【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及碎石注浆桩测试，尤其涉及碎石注浆桩浆固及承载力测试透明土模型试验系统及方法。
技术介绍
1、地基处理技术的发展历经多年，其中，桩基技术因其在提高地基承载力、改善土体工程特性等方面的显著效果而成为岩土工程的重点研究技术，也因此桩基技术的应用越来越广泛。在众多桩基技术中，碎石桩由于施工简便、成本低廉、排水性好等特点，被广泛应用于软土地基处理中。然而，传统的碎石桩在遇到超软土层、高压缩土层等特殊地质条件时，其自身的承载能力和稳定性受到限制，难以满足工程要求。为了克服这一难题，碎石注浆桩技术应运而生。通过在碎石桩中注入固化剂，既提高了桩体自身的强度和稳定性，又改善了桩周土体的力学性质。这种技术使碎石桩可以在更为复杂多变的地质环境中发挥作用，大幅扩展了其应用范围。碎石注浆桩不仅强化了桩体，也间接加固了桩周土体，使得整个复合地基的整体性能得到提升。
2、尽管碎石注浆桩技术在理论与应用上都取得了显著进展，但对于其在实际地质环境中的行为机制和作用效果的深入理解仍存在一定的局限。现有技术中对碎石注浆桩性能的研究手段多聚焦于理论分析、数值模拟或是局部监测，其中理论分析和数值模拟均属于对碎石注浆桩进行理想化后的分析研究，其研究结果跟碎石注浆桩的实际性能相比误差较大；采用局部监测的手段研究碎石注浆桩周期长、成本高，且无法全面的对其进行研究。所以现有的研究碎石注浆桩桩体性能手段存在误差较大，研究成本高，且不能全面、细致、连续的进行实验观测。特别是在模拟桩体与土体相互作用、分析注浆过程对周围土体影响方面，传统方法往往无法提供充分的
3、因此，本专利技术提供一种能真实模拟碎石注浆桩及其周围土体环境的装置，以分析其注浆过程、承重过程中对周围土体影响和自身的性能变化。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种碎石注浆桩浆固及承载力测试透明土模型试验系统及方法，以解决现有技术中研究碎石注浆桩的周期长、成本高，以及研究结果误差大的问题。
2、第一方面，为达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种碎石注浆桩浆固及承载力测试透明土模型试验系统，包括：碎石注浆桩注浆系统、碎石注浆桩钻孔系统、碎石注浆桩竖向承载力测试系统、连续物理场测量系统、模型箱和安装架，安装架底部设有模型箱；模型箱内部填充有透明土，碎石注浆桩钻孔系统对透明土进行钻孔；碎石注浆桩注浆系统对碎石注浆桩钻孔系统所钻取的孔进行注浆形成碎石注浆桩，碎石注浆桩竖向承载力测试系统对碎石注浆桩进行竖向承载力检测；连续物理场测量系统设于碎石注浆桩侧面以采集注浆过程以及竖向承载力检测过程中的图像信息。
4、在本方案中，在模型箱中填充透明土模拟实际地质土体，并通过碎石注浆桩钻孔系统和碎石注浆桩注浆系统在透明土中制备碎石注浆桩，再通过碎石注浆桩竖向承载力测试系统对碎石注浆桩进行竖向承载力检测；注浆过程和检测过程中碎石注浆桩的桩体变化均能通过透明土直观的观测，便于分析碎石注浆桩对周围土体的影响以及竖向承载力检测中桩体的结构变化；连续物理场测量系统记录注浆过程和检测过程中的图像信息，通过图像信息分析透明土土颗粒位移变形场，实现了竖向承载力检测过程中碎石注浆桩的实时监控及其周围土体物理场变化的记录，对碎石注浆桩的性能评估提供了直观、准确的图像支持。
5、进一步地，碎石注浆桩注浆系统包括自动升降器，自动升降器可拆卸连接于安装架顶部；自动升降器连接注浆管的注浆端，并带动注浆端上下升降；注浆管的另一端连接带有电动搅拌器的注浆罐；注浆罐设于安装架顶部；注浆管管路上设有电控阀门；
6、注浆罐通过气压管连接空压机，空压机与压力控制器电性连接；气压管管路上设有数显压力表；压力控制器、数显压力表和自动升降器均与控制系统连接。
7、在本方案中，控制系统控制自动升降器升降，确保注浆管在注浆过程中能够稳定、精确的沿垂直方向移动，使得整个注浆过程更加均匀，避免浆液飞溅；控制系统控制空压机提供注浆压力，并在注浆管上设置电控阀门，保证注浆压力持久稳定，提高了碎石注浆桩桩体质量。
