復合地基與支護結構共同性狀的離心模型試驗裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了復合地基與支護結構共同性狀的離心模型試驗裝置，包括模型箱，在模型箱內(nèi)設有地基土，地基土內(nèi)豎直嵌有用于模擬支護墻的支護板，在模型箱內(nèi)支護板的一側豎直設有多個基樁模型樁，嵌有基樁模型樁的地基土頂部設置褥墊層，地基土、基樁模型樁和褥墊層共同形成復合地基，由此復合地基與支護板共同存在更加符合實際施工環(huán)境，在支護板的另一側設置用于模擬開挖的開挖區(qū)；整個試驗裝置可根據(jù)需求設置用于測試在基坑開挖時，復合地基中地基土變形位移數(shù)據(jù)等的測試系統(tǒng)；這樣在開挖區(qū)進行開挖時，研究復合地基與支護結構的力或者位移產(chǎn)生的變化，從而更好的指導實踐。
【專利說明】
復合地基與支護結構共同性狀的離心模型試驗裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及地基模型，特別是復合地基與支護結構共同性狀的離心模型試驗
目.0
【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)巖土工程室內(nèi)試驗是在常重力條件下進行的，由于無法或很難再現(xiàn)現(xiàn)場實際尺寸條件，因此常為縮尺模型，依據(jù)土體自重應力，縮尺模型帶來的是土體深度h的倍縮，進而改變土體自重應力場，對以自重為主要荷載的結構，不能反映原型應力狀態(tài)，導致模型試驗無法模擬原型所發(fā)生的現(xiàn)象。
[0003]土工離心模型試驗能夠真實模擬重力場的存在，再現(xiàn)工程實際應力狀態(tài)，被廣大學者公認是目前進行巖土工程技術研究中最先進、最有效的試驗方法，土工離心模型試驗相對于原型觀測、室內(nèi)常重力場試驗機數(shù)值分析模擬方法具有不可替代和獨特的優(yōu)勢。
[0004]隨復合地基理論日漸成熟，大量多高層建筑采用了CFG粧復合地基。目前，國內(nèi)外缺乏針對側向開挖條件下既有復合地基力學性狀及其基坑支護結構理論的研究使工程界缺乏正確進行此類基坑工程設計的理論和方法，設計人員一般忽略既有復合地基增強體，無視既有群粧能夠減少支護結構位移的有利作用，而把復合地基看成原狀土，保守的進行基坑工程設計，造成了大量的資源浪費，同時，這樣的設置所測得數(shù)據(jù)準確性較低，不能更為實際地反應實際工程問題。
[0005]綜上所述，隨著地下工程的大型化、復雜化，以往依賴工程經(jīng)驗的做法將不能滿足設計、施工要求，開展基坑工程離心模型試驗能有效地研究基坑工程問題，促進基坑工程理論和數(shù)值模擬的完善。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型的目的是本實用新型提供了一種復合地基與支護結構共同性狀的離心模型試驗裝置，該裝置作為復合地基與支護結構的試驗裝置，可用于對臨近復合地基基坑開挖力學性能的研究，對建立以保證復合地基安全為目標的基坑支護設計理論和方法，具有緊迫的工程價值和長遠的理論意義。
[0007]為了達成上述目的，本實用新型采用如下技術方案:
[0008]復合地基與支護結構共同性狀的離心模型試驗裝置，包括模型箱，在模型箱內(nèi)設有地基土，地基土內(nèi)豎直嵌有用于模擬支護墻的支護板，在模型箱內(nèi)支護板的一側豎直設有多個基粧模型粧，嵌有基粧模型粧的地基土頂部設置墊層，地基土、基粧模型粧和褥墊層共同形成復合地基，由此復合地基與支護板共同存在更加符合實際施工環(huán)境，在支護板的另一側設置用于模擬開挖的開挖區(qū)；整個試驗裝置可根據(jù)需求設置用于測試在基坑開挖時，復合地基中地基土變形位移數(shù)據(jù)等的測試系統(tǒng);這樣在開挖區(qū)進行開挖時，研究復合地基與支護結構的力或者位移產(chǎn)生的變化，從而更好的指導實踐。
[0009]進一步地，為了便于觀察，模型箱為透明材料制成。
[0010]進一步地，在模型箱的外側設置多個用于提供定位參考的PIV標記點，這樣便于分析照相片中土顆粒像素的實際位置，還包括安裝于離心機大梁和模型箱內(nèi)開挖區(qū)的多個攝像機，根據(jù)攝像裝置所得照片像素分析即可得出土體的位移情況。
[0011 ] 進一步地，所述墊層為褥墊層，所述褥墊層為粗砂層。
