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原文传递强夯加固饱和砂土地基的细观可视化模型试验装置及方法

专利名称：	强夯加固饱和砂土地基的细观可视化模型试验装置及方法
摘要：	本发明提供一种强夯加固饱和砂土地基的细观可视化模型试验装置及方法，涉及软土地基加固技术领域。装置包括强夯定位装置、模型试验箱体、标记球布设板和标记球，强夯定位装置由下到上依次包括下部支架系统、上部支架系统和定位装置，通过该装置进行强夯法加固饱和砂土地基的细观可视化模型试验，进行标记球坐标提取与土颗粒可视化，绘制每次夯击各层标记球的相对位移图像，揭示强夯加固饱和砂土地基的土颗粒细观运动轨迹。本发明可以实现夯击点的准确定位、强夯加固地基的细观可视化，得到每次夯击时在饱和砂土地基内部不同位置的土颗粒运动变化情况，进而分析强夯处理饱和砂土地基时的内部结构变化情况以及整个过程中冲击波的传播情况。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	辽宁;21
申请人：	中冶沈勘工程技术有限公司
发明人：	董天文;敖然;赵朕;魏可峰;刘伟;毛强;董鑫;赵显涛;白天辉;杨俊岭;崔晓亮;岳玉梅
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-17T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-20T00:00:00+0800
申请号：	CN201910644027.7
公开号：	CN110261211A
代理机构：	沈阳东大知识产权代理有限公司
代理人：	梁焱
分类号：	G01N1/36(2006.01);G;G01;G01N;G01N1
申请人地址：	110169 辽宁省沈阳市浑南区白塔三街300号
主权项：	1.一种强夯加固饱和砂土地基的细观可视化模型试验装置，其特征在于：该装置包括强夯定位装置、模型试验箱体、标记球布设板和标记球；所述强夯定位装置包括下部支架系统(R1)、上部支架系统(R2)和定位装置(R6)；所述下部支架系统(R1)包括第一空心钢管立柱(R7)、十字形稳定脚(R8)和三颗顶紧螺钉(R9)；所述第一空心钢管立柱(R7)下端竖直固定于十字形稳定脚(R8)的上表面，且第一空心钢管立柱(R7)与十字形稳定脚(R8)的中心对齐；所述顶紧螺钉(R9)设于第一空心钢管立柱(R7)上部，用于将上部支架系统(R2)固定于第一空心钢管立柱(R7)上，三颗顶紧螺钉(R9)相位角为120°；所述上部支架系统(R2)包括第二空心钢管立柱(R10)和横向支撑(R11)，所述第二空心钢管立柱(R10)下端插接于第一空心钢管立柱(R7)上端，并通过三颗顶紧螺钉(R9)进行固定；所述第二空心钢管立柱(R10)上端与横向支撑(R11)的下端中部固定连接，所述横向支撑(R11)为竖向不封闭矩形结构，上端与定位装置(R6)相连接；所述定位装置(R6)包括水平标尺(R3)、垂直标尺(R5)、十字双向限位机构(R4)和夯点定位孔(R12)；水平标尺(R3)、垂直标尺(R5)、十字双向限位机构(R4)选用合金结构钢材质的游标卡尺；所述垂直标尺(R5)两端固定于横向支撑(R11)的凹向开口处；所述十字双向限位机构(R4)包括安装于水平标尺(R3)上的水平向限位装置(R13)和垂直标尺(R5)上的垂直向限位装置(R14)，垂直向限位装置(R14)上表面与水平向限位装置(R13)的下表面焊接，能独立完成与水平标尺(R3)和垂直标尺(R5)在水平方向和垂直方向的相对移动；所述夯点定位孔(R12)为设于水平标尺(R3)末端的小孔，用于穿过系住夯锤的绳子；安装时，将下部支架系统(R1)安放在平整室内地面上；上部支架系统(R2)中的空心钢管立柱(R10)插入下部支架系统(R1)的空心钢管立柱(R7)中，通过下部支架系统(R1)上的三颗顶紧螺钉(R9)调整定位装置(R6)高度、夯击落距高度；将水平标尺(R3)沿着十字双向限位机构(R4)移动十字双向限位机构沿水平标尺移动，定位夯击点的y轴坐标；移动十字双向限位机构(R4)沿垂直标尺(R5)移动，定位夯击点的x轴坐标；让系住夯锤的绳子穿过夯点定位孔(R12)，然后夯锤自由落体，夯击待加固地基；模型试验箱体(R15)的长×宽×高尺寸为400mm×100mm×200mm，在对角线位置固定有直径10mm的注水管(R16)；模型试验箱体(R15)两侧高130mm处设有直径10mm、间隔10mm的排水孔(R17)；模型试验箱体(R15)的材质和壁厚根据细观可视化模型试验中的X光机成像原理进行选取；标记球直径为1mm，材质根据细观可视化模型试验中的X光机成像原理进行选取；标记球布设板(R18)为条形薄钢板，薄钢板长度比模型试验箱体(R15)的长边小10mm，在薄钢板中线等间距钻小孔(R19)，孔径为大于标记球直径1mm。 