一种水泥土搅拌桩土层识别物理模型试验装置制造方法及图纸

一种水泥土搅拌桩土层识别物理模型试验装置，包括：成桩模型箱；切割搅拌系统，包括钻杆、用于驱动钻杆旋转的动力头、设在钻杆底端的钻头以及用于测量钻杆旋转时的扭矩的扭矩传感器，钻杆内设有水导通管，钻头上设有与导通管连通喷水口；行走系统，与动力头连接，用于带动动力头在空间上移动；注水系统，通过第一输水管与水导通管连通；数据采集系统，用于实时采集动力头的电流值、注水系统的注水量和行走系统在竖直方向上的位移值；控制系统，分别与动力头、扭矩传感器、行走系统、注水系统和数据采集系统连接。本发明专利技术实现对水泥土搅拌桩的下贯切土搅拌土体的施工过程模拟，用于指导和验证现场基于电流及扭矩进行土层识别的合理性及可行性。性及可行性。性及可行性。

【技术实现步骤摘要】
一种水泥土搅拌桩土层识别物理模型试验装置


[0001]本专利技术属于搅拌桩施工
，尤其涉及一种水泥土搅拌桩土层识别物理模型试验装置。

技术介绍

[0002]水泥土搅拌桩的实际工程应用中，其地基处理的一般步骤是先进行地质钻孔确定加固土层类型、厚度及土层工程性质，然后根据地质情况进行搅拌桩的设计及现场工艺性试桩，以确定现场施工工艺参数。施工过程中在钻孔周边区域水泥土搅拌桩往往采用同一施工工艺参数，但由于施工现场地质勘察资料有限，在远离钻孔区域，其土层类型及层面复杂多变，采用同一施工工艺参数对远离钻孔区域进行处理时往往造成地基处理不合格或处理过于保守，从而造成施工质量问题或工程造价偏高。而要实现对加固土层施工工艺参数的动态调整，必须对每个处理位置的土层进行实时识别，以确定其土层类型及层厚。由于钻头在下贯切割搅拌不同土层时钻杆扭矩及电机电流两表征参数大小不同，尤其是在不同土的层面处会发生突变，利用钻杆扭矩及电机电流两表征参数的变化，可对加固土层进行识别，由于施工现场地质勘察资料有限、土层类型复杂多变及层面不易确定，导致利用有限数量的现场足尺试验难以全面且定量地分析水泥土搅拌桩下贯过程土层识别的可行性及有效性。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种水泥土搅拌桩土层识别物理模型试验装置，实现对水泥土搅拌桩的下贯切割搅拌土体的施工过程模拟，可指导和验证现场基于电流及扭矩进行土层识别的合理性及可行性。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0005]一种水泥土搅拌桩土层识别物理模型试验装置，包括：
[0006]成桩模型箱；
[0007]切割搅拌系统，包括钻杆、与钻杆顶端连接用于驱动钻杆旋转的动力头、设置在钻杆底端的钻头以及设置在钻杆上用于测量钻杆旋转时的扭矩的扭矩传感器，钻杆内设有水导通管，钻头上设有与水导通管连通的喷水口；
[0008]行走系统，与动力头连接，用于带动动力头在空间上移动；
[0009]注水系统，通过第一输水管与水导通管连通；
[0010]数据采集系统，分别与动力头、注水系统和行走系统连接，用于实时采集动力头的电流值、注水系统的注水量和行走系统在竖直方向上的位移值；
[0011]控制系统，分别与动力头、扭矩传感器、行走系统、注水系统和数据采集系统连接。
[0012]进一步地，还包括扭矩监测采集系统，扭矩监测采集系统包括电滑环、外壳和扭矩监测采集电路板，电滑环的定子与动力头连接，并与控制系统电连接，电滑环的转子与钻杆连接，外壳设置在钻杆上，扭力监测采集电路板设置在外壳内，并分别与电滑环的转子和扭
矩传感器电连接，用于将扭矩传感器采集的扭矩信号转换为数字信号。
[0013]进一步地，扭矩监测采集电路板包括主控模块、采集模块、电路变换模块和通讯模块，电路变换模块分别与主控模块、采集模块和通讯模块连接，主控模块分别与采集模块和通讯模块连接。
[0014]进一步地，注水系统包括储水容器和水泵，水泵的进水口通过第二输水管与储水容器连接，其出水口与第一输水管连接，控制系统与水泵连接。
[0015]进一步地，行走系统包括两条间隔设置在的竖向导轨、两端分别滑动设置在两条竖向导轨上的横向导轨和用于驱动横向导轨沿竖向导轨上下移动的驱动机构，驱动机构与控制系统连接，动力头滑动设置在横向导轨上。
[0016]进一步地，数据采集系统包括流量计、电流表和激光测距仪，流量计设置在水泵上，用于测量注水量，电流表与动力头连接，用于测量动力头的电流值，激光测距仪设置在任一竖向导轨的顶端，用于测量其与横向导轨之间的距离。
[0017]进一步地，喷水口上设有用于开合喷水口的活门。
[0018]进一步地，成桩模型箱的外侧壁上间隔套设有若干钢条。
[0019]进一步地，钻头的外侧壁上设有若干搅拌叶片，钻头的底端设有切割刀片。
[0020]相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：
[0021](1)通过切割搅拌系统在成桩模型箱中原位切割搅拌土体，能模拟水泥土搅拌桩现场成桩的下贯搅拌切割土体的施工过程，同时数据采集系统及控制系统可记录下贯施工过程中各施工工艺参数，可对下贯施工时的钻杆下贯速度、钻杆转速、喷水流速三个施工工艺参数进行监测与精确控制；
[0022](2)能对水泥土搅拌桩的下贯施工过程中的动力头电流、钻杆扭矩两个土阻力表征参数进行精确测量，提高了试验效率，且便于试验人员选取、调整试验参数，控制试验过程，可研究基于钻杆扭矩及动力头电流作为土阻力表征参数的土层识别规律，进而通过钻杆扭矩及动力头电流两个表征参数值以其变化情况对下贯过程中遇到的土层进行识别；并通过室内土层识别的物理模型试验，可获得典型土层基于电流及扭矩的室内土层识别技术，以指导和验证现场基于电流及扭矩的土层识别技术的合理性及可行性。
附图说明
[0023]图1为本专利技术水泥土搅拌桩土层识别物理模型试验装置的结构示意图；
[0024]图2为本专利技术水泥土搅拌桩土层识别物理模型试验装置中切割搅拌装置的结构示意图；
[0025]图3为本专利技术水泥土搅拌桩土层识别物理模型试验装置中扭矩监测采集系统的结构示意图；
[0026]图4为本专利技术水泥土搅拌桩土层识别物理模型试验装置中扭矩监测采集电路板的框架图。
