CN110261211A - 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 - Google Patents
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 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110261211A CN110261211A CN201910644027.7A CN201910644027A CN110261211A CN 110261211 A CN110261211 A CN 110261211A CN 201910644027 A CN201910644027 A CN 201910644027A CN 110261211 A CN110261211 A CN 110261211A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- model
- ball
- model test
- bracket system
- cross
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 97
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 title claims abstract description 21
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000005056 compaction Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000012800 visualization Methods 0.000 claims abstract description 7
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 46
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 46
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 29
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 26
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 25
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 22
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 7
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 7
- 210000004243 sweat Anatomy 0.000 claims description 7
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 6
- 238000009408 flooring Methods 0.000 claims description 6
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 claims description 5
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 4
- 238000009705 shock consolidation Methods 0.000 claims description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000013401 experimental design Methods 0.000 claims description 3
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 2
- 239000003550 marker Substances 0.000 claims description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 238000009527 percussion Methods 0.000 description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 2
- 201000004569 Blindness Diseases 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 239000003653 coastal water Substances 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 230000010534 mechanism of action Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000007794 visualization technique Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
- G01N1/36—Embedding or analogous mounting of samples
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/02—Details
- G01N3/06—Special adaptations of indicating or recording means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/30—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying a single impulsive force, e.g. by falling weight
- G01N3/303—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying a single impulsive force, e.g. by falling weight generated only by free-falling weight
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
- G01N1/36—Embedding or analogous mounting of samples
- G01N2001/366—Moulds; Demoulding
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/003—Generation of the force
- G01N2203/0032—Generation of the force using mechanical means
- G01N2203/0039—Hammer or pendulum
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
