CN103088847A - 一种地基加固离心模型试验砂桩制作装置及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地基加固离心模型试验砂桩制作装置，所述地基加固离心模型试验砂桩制作装置包括延长铝管、支架、圆形铝管、半圆铝管、实心管、钻头；延长铝管、圆形铝管和支架三者配合使用；钻头与圆形铝管配合使用；实心管与圆形铝管配合使用。本发明提供的地基加固离心模型试验砂桩制作装置及制作方法可以很容易地在离心模型中制作砂桩而不必经过创造性的劳动，制作的模型可以用来研究砂桩的力学性能、砂桩加固地基地面沉降模式、桩与周围土之间的荷载分布模式，为进一步研究各种桩基础的力学特性提供参考模型。

Description

一种地基加固离心模型试验砂桩制作装置及制作方法

技术领域

本发明属于建筑技术领域，尤其涉及一种地基加固离心模型试验砂桩制作装置及制作方法。

背景技术

土工离心模型试验是根据离心力场和重力场等价原理，并考虑到土工材料的非线性和自重应力对土工结构的影响，把经过1/n缩尺的原型结构物置于n倍重力加速度的离心场中，使模型和原型相应点达到应力应变相同、变形相似、破坏机理相同，从而再现原型特性，为理论和数值分析方法提供真实可靠的参考依据。离心模型试验已经在边坡稳定性影响因素分析、软土地基改良加固、基础工程、隧道工程、高土石坝等，以及近期发展起来的在环境岩土工程、地震工程、模拟动态施工方面得到了广泛运用。对具体工程进行现场长期监测具有很大难度，而且现场的外部环境随着时间的延长往往变化很大，现场的土层条件和水文地质条件往往很复杂，影响量测结果的因素较多，所以目前关于这方面的数据资料仍然非常缺乏。而理论在假设上过于理想化，计算公式十分繁琐，所得结果也与实际沉降值往往偏差较大。室内一般模型试验虽然可以根据需要控制条件，获得有参考价值的数据，但是相似度不够大，且历时较长。而土工离心模型试验与室内一般模型试验相比，能够使模型达到与原型相同的应力水平，并且可以模拟长时间的工程情况，为进一步研究具体工程的破坏机理影响因素及规律、验证理论分析的正确性、建立数学预测模型提供可靠的依据，愈加得到广泛运用。

但是，离心模型试验模型的制作要求与实际工程情况尽可能相符。若模型与实际存在偏差，则在n倍重力加速度的离心场中，偏差将被进一步放大，得到的试验结果并不具有指导意义，因此研究如何制作与实际工程情况相符的离心模型试验的模型是非常必要和有意义的。

目前，在离心模型试验研究领域，尚无制作砂桩的相关装置和方法。与本发明相似的产品主要是单纯研究土体固结或土中应力的装置及方法，如长安大学谢永利等人的发明专利“离心模型试验装置的土体固结沉降仪”(申请号：201010614459.2)、清华大学宋飞等人的发明专利“一种离心模型挡土墙试验设备”(专利编号：200910131281.3)、同济大学唐益群等人的发明专利“一种有工程环境效应引起地面沉降的模型及其试验方法”(申请号：201110054057.6)。此外还有其他一些离心模型试验的装置及方法。此类装置和方法，都是单纯为了研究土体的固结沉降或土中应力，并未涉及到如何制作与实际相符的离心模型试验的模型，特别是涉及在离心模型试验模型中制作砂桩的装置和方法。

发明内容

本发明针对现有离心模型试验中存在的主要局限于单纯研究土的固结沉降问题，这些问题所对应的离心模型一般只含有一种土或几层分层的土，制作相对简单，经过简单的尺度缩放即可满足，但是这类模型所能解决的工程问题相对有限等问题，提出了一种地基加固离心模型试验砂桩制作装置及制作方法。

