一种加速冲填土固结的模型及其试验方法技术

一种加速冲填土固结的模型，该模型包括模型桶、载荷板和模拟材料；模型桶的桶底和桶身完整密封，桶顶为唯一排水途径，载荷板与桶顶面尺寸相合，使模拟材料中的土体无法由载荷板边缘与桶壁间的缝隙溢出，载荷板沿径向设有若干钻孔；模拟材料包括试验用土、排水板立体网格，置于模型桶内本发明专利技术可以研究塑料排水板网格参数的改变对排水固结效果的影响，由此获得加速冲填土排水固结的优化方法，本发明专利技术进一步还公开了该方法的具体内容。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于岩土工程
，涉及用于冲填土固结的模型及其试验方法。
技术介绍
冲填土 (亦称吹填土)系由水力冲填泥沙形成的沉积土，即在整理和疏浚江河航道时，有计划地用挖泥船，通过泥浆泵将泥沙夹大量水分，吹送至江河两岸而形成的一种填土。近年来，随着我国经济的快速发展，城市化进程步伐不断加快，对土地资源的需求日益迫切，在沿海及江湖地区将疏浚出来的淤泥和泥沙用来造地，已成为沿海城市缓解土地资源紧张的有效方法。目前，冲填土地区的利用规模越来越大，如上海临港新城建设，大部分是在冲填土上进行，还有天津、珠海、广州、深圳等沿海城市，都在利用冲填土进行市政建设和港口建设。冲填土的形成方式特殊，具有孔隙比大、天然含水量高、压缩性高、渗透性小等特点，因此，冲填土的工程性质具有明显的个性。具体表现在其自重固结时间长，冲填土工后固结沉降大，冲填土在外荷载作用下变形明显，如何加速冲填土的排水固结，减少工后固结沉降，避免由于冲填土地基固结变形、破坏所产生的工程地质灾害是目前冲填土地区所面临的重要课题。关于冲填土地基排水固结处理，国内外开展过一些工作，如:Stark在1994年提出的将带状排水体用于加速冲填土的排水固结(Strip drains in dredged materialplacement areas.1nternational Conference on Dredging and Dredged MaterialPlacement, I, pp.420 - 429) ；Sato在2001年进行的圆柱状的自重固结试验将塑料排水板用于加速排水固结(Acceleration of self-weight consolidation for dredged clayusing plastic boarddrain.Proceedings of the Internat ional Offshore and PolarEngineering Conference, 2, pp.715 - 721.) ;Nagaoka 在 2004 年也将塑料排水板竖向排水体应用于吹填土自重固结(Accelerated self-weight consolidation mechanism fordredged clay using dewateringmethod and plastic board drains.Proceedings of theInternational Offshore and PolarEngineering Conference, pp.703 - 708.X 除此之夕卜，也有提出水平塑料排水带固结流态吹填，竖向排水体联合堆载、强历联合真空预压进行处理等方法。上述方法在冲填土排水固结中，起到了一定的效果，但也存在一些不足的地方，如井阻效应和涂抹效应会减小渗透率数，插排水板会对土造成扰动，会影响排水效果，塑料排水板的形状也会影响到排水效果。与此同时，上述处理方法时，往往要求冲填土具有一定承载力，对刚吹填的冲填土来讲，显得无能为力。
技术实现思路
针对上述的技术缺陷和应用时的不利影响，本专利技术的目的是提供一种通过预埋塑料排水板立体网格加速冲填土固结的模型及其试验方法。本专利技术的技术方案如下:一种通过预埋排水板立体网格加速冲填土固结的模型，该模型包括模型桶、载荷板和模拟材料；所述模型桶的桶底和桶身完整密封，桶顶为唯一排水途径，所述载荷板与所述桶顶面尺寸相合，使模拟材料中的土体无法由所述载荷板边缘与桶壁间的缝隙溢出，所述载荷板沿径向设有若干钻孔；所述模拟材料包括试验用土、排水板立体网格，置于所述模型桶内。所述模型桶的桶壁设有桶壁支架，所述桶壁支架沿所述桶顶的直径方向设有固定支架。所述模型桶为圆柱体，所述圆柱体的高度为直径的0.6 2倍。所述试验用土为砂质粉土。所述排水板立体网格由所述排水板构成的横向网格与竖向排水板固定连接，所述排水板立体网格中的排水板有多条排水通道。本专利技术还提出了一种通过预埋塑料排水板立体网格加速冲填土固结的试验方法，包括以下步骤:步骤一，根据模拟排水板的尺寸与间距及模型桶的平面尺寸，确定各相似常数；步骤二，制备模型材料，包括试验用土、排水板网格；步骤三:制作模型箱、准备模拟材料、测量设备和数据采集设备；步骤四，进行模型试验，包括以下步骤:(1)制备冲填土并分层装入模型桶；(2)预埋排水板立体网格；(3)安装测量设备；(4)加载及测量。