- G01N2203/0641—Indicating or recording means; Sensing means using optical, X-ray, ultraviolet, infrared or similar detectors
- G01N2203/0647—Image analysis
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
Abstract
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。
Description
技术领域
本发明涉及软土地基加固技术领域，尤其涉及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。
背景技术
国内外已经总结出一套适合于碎石土、黄土、非饱和粘性土等软土地基处理的强夯施工参数与经验，强夯法加固软弱土地基的过程有压密、液化、渗透变化、触变恢复四个过程。饱和砂土地基广泛分布于沿海、近海岛礁、内河水网地区，近几年海砂吹填技术在其建设中也是有着大量的应用，但是没有揭示强夯加固机理。目前，强夯加固饱和砂土地基的设计参数一般是根据现场试夯方法来确定，成本高、耗时长；同时受到地质复杂、冲击作用复杂等因素的影响，试夯方法很难全部符合较大夯击区域设计要求，存在不可控性，有必要揭示饱和砂土地基强夯加固作用机理，降低其工程设计、试夯的盲目性。现有的强夯模型试验方法是采用相似理论设计的非可视化试验方法，不能揭示强夯冲击作用下砂土颗粒的细观运动规律，不利于客观揭示强夯加固机理。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，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，可以实现夯击点的准确定位、强夯加固地基的细观可视化，对研究强夯饱和砂土地基的加固机理有积极的意义。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一方面，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，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、上部支架系统和定位装置；
所述下部支架系统包括第一空心钢管立柱、十字形稳定脚和三颗顶紧螺钉；所述第一空心钢管立柱下端竖直固定于十字形稳定脚的上表面，且第一空心钢管立柱与十字形稳定脚的中心对齐；所述顶紧螺钉设于第一空心钢管立柱上部，用于将上部支架系统固定于第一空心钢管立柱上，三颗顶紧螺钉相位角为120°；
所述上部支架系统包括第二空心钢管立柱和横向支撑，所述第二空心钢管立柱下端插接于第一空心钢管立柱上端，并通过三颗顶紧螺钉进行固定；所述第二空心钢管立柱上端与横向支撑的下端中部固定连接，所述横向支撑为竖向不封闭矩形结构，上端与定位装置相连接；
所述定位装置包括水平标尺、垂直标尺、十字双向限位机构和夯点定位孔；水平标尺、垂直标尺、十字双向限位机构选用合金结构钢材质的游标卡尺；所述垂直标尺两端固定于横向支撑的凹向开口处；所述十字双向限位机构包括安装于水平标尺上的水平向限位装置和垂直标尺上的垂直向限位装置，垂直向限位装置上表面与水平向限位装置的下表面焊接，能独立完成与水平标尺和垂直标尺在水平方向和垂直方向的相对移动；所述夯点定位孔为设于水平标尺末端的小孔，用于穿过系住夯锤的绳子；
安装时，将下部支架系统安放在平整室内地面上；上部支架系统中的空心钢管立柱插入下部支架系统的空心钢管立柱中，通过下部支架系统上的三颗顶紧螺钉调整定位装置高度、夯击落距高度；将水平标尺沿着十字双向限位机构移动，定位夯击点的y轴坐标；移动十字双向限位机构沿垂直标尺移动，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，然后夯锤自由落体，夯击待加固地基；
模型试验箱体的长×宽×高尺寸为400mm×100mm×200mm，在对角线位置固定有直径10mm的注水管；箱体两侧高130mm处设有直径10mm、间隔10mm的排水孔；模型试验箱体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；
标记球布设板为条形薄钢板，薄钢板长度比模型试验箱体的长边小10mm，在薄钢板中线等间距钻小孔，孔径为大于标记球直径1mm。
另一方面，本发明还提供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，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、将下部支架系统安放在平整室内地面，将水平尺放在十字形稳定脚上面，使用垫片将其调平；上部支架系统中的第二空心钢管立柱插入下部支架系统的第一空心钢管立柱中，通过下部支架系统上的三颗顶紧螺钉调整定位装置高度、夯击落距高度；
步骤4.7、将水平标尺沿着十字双向限位机构移动，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沿垂直标尺移动，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，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。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的强夯法加固饱和砂土地基的细观可视化模型试验装置及方法，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，进而能够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，对研究强夯饱和砂土地基的加固机理具有积极的意义。
附图说明
图1为本发明实施例提供的强夯定位装置立体结构示意图；
图2为本发明实施例提供的下部支架系统结构示意图；其中(a)为正视图，(b)为俯视图；
图3为本发明实施例提供的上部支架系统结构示意图；其中(a)为正视图，(b)为左视图；
图4为本发明实施例提供的定位装置结构示意图；其中(a)为正视图，(b)为图(a)中十字双向限位机构R4的局部放大图，(c)为图(a)中的A-A剖面图；
图5为本发明实施例提供的模型试验箱体结构示意图；
图6为本发明实施例提供的标记球布设板结构示意图；
图7为本发明实施例提供的X光机拍摄的土颗粒运动轨迹图；其中，(a)为3击X光片，(b)为6击X光片，(c)为9击X光片；
图8为本发明实施例提供的各层标记球编号示意图；
图9为本发明实施例提供的标记球原始布置图；
图10为本发明实施例提供的第一层标记颗粒细观运动轨迹图。
图中：R1、下部支架系统；R2、上部支架系统；R6、定位装置；R7、第一空心钢管立柱；R8、十字形稳定脚；R9、顶紧螺钉；R10、第二空心钢管立柱；R11、横向支撑；R3、水平标尺；R5、垂直标尺；R4、十字双向限位机构；R12、夯点定位孔；R13、水平向限位装置；R14、垂直向限位装置；R15、模型试验箱体；R16、注水管；R17、排水孔；R18、标记球布设板；R19、布设板小孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
一种强夯法加固饱和砂土地基的细观可视化模型试验装置，包括强夯定位装置、模型试验箱体、标记球布设板和标记球。
强夯定位装置包括下部支架系统R1、上部支架系统R2和定位装置R6，如图1所示。
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，如图2所示。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。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°。