[0012]進一步地，在基粧模型粧的表面涂覆有增加摩擦系數(shù)的環(huán)氧涂層，環(huán)氧涂層中帶有砂子;為了增加基粧模型粧表面的摩擦系數(shù)，需要在其表面涂一層厚度在0.5mm左右厚度的環(huán)氧涂層，在環(huán)氧涂層干凝前灑上砂子，待凝固后形成一定的摩擦表面，增大摩擦系數(shù)，其間距根據(jù)實際間距按照加速度比例系數(shù)確定或根據(jù)實驗需要確定。
[0013]進一步地，用于模擬開挖的開挖區(qū)為內(nèi)部裝有土的土袋，土袋外表面設有便于移出土袋的吊環(huán)，這樣的設置大大方便了開挖裝置對土層的開挖。
[0014]進一步地，所述支護板為鋁板，根據(jù)抗彎剛度等效原則制作，用于模擬支護粧。
[0015]進一步地，所述基粧模型粧為CFG粧，由鋁合金管按照抗壓剛度等效制成。
[0016]進一步地，所述基粧模型粧的底部呈圓錐狀，便于插入地基土中，上端封口，其長度根據(jù)離心機離心加速度比例大小確定，加速度比例系數(shù)就是離心機加速度值，試驗前綜合考慮后確定的離心機加速度值，確定這個加速度值后模型試驗中的各個單位需按照規(guī)定以這個比例縮小，比如加速度大小為40，模型長度尺寸單位就應該是原型的1/40大小。
[0017]所述的離心模型試驗裝置的制造方法，具體步驟如下:
[0018]I)在模型箱內(nèi)采用砂雨法設置設定厚度的地基土；
[0019]2)在地基土中豎直設置支護板，在支護板的一側繼續(xù)設置地基土到設定的厚度；
[0020]3)在地基土中設置多根基粧模型粧并繼續(xù)采用砂雨法至地基土高度與基粧模型粧的頂端齊平；
[0021]4)在步驟I)至步驟3)進行的同時，根據(jù)挖斗土方制作土袋；
[0022]5)將土袋放置于支護板的另一側作為開挖區(qū)；
[0023]6)在步驟3)完成后或者在步驟5)完成后，嵌有基粧模型粧的地基土頂部采用砂雨法設置粗砂作為褥墊層。
[0024]在步驟I)和步驟6)中均采用一線點式砂雨法，控制落距、出沙孔尺寸和出沙頭總流量以達到目標相對密實度。
[0025]本實用新型的有益效果是:
[0026]I)本實用新型中的試驗裝置原理簡單，結構構造清晰，便于安裝制造，造價低廉。
[0027]2)通過地基土、基粧模型粧和褥墊層共同形成復合地基作為實際工況的施工環(huán)境，與實際施工工況一致，符合地基土實際應力變化，通過整個試驗裝置的研究，獲得的數(shù)據(jù)具有實際研究意義。
[0028]3)根據(jù)實際施工環(huán)境制作的試驗裝置，利用基粧模型裝代替實際中的基粧、土袋代替要開挖的土層、支護板模擬支護粧，雖結構簡單，但實用性高，有利于實際工況的研究。
【附圖說明】
[0029]圖1是本實用新型的俯視圖。
[0030]圖2是本實用新型圖1的1-1剖面圖。
[0031]圖3是本實用新型圖2的2-2剖面圖。
[0032]圖中:丨、模型箱;2、地基土;3、基粧模型粧;4、褥墊層;5、土袋;6、支護板。
【具體實施方式】
[0033]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述。
[0034]如圖1-圖3所示，復合地基與支護結構共同性狀的離心模型試驗裝置，包括模型箱I，為了便于觀察，模型箱I為透明材料制成，在模型箱I內(nèi)設有地基土2，地基土2內(nèi)豎直嵌有用于模擬支護墻的支護板6，使得模型箱內(nèi)分為兩個區(qū)域，一側為復合地基區(qū)，另一側為開挖區(qū)，所述支護板為鋁板，根據(jù)抗彎剛度等效原則制作，在模型箱I內(nèi)支護板6的一側豎直設有多個基粧模型粧3，嵌有基粧模型粧3的地基土頂部設置褥墊層4，地基土 2、基粧模型粧3和褥墊層4共同形成復合地基，由此復合地基與支護板6共同存在更加符合實際施工環(huán)境，在支護板6的另一側設置用于模擬開挖的開挖區(qū)；整個試驗裝置可根據(jù)需求設置用于測試在基坑開挖時，復合地基中地基土2變形位移數(shù)據(jù)等的測試系統(tǒng)；這樣在開挖區(qū)進行開挖時，研究復合地基與支護結構的力或者位移產(chǎn)生的變化，從而更好的指導實踐。
[0035]墊層可以是柔性也可以是剛性，剛性墊層一般是C7.5-C10的混凝土搗成，它適用于薄而大的整體面層和塊狀面層;柔性墊層(褥墊層)一般是用各種散材料，如砂、爐渣、碎石、灰土等加以壓實而成，它適用于較厚的塊狀面層。
[0036]在模型箱I的外側設置多個PIV標記點，多個攝像機分別安裝在離心機大梁上和模型箱I內(nèi)開挖區(qū)的上方。
[0037]進一步地，在基粧模型粧3表面涂覆有增加摩擦系數(shù)的環(huán)氧涂層，環(huán)氧涂層中帶有砂子;為了增加基粧模型粧表面的摩擦系數(shù)，需要在其表面涂一層厚度在0.5_左右厚度的環(huán)氧涂層，在環(huán)氧涂層干凝前灑上砂子，待凝固后形成一定的摩擦表面，增大摩擦系數(shù)，其間距根據(jù)實際間距按照加速度比例系數(shù)確定或根據(jù)實驗需要確定。
[0038]用于模擬開挖的開挖區(qū)為內(nèi)部裝有土的土袋5，土袋5外表面設有便于移出土袋的吊環(huán)，這樣的設置大大方便了開挖裝置對土層的開挖。
[0039]為符合實際施工環(huán)境，所述基粧模型粧3為CFG粧，由鋁合金管按照抗壓剛度等效制成，所述基粧模型粧3的底部呈圓錐狀，便于插入地基土2中，上端封口，其長度根據(jù)離心機離心加速度比例大小確定，離心加速度在試驗前根據(jù)試驗需要確定，一般綜合考慮場地面積、支護粧和CFG粧粧長、地層條件、室內(nèi)模型試驗比尺、離心機參數(shù)等因素，選定離心模型試驗比尺為，即離心機設定速度，確定離心機加速度后試驗中的各項單位需要按規(guī)定進行折減換算，這里的長度單位換算為:模型中的長度尺寸=實際長度尺寸/離心加速度。
[0040]離心模型試驗裝置的制造方法，具體步驟如下:
[0041]I)在模型箱I內(nèi)采用砂雨法設置設定厚度的地基土 2;
[0042]2)在地基土 2中豎直設置支護板6，在支護板6的一側繼續(xù)設置地基土 2到設定的厚度；
[0043]3)在地基土 2中設置多根基粧模型粧3，基粧模型粧3為CFG粧，根據(jù)加速度比例系數(shù)，預先計算好CFG粧高度h2，取地基土高度lu+CFG粧高度h2*CFG高度的兩倍左右，即取In= h2，并在模型箱壁對應位置In、h2處標記刻度，將預先制備好的地基土 2用砂雨法置入模型箱I內(nèi)，在地基土高度In略高處后停止砂雨法置砂，利用水平細線找齊CFG粧上端，布置各個CFG粧于地基土2中，水平細線齊平預定位置h3下端處，再次利用砂雨法在復合地基區(qū)澆砂于模型箱I中至高度h3下端處；
[0044]4)在步驟I)至步驟3)進行的同時，根據(jù)挖斗土方折算制作土袋5，通過基坑開挖裝置移出土袋5，實現(xiàn)基坑模型開挖。土袋5采用高強度布料制作，根據(jù)開挖需要進行尺寸設計并縫合，保留頂蓋不縫合；
[0045]5)將土袋5放置于支護板6的另一側作為開挖區(qū)；
[0046]6)在步驟3)完成后或者在步驟5)完成后，在嵌有基粧模型粧3的地基土 2頂部采用砂雨法設置粗砂作為褥墊層4，通過控制落距、出砂孔尺寸和出砂頭總流量以達到目標相對密實度，褥墊層厚度根據(jù)離心加速度比例系數(shù)確定。
[0047]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.復合地基與支護結構共同性狀的離心模型試驗裝置，其特征在于，包括模型箱，在模型箱內(nèi)設有地基土，地基土內(nèi)豎直嵌有用于模擬支護墻的支護板，在模型箱內(nèi)支護板的一側豎直設有多個基粧模型粧，嵌有基粧模型粧的地基土頂部設置墊層，地基土、基粧模型粧和褥墊層共同形成復合地基，在支護板的另一側設置用于模擬開挖的開挖區(qū)。2.如權利要求1所述的離心模型試驗裝置，其特征在于，模型箱為透明材料制成，所述墊層為褥墊層。3.如權利要求2所述的離心模型試驗裝置，其特征在于，在模型箱的外側設置多個用于提供定位參考的PIV標記點，還包括安裝于離心機大梁和模型箱內(nèi)開挖區(qū)的多個攝像機。4.如權利要求1或2所述的離心模型試驗裝置，其特征在于，所述褥墊層為粗砂層。5.如權利要求1或2所述的離心模型試驗裝置，其特征在于，在基粧模型粧的表面涂覆有增加摩擦系數(shù)的環(huán)氧涂層，環(huán)氧涂層中帶有砂子。6.如權利要求1或2所述的離心模型試驗裝置，其特征在于，用于模擬開挖的開挖區(qū)為內(nèi)部裝有土的土袋，土袋外表面設有便于移出土袋的吊環(huán)。7.如權利要求1或2所述的離心模型試驗裝置，其特征在于，所述支護板為鋁板。8.如權利要求1或2所述的離心模型試驗裝置，其特征在于，所述基粧模型粧為CFG粧，由鋁合金管按照抗壓剛度等效制成。9.如權利要求8所述的離心模型試驗裝置，其特征在于，所述基粧模型粧的底部呈圓錐狀。
【文檔編號】E02D33/00GK205530405SQ201620388546
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月30日
【發(fā)明人】李連祥, 黃佳佳, 符慶宏, 胡峰
【申請人】山東大學