本发明的目的在于提供一种地基加固离心模型试验砂桩制作装置，所述地基加固离心模型试验砂桩制作装置包括延长铝管、支架、圆形铝管、半圆铝管、实心管、钻头；

延长铝管、圆形铝管和支架三者配合使用；钻头与圆形铝管配合使用；实心管与圆形铝管配合使用。

进一步，所述支架的上横梁两边缘处设有固定用螺栓孔。

进一步，所述圆形铝管为两端开口的圆形铝管。

本发明的另一目的在于提供一种地基加固离心模型试验砂桩制作方法，所述制作方法包括以下步骤：

第一步、通过上横梁两边缘处的螺栓孔用螺栓将支架固定在离心模型试验箱适当位置处；

第二步、通过延长铝管将一根两端开口的圆形铝管压进软土，用钻头钻除圆形铝管中的土；

第三步、压入圆形铝管至适当深度。第二次顶进圆形铝管至适当深度处，用钻头清除圆形铝管中的土，重复第三步直至圆形铝管被顶至所要求的深度并用钻头取出圆形铝管中的土；

第四步、每一根圆形铝管中残留的土用实心管清除干净；

第五步、分批向每一根圆形铝管中倒入适量砂子，一边拔出圆形铝管一边压实砂子，直到圆形铝管全部拔出，砂子全部压实，完成单个砂桩的制作；

第六步、重复第二步至第五步，完成单排砂桩的制作；

第七步、为减少对土的扰动，在制作新的砂桩时，可选择优先制作距离已制作完成的砂桩较远处的砂桩，重复第二步至第六步完成新一排砂桩的制作；

第八步、重复第七步直至所有的全砂桩制作完成。

进一步，所述制作方法还包括半圆砂桩的制作，步骤主要包括：

第一步、根据设计的半圆砂桩的位置，在离心模型试验箱塑料玻璃一侧相应位置全部插入半圆铝管；

第二步、移除玻璃板。将模型箱旋转90°，使得玻璃面朝上，将模型箱的玻璃板移除；

第三步、将半圆铝管连同铝管里面的土全部移除；

第四步、向每一个半圆沟槽中装入适量砂子并压实；

第五步、放回模型箱的玻璃板并旋转模型箱至原先角度，完成整个砂桩的制作。

本发明提供的地基加固离心模型试验砂桩制作装置及制作方法可以很容易地在离心模型中制作砂桩而不必经过创造性的劳动，制作的模型可以用来研究砂桩的力学性能、砂桩加固地基地面沉降模式、桩与周围土之间的荷载分布模式，为进一步研究各种桩基础的力学特性提供参考模型。

附图说明

图1是本发明实施例提供的地基加固离心模型试验砂桩制作装置的示意图；

图2是本发明实施例提供的地基加固离心模型试验圆形砂桩制作方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的地基加固离心模型试验半圆砂桩制作方法的流程图；

图4是本发明实施例提供的圆形铝管压入图；

图5是本发明实施例提供的钻头钻土图；

图6是本发明实施例提供的实心管清理土图；

图7是本发明实施例提供的压砂拔管图；

图8是本发明实施例提供的半圆铝管压入图。

图中：1、延长铝管；2、支架；3、圆形铝管；4、半圆铝管；5、实心管；6、钻头。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例提供的地基加固离心模型试验砂桩制作装置的结构为：

延长铝管1、支架2和圆形铝管3三者配合使用；钻头6与圆形铝管3配合使用；实心管5与圆形铝管3配合使用。

如图2-8所示，本发明实施例提供的地基加固离心模型试验砂桩制作方法的流程为：

S101：将支架2固定。通过上横梁两边缘处的螺栓孔用螺栓将支架2固定在离心模型试验箱适当位置处；

S102：将圆形铝管3压入软土中。通过延长铝管2将一根两端开口的圆形铝管3压进软土，用钻头6钻除圆形铝管3中的土；

S103：压入圆形铝管3至适当深度。第二次顶进圆形铝管3至适当深度处，用钻头6清除圆形铝管3中的土，重复S103直至圆形铝管3被顶至所要求的深度并用钻头6取出圆形铝管3中的土；