步骤一还包括确定所需研究的影响因素，根据固结理论以及模拟排水板的尺寸与间距及模型桶的平面尺寸，确定各几何相似常数。所述测量设备包括土压力计、孔压计、沉降标、百分表，在模型桶底部及中部各布置所述孔压计及土压力计，两者与介质直接接触的面朝上，所述土压力计或所述孔压计上下两端均铺设有细砂垫层。所述百分表分别安置在载荷板之上，与分层沉降杆上，用于记录土体表面的沉降变形及位于试验桶中部土层的变形。进一步，所述冲填土为试验用土加水充分搅拌而成，所述冲填土的含水率根据实验要求而定。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和有益效果:本专利技术能够对预埋塑料排水板立体网格加速冲填土固结进行试验研究，减少了实际施工的不确定性，具有通用性广、准确性高的特点，创造良好的经济效益和科研价值。附图说明图1为本专利技术实施例试验模型结构示意图。其中:1_上部堆载；2_百分表支架；3_顶部砂垫层；4_沉降标；5_ 土压力计(或孔压力计);6-塑料排水板立体网格；7_堆载板；8_模型铁桶；9_动态应变仪。图2为图1中所示塑料排水板立体网格示意图。其中:10_竖向网格；11-横向网格。具体实施例方式以下结合附图，对本专利技术的实施例作进一步描述。请参阅图1、2、3，本实施例为预埋塑料排水板立体网格加速冲填土固结的模型装置，其包括模型桶、模拟材料、测量设备和数据采集设备，模型桶内放置模拟材料，并在模型桶内设置测量设备进行参数测量，数据采集设备与测量设备相连，采集并处理测量设备测量得到的参数。模型桶8为铁质，由桶身、桶壁支架2、载荷板7构成。桶底桶身完整密封，桶顶为唯一排水途径。桶壁支架2沿直径方向有两只伸出的铁架，用于固定百分表。装土完后需要使用大小与桶顶面尺寸相合的载荷板7封盖，并在载荷板7上采用静力砝码上部堆载，载荷板7沿径向左右各有两只直径约五公分的钻孔，分别用于预埋压力计绕线和安置分层沉降标4的沉降杆。沉降标4与百分表连接，从百分表可以读出土压、层降等参数。模拟材料包括试验用土、排水板、土工布。试验用土为砂质粉土。根据模型桶的大小，选择使用相应大小的排水板，为增强器排水能力，每条排水板设有三条排水通道，每条排水板用与之大小匹配的土工布包裹，并订起，进而制作排水板立体网格6。当立体网格6层数较多时，用土工布条将横向网格与竖向排水板紧系。为了监测冲填土在排水固结过程中土体内部土压力的增长以及孔隙水压力的消散规律，测量设备应包括土压力计5、孔压计。在埋设土压力计5时，应使其工作面朝上(所谓工作面就是与介质直接接触的面)。由于土压力计5在模型土中可能会出现少量下沉或偏转，试验中在其上下两端均铺设有细砂垫层3，同时也应注意电缆线的保护。共安置两只百分表，分别记录土体表面的沉降变形及位于试验桶中部土层的变形，一只安置在载荷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加速冲填土固结的模型，其特征在于：该模型包括模型桶、载荷板和模拟材料；所述模型桶的桶底和桶身完整密封，桶顶为唯一排水途径，所述载荷板与所述桶顶面尺寸相合，使模拟材料中的土体无法由所述载荷板边缘与桶壁间的缝隙溢出，所述载荷板沿径向设有若干钻孔；所述模拟材料包括试验用土、排水板立体网格，置于所述模型桶内。

【技术特征摘要】
1.一种加速冲填土固结的模型，其特征在于: 该模型包括模型桶、载荷板和模拟材料； 所述模型桶的桶底和桶身完整密封，桶顶为唯一排水途径，所述载荷板与所述桶顶面尺寸相合，使模拟材料中的土体无法由所述载荷板边缘与桶壁间的缝隙溢出，所述载荷板沿径向设有若干钻孔； 所述模拟材料包括试验用土、排水板立体网格，置于所述模型桶内。2.按权利要求1所述的模型，其特征在于:所述模型桶的桶壁设有桶壁支架，所述桶壁支架沿所述桶顶的直径方向设有固定支架。3.按权利要求1所述的模型，其特征在于:所述模型桶为圆柱体，所述圆柱体的高度为直径的0.6 2倍。4.按权利要求1所述的模型，其特征在于:所述试验用土为砂质粉土。5.按权利要求4所述的模型，其特征在于:所述排水板立体网格由所述排水板构成的横向网格与竖向排水板固定连接，所述排水板立体网格中的排水板有多条排水通道。6.一种加速冲填土固结的试验方法，包括以下步骤: 步骤一，根据模拟排水板的尺寸与间距及模型桶的平面尺寸，确定各相似常数； 步骤二，制备模型材料，包括试验用土...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨坪，邓涛，杨阳，安新，唐益群，王建秀，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：