2.一种强夯法加固饱和砂土地基的细观可视化模型试验方法，其特征在于：该方法采用上述强夯法加固饱和砂土地基的细观可视化模型试验装置辅助实现，包括以下步骤：步骤1、选择X光机参数、标记球材料、模型试验箱体材料，确定模型试验箱体的壁厚； X光机选择电离辐射的X射线发生器，频率为50-60Hz，输入功率为64KW-80KVA，其X射线为软射线；根据X光机成像原理是射线穿透密度不同的物质所显现的明暗不同，分析选用模型试验箱体、标准砂、标记球的原子数；同时，根据X光机的功率确定模型试验箱体的壁厚；步骤2、进行相似细观模型试验设计；根据实际工程场地地层分布、水文情况及步骤1选定的X光机参数、模型试验箱体材料和壁厚、标记球材料，拟选用强夯施工参数，包括夯击能、锤重、落距、夯击次数、夯锤直径、夯击间距、土的含水率和干密度，按照相似理论进行相似参数计算，设计制作模型试验箱体、选择标记球尺寸、模型地基参数以及夯击参数；步骤3、进行模型地基物理力学参数试验；根据相似理论设计的模型试验地基的物理力学参数，配制模型试验地基，开展模型地基的筛分试验、含水率、密度试验，确定参数配制模型地基物理力学参数符合设计要求；步骤4、进行强夯加固饱和砂土地基细观可视化模型试验，具体步骤如下：步骤4.1、将饱和砂土地基模型试验箱体放在X光机前，安置好模型试验箱体的位置；将水平仪放在箱底中央，并使用垫片放置于模型试验箱体的地面，找平；箱底铺厚度为h的标准砂，之后使用落雨法分层填筑模型地基；步骤4.2、按照设计，填筑第一层标准砂，厚度为h1；静置5分钟稳定后，将条形标记球布设板放在第一层砂土中心线上，将标记球从布设板的小孔依次落下，布设完毕后撤掉布设板静置5分钟；步骤4.3、按照步骤4.2的方法，分n层填筑、布设铅珠，直至达到设计的饱和砂土模型地基稳定水高度H；步骤4.4、稳定水位置以下的饱和标准砂高度填筑完毕后，通过注水管向箱体标准砂注水，水流保持匀速，缓慢，直至水从模型试验箱体两侧的排水孔流出；此时模型试验箱体内h厚度标准砂达到饱和；步骤4.5、使用落雨法填筑厚度h2的干砂，饱和砂土模型地基制备完成；步骤4.6、将下部支架系统(R1)安放在平整室内地面，将水平尺放在十字形稳定脚(R8)上面，使用垫片将其调平；上部支架系统(R2)中的第二空心钢管立柱(R10)插入下部支架系统(R1)的第一空心钢管立柱(R7)中，通过下部支架系统(R1)上的三颗顶紧螺钉(R9)调整定位装置高度、夯击落距高度；步骤4.7、将水平标尺(R3)沿十字双向限位机构(R4)移动，规定为y轴，定位夯击点的y轴坐标；移动十字双向限位机构(R4)沿垂直标尺(R5)移动，规定为x轴，定位夯击点的x轴坐标；步骤4.8、让系住夯锤的绳子穿过夯点定位孔(R12)，然后夯锤自由落体，夯击试验模型地基；步骤4.9、使用X光机拍摄一次夯后模型地基，并测量夯坑尺寸；步骤4.10、重复步骤4.8、步骤4.9，对饱和砂土地基进行连续施加设计的夯击数，使用X光机拍摄，并测量夯坑尺寸；步骤5、进行标记球坐标提取与土颗粒可视化，具体步骤如下：步骤5.1、导出数字格式的X光拍摄片；步骤5.2、按照模型试验箱体的实际尺寸，建立统一的二维坐标系，对每层的标记球进行编号，利用Getdate软件提取标记球坐标，即原始坐标；步骤5.3、将提取到的标记球坐标位置输入origin绘图软件，得到比例为1∶1的X光片中标记球原始布置图；步骤5.4、计算标记球相对位移，解决标记球布设中的误差问题；设夯击后第n-1层夯击前标记球原始纵坐标为yn-1，相对纵坐标为y′n-1为设计坐标；夯击后第n层标记球下移，该层原始位置纵坐标为yn，相对纵坐标为y′n，转换公式如公式(1)和公式(2)所示；从第一层标记球向下逐层计算各标记球竖向相对位移； yn-yn-1＝h (1) y′n-y′n-1＝h (2) 步骤5.5、绘制每次夯击各层标记球的相对位移图像，揭示强夯加固饱和砂土地基的土颗粒细观运动轨迹。
所属类别：	发明专利