S104：清除圆形铝管3中的土。每一根圆形铝管3中残留的土用实心管5清除干净；

S105：制成单个砂桩。分批向每一根圆形铝管3中倒入适量砂子，一边拔出圆形铝管3一边压实砂子，直到砂子全部压实，圆形铝管3全部拔出，完成单个砂桩的制作；

S106：完成单排砂桩。重复S102-S105，完成单排砂桩(不包括边缘处半圆砂桩)的制作；

S107：制作新一排的砂桩。为减少对土的扰动，在制作新的砂桩时，可选择优先制作距离已制作完成的砂桩较远处的砂桩，重复S102-S106完成新一排砂桩(不包括边缘处半圆砂桩)的制作；

S108：完成整个砂桩。重复S107直至所有的全砂桩制作完成。

如图3所示，本发明实施例提供的地基加固离心模型试验半圆砂桩的制作方法的流程为：

S201：插入半圆铝管4。根据设计的半圆砂桩的位置，在离心模型试验箱塑料玻璃一侧相应位置全部插入半圆铝管4；

S202：移除玻璃板。将模型箱旋转90°，使得玻璃面朝上，将模型箱的玻璃板移除；

S203：移除半圆铝管4。将半圆铝管4连同铝管里面的土全部移除；

S204：填入砂子。向每一个半圆沟槽中装入适量砂子并压实；

S205：完成制作。放回模型箱的玻璃板并旋转模型箱至原先角度，完成整个砂桩的制作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种地基加固离心模型试验砂桩制作装置，其特征在于，所述地基加固离心模型试验砂桩制作装置包括延长铝管、支架、圆形铝管、半圆铝管、实心管、钻头；

延长铝管、圆形铝管和支架三者配合使用；钻头与圆形铝管配合使用；实心管与圆形铝管配合使用。

2.如权利要求1所述的地基加固离心模型试验砂桩制作装置，其特征在于，所述支架的上横梁两边缘处设有螺栓孔。

3.如权利要求1所述的地基加固离心模型试验砂桩制作装置，其特征在于，所述圆形铝管为两端开口的圆形铝管。

4.一种地基加固离心模型试验砂桩制作方法，其特征在于，所述制作方法包括以下步骤：

第一步、通过上横梁两边缘处螺栓孔用螺栓将支架固定在离心模型试验箱适当位置处；

第二步、通过延长铝管将一根两端开口的圆形铝管压进软土，用钻头钻除圆形铝管中的土；

第三步、压入圆形铝管至适当深度。第二次顶进圆形铝管至适当深度处，用钻头清除圆形铝管中的土，重复第三步直至圆形铝管被顶至所要求的深度并用钻头取出圆形铝管中的土；

第四步、每一根圆形铝管中残留的土用实心管清除干净；

第五步、分批向每一根圆形铝管中倒入适量砂子，一边拔出圆形铝管一边压实砂子，直到圆形铝管全部拔出，砂子全部压实，完成单个砂桩的制作；

第六步、重复第二步至第五步，完成单排砂桩的制作；

第七步、为减少对土的扰动，在制作新的砂桩时，可选择优先制作距离已制作完成的砂桩较远处的砂桩，重复第二步至第六步完成新一排砂桩的制作；

第八步、重复第七步直至所有的全砂桩制作完成。

5.如权利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述制作方法还包括半圆砂桩的制作，步骤主要包括：

第一步、根据设计的半圆砂桩的位置，在离心模型试验箱塑料玻璃一侧相应位置全部插入半圆铝管；

第二步、移除玻璃板。将模型箱旋转90°，使得玻璃面朝上，将模型箱的玻璃板移除；

第三步、将半圆铝管连同铝管里面的土全部移除；

第四步、向每一个半圆沟槽中装入适量砂子并压实；

第五步、放回模型箱的玻璃板并旋转模型箱至原先角度，完成整个砂桩的制作。

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