搅拌臂在所需区域内搅拌固化土层；待固化土层初步硬化后，在四周空白区域填入透明土，直至与固化土层顶部齐平，以掺入5%石灰为基准值，另外两个配合比分别为掺入3.5%和6%的石灰。在固化土层尚未凝固时，穿过所述固本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可视化就地固化浅层地基及组合地基试验系统，其特征在于，包括：/n固化浅层地基及组合地基模拟装置，所述固化浅层地基及组合地基模拟装置外部设有透明模型槽（1），所述透明模型槽（1）内设有若干桩基（4）和排水板（5），所述透明模型槽（1）的底部对应位置处设有用于插入所述桩基（4）和排水板（5）的插孔，所述透明模型槽（1）的顶部还设有固化土层（3），所述固化土层（3）通过所述桩基（4）和排水板（5）支撑于所述透明模型槽（1）顶部，所述固化土层（3）、若干桩基（4）和排水板（5）与所述透明模型槽（1）的内壁之间填充有透明土（2）；/n机械搅拌臂（7），所述机械搅拌臂（7）用于搅拌配比好的固化剂和透明土（2），形成固化土层（3）；/n图像获取装置，所述图像获取装置包括高清高速相机（8）、线性激光器（9）和计算机及数字图像处理系统（10），所述高清高速相机（8）和线性激光器（9）设于所述透明模型槽（1）旁，所述高清高速相机（8）和线性激光器（9）连接所述计算机及数字图像处理系统（10）。/n

【技术特征摘要】
1.一种可视化就地固化浅层地基及组合地基试验系统，其特征在于，包括：
固化浅层地基及组合地基模拟装置，所述固化浅层地基及组合地基模拟装置外部设有透明模型槽（1），所述透明模型槽（1）内设有若干桩基（4）和排水板（5），所述透明模型槽（1）的底部对应位置处设有用于插入所述桩基（4）和排水板（5）的插孔，所述透明模型槽（1）的顶部还设有固化土层（3），所述固化土层（3）通过所述桩基（4）和排水板（5）支撑于所述透明模型槽（1）顶部，所述固化土层（3）、若干桩基（4）和排水板（5）与所述透明模型槽（1）的内壁之间填充有透明土（2）；
机械搅拌臂（7），所述机械搅拌臂（7）用于搅拌配比好的固化剂和透明土（2），形成固化土层（3）；
图像获取装置，所述图像获取装置包括高清高速相机（8）、线性激光器（9）和计算机及数字图像处理系统（10），所述高清高速相机（8）和线性激光器（9）设于所述透明模型槽（1）旁，所述高清高速相机（8）和线性激光器（9）连接所述计算机及数字图像处理系统（10）。


2.根据权利要求1所述的一种可视化就地固化浅层地基及组合地基试验系统，其特征在于，所述透明模型槽（1）的外围设有固定钢圈（6）。


3.根据权利要求1所述的一种可视化就地固化浅层地基及组合地基试验系统，其特征在于，若干根桩基（4）呈阵列分布于所述透明模型槽（1）内。


4.根据权利要求1所述的一种可视化就地固化浅层地基及组合地基试验系统，其特征在于，所述透明土（2）为CarbopolU10、纯净水和NaOH粉末合成的透明黏土或LaponiteRD和纯净水合成的透明黏土。


5.根据权利要求1所述的一种可视化就地固化浅层地基及组合地基试验系统，其特征在于，所述透明土（2）由二氧化硅粉末或全氟环状聚合物，与相同折射率的混合有机油或二水溴化焦磷酸钾、六水氯化镁中的一种或几种溶液形成的无色孔隙液体制成。


6.一种可视化就地固化浅层地基及组合地基试验方法，其特征在于，包括：
根据试验要求制作相应尺寸固化浅层地基及组合地基模拟装置的组件，包括长度为450mm、宽度为300mm、高为200mm，底板厚20mm，侧板厚10mm的透明模型槽，透明模型槽外部设置两道钢圈；透明模型槽底面设置5个桩基插孔，用于插设桩基，桩基插孔直径为4mm；
制备饱和透明土试样，透明土试样为透明黏土，由二氧化硅粉末或全氟环状聚合物，与相同折射率的混合有机油或二水溴化焦磷酸钾、六水氯化镁中的一种或几种溶液形成的无色孔隙液体制成，并经备料、混配、抽真空、固结配制而成；
准备长度为400mm，宽度为250mm的固化土层模具，准备固化剂，将制备好的透明土分层填入透明模型槽中直至设计高度；在固化土...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永辉，孔纲强，曹特，武亚军，杜文山，王雪亮，常世民，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32