8、进一步地，碎石注浆桩钻孔系统包括丝杠步进电机，丝杠步进电机可拆卸连接在安装架顶部，丝杠步进电机与控制系统连接；丝杠步进电机输出轴螺纹连接有薄壁套筒取土器，丝杠步进电机驱动薄壁套筒取土器对透明土进行钻孔；
9、碎石注浆桩竖向承载力测试系统包括测力计，测力计与丝杠步进电机输出轴螺纹连接；测力计底部连接有传力杆；传力杆底部设有螺纹孔，传力杆通过螺纹孔螺纹连接有竖向承载力测试加载板或预压固结加载板；
10、传力杆底部连接预压固结加载板，预压固结加载板对模型箱内透明土进行加压固结，预压固结加载板结构与模型箱的水平横截面相同，预压固结加载板上均匀分布有若干通孔；
11、传力杆底部连接竖向承载力测试加载板，竖向承载力测试加载板检测碎石注浆桩的竖向承载力。
12、在本方案中，丝杠步进电机控制预压固结加载板对透明土进行加压，使其固结，使透明土密实度与实际地质土体更加接近，使试验结果更加准确可靠；丝杠步进电机控制薄壁套筒取土器在透明土内取土，取土后形成碎石注浆桩桩孔，该方式钻取的碎石注浆桩桩孔内壁平整，所浇筑的碎石注浆桩形状规则，竖向承载力检测中碎石注浆桩桩体各方位受力均匀；丝杠步进电机控制竖向承载力测试加载板向下运动，以提供对碎石注浆桩的竖向承载力检测荷载。该设计预压固结加载板、薄壁套筒取土器和竖向承载力测试加载板均通过丝杠步进电机驱动，使得系统不仅能用于承载力测试，还能适用于预压固结透明土和取土钻孔，功能较多，实用性较强，适用范围较广。
13、进一步地，连续物理场测量系统包括镜面反射底座和工业相机，镜面反射底座设于模型箱底部；镜面反射底座上设有反光镜，反光镜反射激光仪发射的激光束，激光束从模型箱底部沿竖直方向射入模型箱内；工业相机通过相机固定支架设于安装架底部，且工业相机的相机镜头中心与碎石注浆桩桩体几何中心位于同一水平线；模型箱为透明有机玻璃材质。
14、在本方案中，设计反光镜使激光仪发射的激光束射入透明土中形成散斑场，并通过工业相机记录注浆过程和检测过程中的连续图像；实时监控和记录桩体及周围土体的物理场变化，通过连续图像即可分析透明土土体颗粒的位移变化。
15、进一步地，安装架包括上底板和下底板，上底板和下底板之间通过连接杆连接；上底板上开设有安装孔，自动升降器或丝杠步进电机均通过安装孔与上底板连接。
16、第二方面，本专利技术基于第一方面提供的一种碎石注浆桩浆固及承载力测试透明土模型试验系统，提供一种碎石注浆桩浆固及承载力测试透明土模型试验方法，包括以下步骤：
17、s1：制备透明土；
18、s2：在透明土内钻取碎石注浆桩桩孔，并向碎石注浆桩桩孔内填入碎石；
19、s3：对碎石注浆桩桩孔进行注浆，形成碎石注浆桩；并记录注浆过程；
20、s4：对碎石注浆桩进行竖向承载力测本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种碎石注浆桩浆固及承载力测试透明土模型试验系统，其特征在于，包括：碎石注浆桩注浆系统(1)、碎石注浆桩钻孔系统、碎石注浆桩竖向承载力测试系统(2)、连续物理场测量系统(3)、模型箱(4)和安装架(5)，所述安装架(5)底部设有所述模型箱(4)；所述模型箱(4)内部填充有透明土，所述碎石注浆桩钻孔系统对所述透明土进行钻孔；所述碎石注浆桩注浆系统(1)对所述碎石注浆桩钻孔系统所钻取的孔进行注浆形成碎石注浆桩，所述碎石注浆桩竖向承载力测试系统(2)对所述碎石注浆桩进行竖向承载力检测；所述连续物理场测量系统(3)设于所述碎石注浆桩侧面以采集注浆过程以及竖向承载力检测过程中的图像信息。
2.根据权利要求1所述的碎石注浆桩浆固及承载力测试透明土模型试验系统，其特征在于：所述碎石注浆桩注浆系统(1)包括自动升降器(11)，所述自动升降器(11)可拆卸连接于所述安装架(5)顶部；所述自动升降器(11)连接注浆管(19)的注浆端，并带动所述注浆端上下升降；所述注浆管(19)的另一端连接带有电动搅拌器的注浆罐(13)；所述注浆罐(13)设于所述安装架(5)顶部；所述注浆管(19)管