上部支架系统R2包括第二空心钢管立柱R10和横向支撑R11，如图3所示。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，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，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。
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，如图4所示。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。垂直标尺R5两端固定于横向支撑R11的凹向开口处。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的水平向相对移动和垂直向相对移动。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沿十字双向限位机构R4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，其结构如图5所示，在对角线位置固定有直径10mm的注水管R16。箱体两侧高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。本实施例中模型试验箱体为亚克力板箱。
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。本实施例中标记球为铅珠。
标记球布设板R18为薄钢板，薄钢板长度比模型试验箱体R15长边小10mm，在薄钢板中线等间距钻小孔R19，孔径为大于铅珠直径1mm，如图6所示。
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，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，具体方法如下所述。
步骤1、选择X光机参数、标记球材料、试验箱体材料，确定模型试验箱体壁厚。
X光机选择电离辐射的X射线发生器，频率50-60Hz，输入功率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(亚克力板)、标准砂、标记球(铅珠)的原子数分别为15、14、82，标记球的原子数与箱体、标准砂存在较大差异，在X射线下可以成像。同时，根据X光机的功率确定模型试验箱体厚度为100mm。
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、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、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。
本实施例中，以相似第二定理和量纲分析法为理论依据建立室内模型试验，模拟现场3000kN·m能级的强夯法加固饱和砂土的施工，确定相似条件如下：
确定落距相似系数Ch＝40，从而得到模型试验参数如表1所示。
表1模型试验参数
设计制作具体的模型试验箱体尺寸、标记球尺寸、模型地基参数以及夯击参数如表2所示。
表2试验仪器和材料
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＝30mm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＝20mm；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，将铅珠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＝6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＝130mm；
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＝130mm厚度标准砂达到饱和；
步骤4.5、使用落雨法填筑厚度h2＝20mm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，确定夯击落距高度0.375m；
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；
本实施例中饱和砂土颗粒的在夯击作用下的X光片如图7所示，包括3击X光片、6击X光片和9击X光片；
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；
本实施例中，各层标记球的编号如图8所示；
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，如图9所示；
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。本实施例中，以第一层标记球为例，土颗粒细观运动轨迹图如图10所示。
本实施例的这种利用X射线扫描饱和砂土地基中标记球空间位置变化的方法，实现了强夯法加固饱和砂土地基的土颗粒细观运动规律的揭示，该方法和试验装置具有独创性和可行性，为地基处理的机理和规律研究提供一种切实可行的方法，具有较高的价值。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。
Claims (2)
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910644027.7A CN110261211A (zh) | 2019-07-17 | 2019-07-17 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910644027.7A CN110261211A (zh) | 2019-07-17 | 2019-07-17 | 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 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110261211A true CN110261211A (zh) | 2019-09-20 |
Family
ID=67926682
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910644027.7A Pending CN110261211A (zh) | 2019-07-17 | 2019-07-17 | 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 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110261211A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111103179A (zh) * | 2020-01-03 | 2020-05-05 | 西安建筑科技大学 | 一种cfrp/钢板组合试件的制作装置及制作方法 |
| CN112281797A (zh) * | 2020-11-16 | 2021-01-29 | 中铁十六局集团电气化工程有限公司 | 一种地基强夯试验的施工方法 |
