【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种可观测真空预压过程中深层土颗粒移动的模型桶装置及其试验方法，属于真空预压。
技术介绍
1、真空预压法作为一种处理软土地基的方法已被广泛的应用于实际工程中。真空预压法是利用真空泵将密封膜下的空气抽，使得排水板内部具有真空负压，从而形成了土体内外压力差，使土体中的水分沿着排水板排除，从而达到固结土体的效果。
2、然而真空预压过程中所提供的真空压力更接近于各向同性的状态，导致土体向内侧向位移，导致处理区域土体与周边土体产生较大的裂缝。因此预测土体横向位移在工程中具有较大意义。由于横向位移随着深度逐渐减少，浅层土体的横向位移已有一定的经验公式，然而深层土体的横向位移仍鲜有研究。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种可以观测在真空预压过程中深层土体横向位移的模型桶装置及其试验方法。
2、本专利技术采用的技术方案是：一种用于观测深层土体横向位移的模型桶装置，其包括：
3、模型桶系统，包括由多个模型桶单元依次连接构成的模型桶，每个模型桶单元上设有用于观测土体颗粒运动情况的观测窗，顶部的模型桶单元内壁设有环形真空膜；
4、真空系统，包括依次连通的设于模型桶内用于提供排水通道的排水板、用于收集排水板排出的水与气的水气分离桶、用于给水气分离桶提供负压的真空泵；
5、监测系统，包括用于监测土体内孔隙水压力变化的孔隙水压力计、用于监测土体内与排水板内的真空探头、用于采集试验土体表面沉降的激光测距仪、用于捕捉
6、优选地，所述模型桶单元的两端分别设有法兰盘，相邻所述模型桶单元的法兰盘通过螺栓连接。
7、更优选地，相邻所述模型桶单元的法兰盘之间设有橡胶垫片；所述的传感器导线孔内设有密封塞。
8、更优选地，所述环形真空膜的上缘延伸至顶部的模型桶单元上端的法兰盘外缘并通过另一法兰盘固定，环形真空膜的下缘延伸至顶部的模型桶单元下端的法兰盘外缘并于相邻两个法兰盘之间固定。
9、优选地，所述观测窗为通过螺栓与模型桶单元连接的透明盖板；所述透明盖板、模型桶单元均为亚克力材质。
10、优选地，所述环形真空膜的表面积为：s＝π×(a+10)×(b+20)，单位：cm；其中，a为模型桶的直径，b为模型桶的高度，10为周向预留宽度，20为轴向预留长度。
11、优选地，所述激光测距仪通过固定支架设于模型桶顶部；所述高清摄像机设于观测窗外侧的相机支架上；所述地磅秤设于水气分离桶的底部；所述模型桶上设有传感器导线孔，模型桶内设有用于固定孔隙水压力计、真空探头、排水板的钢筋，排水板沿模型桶的高度方向轴向设置。
12、优选地，所述水气分离桶顶部设有真空表，底部设有排水口，排水口上设有止水阀。
13、优选地，所述排水板的顶部通过钢丝软管与模型桶桶壁上的真空管线接口连通，真空管线接口通过钢丝软管与水气分离桶连通。
14、本专利技术还提供了上述用于观测深层土体横向位移的模型桶装置的试验方法，包括以下步骤：
15、步骤1)：确定模型桶所需的土样质量，并配置好含水量；
16、步骤2)：安装孔隙水压力计与真空探头，并将透明盖板固定于模型桶上，确保密封；
17、步骤3)：确定底部的模型桶单元的位置，在该模型桶单元上依次安装其余模型桶单元，将环形真空膜套入顶部的模型桶单元内，环形真空膜底部的预留处夹于最上的两个模型桶单元之间，然后安装顶部的模型桶单元，相邻模型桶单元之间确保密封；
18、步骤4)：确定所需排水板的长度，并将排水板插入模型桶中，排水板底部通过密封胶固定于模型桶的底部，将排水板与水气分离桶连通，水气分离桶与真空泵连通；
19、步骤5)：将水气分离桶置于地磅秤上；
20、步骤6)：在模型桶内加入试验土样，填充至模型桶顶部后密封环形真空膜；
21、步骤7)：安装激光测距仪、高清摄像机；
22、步骤8)：开启监测系统，对孔隙水压力计、真空表、激光测距仪进行设置和调节，调整高清摄像机的拍摄视野、光圈、焦距，确保土颗粒在视野范围内成像清晰；
23、步骤9)：开启真空泵，记录通过隙水压力计、真空表、激光测距仪、高清摄像头、地磅秤获得的相应数据并分析；
24、步骤10)：将模型桶内试验后的土体取出，分析其含水量与十字板剪切强度。
25、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
26、1.本专利技术通过改变试验土样深度来探究大深度条件下真空预压过程中土体固结效果与土体颗粒运动情况，这对解决真空预压时深层土体固结效果差的问题具有实际意义。