3.根据权利要求2所述的碎石注浆桩浆固及承载力测试透明土模型试验系统，其特征在于：所述碎石注浆桩钻孔系统包括丝杠步进电机(61)，所述丝杠步进电机(61)可拆卸连接在所述安装架(5)顶部，所述丝杠步进电机(61)与所述控制系统(15)连接；所述丝杠步进电机(61)输出轴螺纹连接有薄壁套筒取土器(62)，所述丝杠步进电机(61)驱动所述薄壁套筒取土器(62)对所述透明土进行钻孔；
4.根据权利要求3所述的碎石注浆桩浆固及承载力测试透明土模型试验系统，其特征在于：所述连续物理场测量系统(3)包括镜面反射底座(38)和工业相机(32)，所述镜面反射底座(38)设于所述模型箱(4)底部；所述镜面反射底座(38)上设有反光镜(381)，所述反光镜(381)反射激光仪(31)发射的激光束，所述激光束从所述模型箱(4)底部沿竖直方向射入所述模型箱(4)内；所述工业相机(32)通过相机固定支架(33)设于所述安装架(5)底部，且所述工业相机(32)的相机镜头中心与碎石注浆桩桩体几何中心位于同一水平线；所述模型箱(4)为透明有机玻璃材质。
5.根据权利要求4所述的碎石注浆桩浆固及承载力测试透明土模型试验系统，其特征在于：所述安装架(5)包括上底板和下底板，所述上底板和所述下底板之间通过连接杆连接；所述上底板上开设有安装孔，所述自动升降器(11)或所述丝杠步进电机(61)均通过所述安装孔与所述上底板连接。
6.一种采用如权利要求1～5任一所述的碎石注浆桩浆固及承载力测试透明土模型试验系统的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的碎石注浆桩浆固及承载力测试透明土模型试验方法，其特征在于，所述S1包括：
8.根据权利要求7所述的碎石注浆桩浆固及承载力测试透明土模型试验方法，其特征在于，所述S2包括：
9.根据权利要求8所述的碎石注浆桩浆固及承载力测试透明土模型试验方法，其特征在于，所述S3包括：
10.根据权利要求8所述的碎石注浆桩浆固及承载力测试透明土模型试验方法，其特征在于，所述S4包括：
...【技术特征摘要】
1.一种碎石注浆桩浆固及承载力测试透明土模型试验系统，其特征在于，包括：碎石注浆桩注浆系统(1)、碎石注浆桩钻孔系统、碎石注浆桩竖向承载力测试系统(2)、连续物理场测量系统(3)、模型箱(4)和安装架(5)，所述安装架(5)底部设有所述模型箱(4)；所述模型箱(4)内部填充有透明土，所述碎石注浆桩钻孔系统对所述透明土进行钻孔；所述碎石注浆桩注浆系统(1)对所述碎石注浆桩钻孔系统所钻取的孔进行注浆形成碎石注浆桩，所述碎石注浆桩竖向承载力测试系统(2)对所述碎石注浆桩进行竖向承载力检测；所述连续物理场测量系统(3)设于所述碎石注浆桩侧面以采集注浆过程以及竖向承载力检测过程中的图像信息。
2.根据权利要求1所述的碎石注浆桩浆固及承载力测试透明土模型试验系统，其特征在于：所述碎石注浆桩注浆系统(1)包括自动升降器(11)，所述自动升降器(11)可拆卸连接于所述安装架(5)顶部；所述自动升降器(11)连接注浆管(19)的注浆端，并带动所述注浆端上下升降；所述注浆管(19)的另一端连接带有电动搅拌器的注浆罐(13)；所述注浆罐(13)设于所述安装架(5)顶部；所述注浆管(19)管路上设有电控阀门(12)；
3.根据权利要求2所述的碎石注浆桩浆固及承载力测试透明土模型试验系统，其特征在于：所述碎石注浆桩钻孔系统包括丝杠步进电机(61)，所述丝杠步进电机(61)可拆卸连接在所述安装架(5)顶部，所述丝杠步进电机(61)与所述控制系统(15)连接；所述丝杠步进电机(61)输出轴螺纹连接有薄壁套筒取土器(62)，所述丝杠步进电机(61)驱动所述薄壁套筒取土器(62)对所述透明土进行钻孔；
【专利技术属性】
技术研发人员：张灵芝，刘汉龙，闫常赫，丁选明，陈荣淋，周航，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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