[0027]图中，1
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成桩模型箱，2
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切割搅拌系统，21
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钻杆，211
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水导通管，22
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动力头，23
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钻头，231
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喷水口，232
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搅拌叶片，233
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切割刀片，24
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扭矩传感器，3
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行走系统，31
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竖向导轨，32
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横向导轨，4
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注水系统，41
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第一输水管，42
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储水容器，43
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水泵，44
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第二输水管，5
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数据采集系统，51
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流量计，52
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电流表，53
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激光测距仪，6
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控制系统，7
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扭矩监测采集系统，71
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电滑环，72
‑
外壳，73
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扭矩监测采集电路板，731
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主控模块，732
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采集模块，733
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电路变换模块，734
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通讯模块。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水泥土搅拌桩土层识别物理模型试验装置，其特征在于，包括：成桩模型箱；切割搅拌系统，包括钻杆、与钻杆顶端连接用于驱动钻杆旋转的动力头、设置在钻杆底端的钻头以及设置在钻杆上用于测量钻杆旋转时的扭矩的扭矩传感器，所述钻杆内设有水导通管，所述钻头上设有与水导通管连通的喷水口；行走系统，与所述动力头连接，用于带动所述动力头在空间上移动；注水系统，通过第一输水管与所述水导通管连通；数据采集系统，分别与所述动力头、注水系统和行走系统连接，用于实时采集所述动力头的电流值、注水系统的注水量和行走系统在竖直方向上的位移值；控制系统，分别与所述动力头、扭矩传感器、行走系统、注水系统和数据采集系统连接。2.根据权利要求1所述的水泥土搅拌桩土层识别物理模型试验装置，其特征在于，还包括扭矩监测采集系统，所述扭矩监测采集系统包括电滑环、外壳和扭矩监测采集电路板，所述电滑环的定子与动力头连接，并与所述控制系统电连接，所述电滑环的转子与钻杆连接，所述外壳设置在钻杆上，所述扭力监测采集电路板设置在外壳内，并分别与所述电滑环的转子和扭矩传感器电连接，用于将所述扭矩传感器采集的扭矩信号转换为数字信号。3.根据权利要求2所述的水泥土搅拌桩土层识别物理模型试验装置，其特征在于，所述扭矩监测采集电路板包括主控模块、采集模块、电路变换模块和通讯模块，所述电路变换模块分别与主控模块、采集模块和通讯模块连接，...

【专利技术属性】
技术研发人员：何丽平，陈平山，滕超，王雪刚，刘志军，
申请(专利权)人：中交第四航务工程局有限公司南方海洋科学与工程广东省实验室珠海，
类型：发明
国别省市：