27、2.本专利技术不仅能模拟现场试验环境，还能严格控制试验条件，减少干扰，提高试验的准确度。
28、3.与传统真空预压试验从顶部真空膜破膜接入管线相比，本试验采用桶壁开孔的方式，并在孔内设置密封胶，可保证模型桶的密封性。
29、4.与传统真空预压试验采用顶部覆膜相比，本试验采用环形真空膜设置于桶与桶之间，可防止因超软土沉降过大导致真空膜破裂的现象。
30、5.本专利技术的试验图像测量方式精度高，可对土体进行长时间的监测以绘制出土体横向位移的位移轨迹图。
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1.一种用于观测深层土体横向位移的模型桶装置，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的用于观测深层土体横向位移的模型桶装置，其特征在于，所述模型桶单元的两端分别设有法兰盘(4)，相邻所述模型桶单元的法兰盘(4)通过螺栓(5)连接。
3.如权利要求2所述的用于观测深层土体横向位移的模型桶装置，其特征在于，相邻所述模型桶单元的法兰盘(4)之间设有橡胶垫片；所述的传感器导线孔(8)内设有密封塞。
4.如权利要求2所述的用于观测深层土体横向位移的模型桶装置，其特征在于，所述环形真空膜(14)的上缘延伸至顶部的模型桶单元上端的法兰盘(4)外缘并通过另一法兰盘(4)固定，环形真空膜(14)的下缘延伸至顶部的模型桶单元下端的法兰盘(4)外缘并于相邻两个法兰盘(4)之间固定。
5.如权利要求1所述的用于观测深层土体横向位移的模型桶装置，其特征在于，所述观测窗(6)为通过螺栓(5)与模型桶单元连接的透明盖板(7)；所述透明盖板(7)、模型桶单元均为亚克力材质。
6.如权利要求1所述的用于观测深层土体横向位移的模型桶装置，其特征在于，所述
7.如权利要求1所述的用于观测深层土体横向位移的模型桶装置，其特征在于，所述激光测距仪(23)通过固定支架(26)设于模型桶顶部；所述高清摄像机(24)设于观测窗(6)外侧的相机支架(27)上；所述地磅秤(25)设于水气分离桶(15)的底部；所述模型桶上设有传感器导线孔(8)，模型桶内设有用于固定孔隙水压力计(10)、真空探头(11)、排水板(9)的钢筋(12)，排水板(9)沿模型桶的高度方向设置。
8.如权利要求1所述的用于观测深层土体横向位移的模型桶装置，其特征在于，所述水气分离桶(15)顶部设有真空表(22)，底部设有排水口(21)，排水口(21)上设有止水阀。
9.如权利要求1所述的用于观测深层土体横向位移的模型桶装置，其特征在于，所述排水板(9)的顶部通过钢丝软管(17)与模型桶桶壁上的真空管线接口(13)连通，真空管线接口(13)通过钢丝软管(17)与水气分离桶(15)连通。
10.权利要求1-9任一项所述的用于观测深层土体横向位移的模型桶装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种用于观测深层土体横向位移的模型桶装置，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的用于观测深层土体横向位移的模型桶装置，其特征在于，所述模型桶单元的两端分别设有法兰盘(4)，相邻所述模型桶单元的法兰盘(4)通过螺栓(5)连接。
3.如权利要求2所述的用于观测深层土体横向位移的模型桶装置，其特征在于，相邻所述模型桶单元的法兰盘(4)之间设有橡胶垫片；所述的传感器导线孔(8)内设有密封塞。
4.如权利要求2所述的用于观测深层土体横向位移的模型桶装置，其特征在于，所述环形真空膜(14)的上缘延伸至顶部的模型桶单元上端的法兰盘(4)外缘并通过另一法兰盘(4)固定，环形真空膜(14)的下缘延伸至顶部的模型桶单元下端的法兰盘(4)外缘并于相邻两个法兰盘(4)之间固定。
5.如权利要求1所述的用于观测深层土体横向位移的模型桶装置，其特征在于，所述观测窗(6)为通过螺栓(5)与模型桶单元连接的透明盖板(7)；所述透明盖板(7)、模型桶单元均为亚克力材质。
6.如权利要求1所述的用于观测深层土体横向位移的模型桶装置，其特征在于，所述环形真空膜(14)的表面积为：s＝π×(a+10)×(b+20...
【专利技术属性】
技术研发人员：张甲峰，黄新宇，李军世，翁振奇，孙宏磊，
申请(专利权)人：上海民航新时代机场设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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