| CN112858110A (zh) * | 2021-04-15 | 2021-05-28 | 西南科技大学 | 一种用于土壤中污染物迁移转化实验的实验装置及方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010266237A (ja) * | 2009-05-12 | 2010-11-25 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 突固め試験用治具及び突固め試験用供試体作成方法 |
| CN102704459A (zh) * | 2012-03-30 | 2012-10-03 | 王军 | 一种强夯法加固软土地基室内模型试验装置 |
| CN202562460U (zh) * | 2012-05-10 | 2012-11-28 | 贵州正业工程技术投资有限公司 | 强夯地基物料位移检测装置 |
| CN104749054A (zh) * | 2015-03-13 | 2015-07-01 | 同济大学 | 三维可操控强夯模拟离心机试验机械手装置 |
| CN105986582A (zh) * | 2015-01-29 | 2016-10-05 | 山东大学 | 强夯加固不同地下水位地基室内模型装置及测试方法 |
| CN107905202A (zh) * | 2017-11-09 | 2018-04-13 | 东南大学 | 高流变软土强夯置换时填料的运移轨迹探测实验装置 |
| CN107984631A (zh) * | 2017-11-15 | 2018-05-04 | 郑州格瑞塔电子信息技术有限公司 | 一种建筑墙体打孔用定位装置 |
| CN211061292U (zh) * | 2019-07-17 | 2020-07-21 | 中冶沈勘工程技术有限公司 | 强夯加固饱和砂土地基的细观可视化模型试验装置 |
-
2019
- 2019-07-17 CN CN201910644027.7A patent/CN110261211A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010266237A (ja) * | 2009-05-12 | 2010-11-25 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 突固め試験用治具及び突固め試験用供試体作成方法 |
| CN102704459A (zh) * | 2012-03-30 | 2012-10-03 | 王军 | 一种强夯法加固软土地基室内模型试验装置 |
| CN202562460U (zh) * | 2012-05-10 | 2012-11-28 | 贵州正业工程技术投资有限公司 | 强夯地基物料位移检测装置 |
| CN105986582A (zh) * | 2015-01-29 | 2016-10-05 | 山东大学 | 强夯加固不同地下水位地基室内模型装置及测试方法 |
| CN104749054A (zh) * | 2015-03-13 | 2015-07-01 | 同济大学 | 三维可操控强夯模拟离心机试验机械手装置 |
| CN107905202A (zh) * | 2017-11-09 | 2018-04-13 | 东南大学 | 高流变软土强夯置换时填料的运移轨迹探测实验装置 |
| CN107984631A (zh) * | 2017-11-15 | 2018-05-04 | 郑州格瑞塔电子信息技术有限公司 | 一种建筑墙体打孔用定位装置 |
| CN211061292U (zh) * | 2019-07-17 | 2020-07-21 | 中冶沈勘工程技术有限公司 | 强夯加固饱和砂土地基的细观可视化模型试验装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 胡瑞林等: "动荷载作用下黄土的强度特征及结构变化机理研究", 《岩土工程学报》, no. 02, pages 174 - 181 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111103179A (zh) * | 2020-01-03 | 2020-05-05 | 西安建筑科技大学 | 一种cfrp/钢板组合试件的制作装置及制作方法 |
| CN112281797A (zh) * | 2020-11-16 | 2021-01-29 | 中铁十六局集团电气化工程有限公司 | 一种地基强夯试验的施工方法 |
| CN112858110A (zh) * | 2021-04-15 | 2021-05-28 | 西南科技大学 | 一种用于土壤中污染物迁移转化实验的实验装置及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110261211A (zh) | 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 | |
| CN107179396A (zh) | 多功能拼装式岩土工程物理相似试验系统 | |
| CN100498221C (zh) | 多点沉降观测方法及装置 | |
| CN108374403A (zh) | 增湿超高能级处理25m以上湿陷性黄土地基施工方法 | |
| CN103290836B (zh) | 一种真空降压击实固结软基处理施工方法 | |
| CN107761708A (zh) | 大厚度湿陷性黄土地区地铁车站地基加固的处理方法 | |
| CN205176016U (zh) | 可调倾角的相似模拟实验装置 | |
| CN108376188A (zh) | 黄土湿陷性的评价计算方法 | |
| CN103114569B (zh) | 超高能级强夯处理低含水量湿陷性黄土的施工工艺 | |
| CN208685680U (zh) | 一种桩承式加筋路堤模型试验装置 | |
| CN108489892A (zh) | 一种渗流条件下海底盾构隧道开挖试验装置及方法 | |
| CN206540905U (zh) | 多功能软土电渗固化排水装置 | |
| CN105160057B (zh) | 利用夯沉比确定填筑土同一能级下最优含水量的方法 | |
| CN107747906A (zh) | 一种用于碾压式土石坝的试坑体积测量方法 | |
| CN109975117A (zh) | 顶管实验箱及实验方法 | |
| CN205176017U (zh) | 用于倾斜岩层的相似模拟实验装置 | |
| CN103410136A (zh) | 一种土壤水分计的钻孔埋设方法 | |
| CN211061292U (zh) | 强夯加固饱和砂土地基的细观可视化模型试验装置 | |
| CN108152476A (zh) | 一种固沟保塬工程措施模拟装置及其模拟方法与应用 | |
| CN106707364A (zh) | 一种雷达测井用标准井的施工方法 | |
| CN104727295A (zh) | 预成孔填料置换平锤强夯法 | |
| CN205636834U (zh) | 研究复合地基与支护结构共同性状的离心模型试验系统 | |
| CN109612538B (zh) | 一种暗管排水量试验方法 | |
| CN104912050B (zh) | 坡地水量平衡试验土体填筑施工方法 | |
| Tanaka et al. | Experimental findings of 3D seepage failure of soil within a cofferdam |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |