CN102704459A - 一种强夯法加固软土地基室内模型试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种强夯法加固软土地基室内模型试验装置。目前强夯法加固理论缺乏室内模型试验数据的支持，虽然一些室内强夯模型装置已经得到一定应用，但这些模型装置大多为半模型装置，试验准确性得不到保证。本发明装置通过人工控制精确定点落锤强夯，拥有多种类型模型锤及不同可视化、可量测的落距，从而能提供不同能级的单击强夯能；另外本发明装置可以直接方便实时观测强夯作用下软土土体内部变形，并可以测得动应力等相关数据，有效解决现有技术中存在的诸多不足之处。

Description

一种强夯法加固软土地基室内模型试验装置

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种强夯法加固软土地基室内模型试验装置。

背景技术

强夯法处理地基是六十年代末由法国梅纳(Menard)技术公司首先创造的。这种方法是将很重的锤(一般为100～400kN)从高处自由落下落(落距一般为6-40m)给地基以冲击力和振动，从而提高土的强度并降低土的压缩性，改善土的振动液化条件和消除湿陷性黄土的湿陷性等作用。同时，夯击能还可以提高土层的均匀程度，减少将来可能出现的差异沉降。强夯法由于具有地基加固效果显著、设备简单、施工方便、适用范围广、经济易行和节省材料等优点，很快传播到世界各地。但是，目前对于强夯法加固软土地基的作用机理以及各种夯击参数对强夯加固效果的影响的研究还不够，而且强夯法的设计和施工多处于半理论半经验状态，现场施工参数人需要大量的现场试验确定，缺乏必要的理论依据。但同时由于受场地条件等得影响，现场试验实施复杂，且可进行现场试验的工程有限，导致不方便进行大量现场试验，因此目前强夯法加固理论缺乏室内模型试验数据的支持，存在较大的盲目性和不确定性。虽然一些室内强夯模型装置已经得到一定应用，但这些模型装置大多为半模型装置，试验准确性得不到保证，这些都制约了强夯法的进一步发展和完善。专利CN101832993A公开的半模试验箱也涉及强夯法加固地基模型试验，该试验箱中通过导向杆与4根限位杆、滑动螺栓来限制半圆模型锤的定位。本发明装置最大改进之处在于能实现夯锤的精确定位，解决了现有模型箱中的结构无法保证夯锤能精确定位的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种强夯法加固软土地基室内模型试验装置。

本发明提出的夯法加固软土地基室内模型试验装置，由固定横梁1、滑动槽2、固定滑轮3、长螺丝钢筋4、短螺丝钢筋5、滑动滑轮6、挂钩7、光滑钢丝绳8、定位杆9、圆饼形夯锤10、竖向支架11、连接支架12、模型箱13、土压力盒14、加速度传感器15、数据采集系统16和计算机组成17。其中，固定横梁1、滑动槽2、固定滑轮3、长螺丝钢筋4、短螺丝钢筋5、滑动滑轮6、挂钩7、光滑钢丝绳8、定位杆9、圆饼形夯锤10、竖向支架11组成加载系统；固定横梁1、竖向支架11和连接支架12组成中间框架结构，位于模型箱13上方；固定滑轮3焊接在滑动槽2边缘；滑动滑轮6通过短螺丝钢筋5及螺母与滑动槽2连接，可沿滑动槽2滑动；钢丝绳8一端通过挂钩7与圆饼形夯锤10相连，穿过滑动滑轮6和固定滑轮3，另一端自由垂下；滑动槽2通过两端预留的圆孔与长螺丝钢筋4相连，并且通过螺母控制固定以及沿长螺丝钢筋滑动；长螺丝钢筋4与固定横梁1通过螺母作用从而和下方框架结构连接于一体；中间框架结构通过螺丝螺母固定在模型箱13上部；模型箱13由有机玻璃18、侧面板19、背面板20、中间隔板21和底板22组成；土压力盒14埋设于土体中，土压力盒14数量由试验规模等具体情况决定；加速度传感器15放置于土体顶部。

本发明中，中间框架结构中的角钢共10根，上部固定横梁1有2根，中部竖向支架和模型箱13顶面连接支架12各4根。

本发明中，圆饼形夯锤10有φ60、φ80和φ100三种型号，并且每种夯锤中心处开有贯穿夯锤的小孔，夯锤顶面平均每120度连接一根细绳23，三根细绳23端部固定于小圆环24上。

本发明中，定位杆9为表面刻有刻度的小直径圆形光滑钢管，在加载前贯入夯锤10的中心孔中，用于定位和测量夯锤落距。

本发明中，模型箱13的正面是有机玻璃18，外表面刻有1cm×1cm的网格，用于控制布设的测点位置以及进行坐标读取的参考基准。

本发明的工作过程如下：

在模型箱13中分层填埋土样25，具体层数由试验需要确定，并在土样25中间设置带有颜色的土样作为标记线。土样25中预先埋设若干数量的土压力盒14，在土样25上部放置加速度传感器15。土压力盒14和加速度传感器15通过导线与外部数据采集系统16连接，进行数据采集。在加载前，将定位杆9贯入圆饼形夯锤10中心小孔中，通过滑动滑轮6在滑动槽2上的移动及滑动槽2在两端长螺丝钢筋4上的移动精确定位预设的夯击点，定位完毕后拧紧滑动滑轮6两侧短螺丝钢筋5上的螺母以及滑动槽2与长螺丝钢筋6相连部位的螺母进行固定，通过光滑钢丝绳8控制夯锤10上下移动得到所需要的夯锤落距，读取定位杆9的刻度值，然后放开光滑钢丝绳8让圆饼形夯锤10自由下落夯击土体，并可进行多次夯击。在整个夯击过程中，土样内部的土压力通过土压力盒14测试，土样内部变形，通过刻有网格线的有机玻璃18直接读取，土样表面加速度通过加速度传感器15测量。同样可重复以上过程精确定位土体其他夯击点进行试验。模型箱13中间设有不透水隔板21，通过开启和关闭隔板21可以做有关强夯加固范围对比试验。通过采集系统16采集到的土压力、加速度等数据以及观测到的土体变形，就可以分析强夯法的加固机理，研究分析强夯作用下各种夯击参数对强夯加固效果影响规律，优化强夯加固的设计方法。

本发明装置的优点在于首先可以人工控制精确定点落锤强夯，拥有多种类型模型锤及不同可视化、可量测的落距，从而能提供不同能级的单击强夯能；另外，本发明装置可以直接方便实时观测强夯作用下软土土体内部变形，并可以测得动应力等相关数据，为夯击参数对强夯效果的影响提供充足试验数据和理论支持，有效解决了目前室内强夯模型试验中存在的诸多不足之处。

附图说明

图1——本发明装置的前视图。

图2——本发明装置的俯视图。

图3——本发明装置的侧视图。

图4——本发明装置中滑动槽所用槽钢腿部改造详图。

图5——本发明装置中模型箱正面压力盒布置和测量装置。

图6——本发明装置中圆饼形夯锤详图。

具体实施方式

下面通过实施例进一步描述本发明。

实施例1，模型箱13尺寸为2000mm×1000mm×1000mm(W×L×H)。模型箱13的侧面板19、背面板20和底板22均为厚度30毫米的塑料板，模型箱13的正面为厚度10毫米的有机玻璃板18，模型箱中部隔板21为厚度10毫米的有机玻璃板，插入围绕模型箱内壁的橡胶槽内。开启隔板21时，模型箱13平面尺寸为2000mm×1000mm；关闭隔板21时，模型箱13变为平面尺寸为1000mm×1000mm的两个小型模型箱。与模型箱13相连的连接支架12中角钢分别为长度2000mm，宽度30mm，厚度4mm以及长度为1000mm，宽度30mm，厚度4mm沿长宽方向两种型号。竖向支架中角钢长度为1000mm，宽度30mm，厚度4mm，共4根。固定横梁1中角钢长度为1000mm，宽度30mm，厚度4mm，共2根。固定横梁1、竖向支架11以及连接支架12之间通过焊接固定在一起。长螺丝钢筋4直径为10mm，沿均长刻有螺纹，共两根。长螺丝钢筋4两端通过螺母固定在固定横梁1上，可拆卸。滑动槽2中槽钢为长度2200mm，高度50mm，腿宽37mm，腰厚4.5mm，槽钢两侧腿部的中间部位各凿开长度1900mm，深度11mm空心长槽，空心长槽两端凿出直径11mm圆孔，槽钢底部凿开1900mm，深度11mm空心长槽便于滑动滑轮6的滑动。长螺丝钢筋4穿过滑动槽2端部的圆孔，连接部位两侧各设有螺母。滑动槽2端部焊接一个固定滑轮6，滑轮直径为60mm。滑动滑轮6直径为80mm，套在短螺丝钢筋5中部，短螺丝钢筋5长度60mm，直径5mm，沿长度方向中间部位光滑，其他部位均刻有螺纹，短螺丝钢筋5两端插入滑动槽的腿部空心长槽中，可沿空心长槽自由滑动，短螺丝钢筋5端部套有螺母，可将其与滑动槽2固定在一起。光滑钢丝绳8一端连接挂钩7，可与圆饼形夯锤上10的小圆环24相连，另一端沿着滑动槽2穿过滑动滑轮6和固定滑轮3自由垂下。圆饼形夯锤10中心处开有贯穿夯锤的小孔，小孔直径为6mm，夯锤顶面平均每120度连接一根细绳23，三根细绳23端部固定于小圆环24上。定位杆9为直径5mm光滑钢管，表面沿长刻有均匀尺度，定位杆9可穿入圆饼形夯锤10中心孔中，用于定位夯击点和测量落距。试验过程中通过调节滑动槽2在长螺丝钢筋的滑动以及套在短螺丝钢筋5的滑动滑轮在滑动槽2的滑动实现夯击点的精确定位。模型箱中装满土样25，在土样25内部埋置17个土压力盒14，并在土样25顶部放置4个加速度传感器15。具体参照图1～图6，本领域的技术人员均能顺利实施本方案。

Claims (5)

1.一种强夯法加固软土地基室内模型试验装置，由固定横梁(1)、滑动槽(2)、固定滑轮(3)、长螺丝钢筋(4)、短螺丝钢筋(5)、滑动滑轮(6)、挂钩(7)、光滑钢丝绳(8)、定位杆(9)、圆饼形夯锤(10)、竖向支架(11)、连接支架(12)、模型箱(13)、土压力盒(14)、加速度传感器(15)、数据采集系统(16)和计算机(17)组成，其特征在于固定横梁(1)、滑动槽(2)、固定滑轮(3)、长螺丝钢筋(4)、短螺丝钢筋(5)、滑动滑轮(6)、挂钩(7)、光滑钢丝绳(8)、定位杆(9)、圆饼形夯锤(10)、竖向支架(11)组成加载系统；固定横梁(1)、竖向支架(11)和连接支架(12)组成中间框架结构，位于模型箱(13)上方；固定滑轮(3)焊接在滑动槽(2)边缘；滑动滑轮(6)通过短螺丝钢筋(5)及螺母与滑动槽(2)连接，可沿滑动槽(2)滑动；光滑钢丝绳(8)一端通过挂钩(7)与圆饼形夯锤(10)相连，穿过滑动滑轮(6)和固定滑轮(3)，另一端自由垂下；滑动槽(2)通过两端预留的圆孔与长螺丝钢筋(4)相连，并且通过螺母控制固定以及沿长螺丝钢筋(4)滑动；长螺丝钢筋(4)与固定横梁(1)通过螺母作用从而和下方框架结构连接于一体；中间框架结构通过螺丝螺母固定在模型箱(13)上部；模型箱(13)由有机玻璃(18)、侧面板(19)、背面板(20)、中间隔板(21)和底板(22)组成；土压力盒(14)埋设于土体中，加速度传感器(15)放置于土体顶部。

2.根据权利要求1所述的一种强夯法加固软土地基室内模型试验装置，其特征在于中间框架结构中的角钢共10根，上部固定横梁(1)有2根，中部竖向支架(11)和模型箱(13)顶面连接支架各4根。

3.根据权利要求1所述的一种强夯法加固软土地基室内模型试验装置，其特征在于圆饼形夯锤(10)有φ60、φ80和φ100三种型号，并且每种夯锤中心处开有贯穿夯锤的小孔，夯锤顶面平均每120度连接一根细绳(23)，三根细绳(23)端部固定于小圆环(24)上。

4.根据权利要求1所述的一种强夯法加固软土地基室内模型试验装置，其特征在于定位杆(9)为表面刻有刻度的小直径圆形钢管，在加载前贯入夯锤(10)的中心孔中，用于定位和测量夯锤落距。

5.根据权利要求1所述的一种强夯法加固软土地基室内模型试验装置，其特征在于模型箱(13)的正面是有机玻璃(18)，外表面刻有1cm×1cm的网格，用于控制布设的测点位置以及进行坐标读取的参考基准。

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