CN111042228B - 一种多功能搅拌模型试验箱及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能搅拌模型试验箱的使用方法，属于室内试验设备领域，包括底座、模板系统、支架、固定架、钻杆、角钢、角撑；所述模板系统包括前侧模板、后侧模板、左侧模板、右侧模板、顶部模板，所述支架包括竖杆结构与横杆结构，横杆结构均设置有水平固定孔和挡板，挡板上设置有垂直固定孔；所述固定架包括固定圆环、固定杆和固定器，固定圆环包括上盖板、下盖板、轴承，固定杆包括楔形体、杆体，固定器包括固定器主体、侧耳。本发明可模拟出实际土体的原位受力状况，使得实验数据更为合理；可以实现钻杆的自由移动，并能够在同一次实验中，建造出多根桩，有利于提高实验效率。

Description

一种多功能搅拌模型试验箱及其使用方法

技术领域

本发明涉及室内试验设备领域，特别涉及到一种多功能搅拌模型试验箱及其使用方法。

背景技术

桩基的现场原位试验是检验桩基对地基的加固效果的一种方法，但原位试验需要消耗大量人力、物力、财力，试验成本极高；并且野外试验场地条件等复杂多变，不可控制因素太多，往往导致试验结果随机性较大，相关规律变化不明显。为此，桩基的室内模型试验作为检验地基的加固效果及研究桩基的加固机理的方法应运而生。室内桩基模型试验是将原位的地基与桩进行一定比例的缩尺，较精确的人为设置试验场地的各种因素，可控的研究各种变化因素对加固效果的影响，并从机理上对加固效果进行解译。桩基的室内模型试验常在模型试验箱中完成，试验箱设计的好坏，关系着桩基模型试验可获得信息的种类、试验效率及试验可靠性等一系列问题。

目前，现有技术中试验箱主要存在以下不足之处：（1）试验箱尺寸较小，且尺寸不可变，只能做常规小模型试验，且试验箱不能改变土体的受力情况；（2）试验效率较低，每次只能生产一根试验桩，过程繁琐，重复性工作较多；（3）试验箱内土体的填充较难均匀分布，振捣过程较长，效果较差。因此，为了解决上述问题，亟需发明一种多功能搅拌模型试验箱及其使用方法。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种多功能搅拌模型试验箱及其使用方法，克服了现有技术的不足。通过模板系统，提供三维应力，可模拟出实际土体的原位受力状况，使得实验数据更为合理；通过固定架与支架相互搭接并固定，可以实现钻杆的自由移动，并能够在同一次实验中，建造出多根桩，有利于提高实验效率。

一种多功能搅拌模型试验箱，其特征在于：包括底座、模板系统、支架、固定架、钻杆、角钢、角撑；所述模板系统包括前侧模板、后侧模板、左侧模板、右侧模板、顶部模板，其中，前侧模板、后侧模板、左侧模板、右侧模板、顶部模板均设有模板支架和伺服液压千斤顶，所述支架包括竖杆结构与横杆结构，竖杆结构包括1号竖杆、2号竖杆、3号竖杆、4号竖杆，横杆结构包括1号横杆、2号横杆、3号横杆、4号横杆，其中，横杆结构均设置有水平固定孔和挡板，挡板上设置有垂直固定孔；所述固定架包括固定圆环、固定杆和固定器，固定圆环包括上盖板、下盖板、轴承，固定圆环上设置有螺栓孔，固定杆包括楔形体、杆体，固定杆上设置有螺栓孔，固定器包括固定器主体、侧耳，固定器上设置有螺栓孔；所述底座与角钢、模板系统通过焊接连接，沿角钢长度方向焊接有角撑；所述前侧模板、后侧模板、左侧模板、右侧模板、顶部模板的模板支架与伺服液压千斤顶通过焊接连接，前侧模板、后侧模板、左侧模板、右侧模板顶部设置有加肋工字钢；所述加肋工字钢包括工字钢主体和肋板，所述竖杆结构与加肋工字钢通过焊接连接，所述固定杆通过固定器固定在横杆结构之上，固定杆与固定圆环通过螺栓连接，所述钻杆通过轴承与固定圆环连接。

优选地，所述上盖板和下盖板上均设置有螺栓孔，上盖板和下盖板上的螺栓孔的中轴线在同一竖线上；固定杆前端为1/4圆环的楔形体，楔形体上预留螺栓孔；所述杆体尾端设置有螺栓孔，杆体的长度为三种规格分别适应钻杆在顶部模板中心位置和顶部模板角落位置，该螺栓孔与垂直固定孔通过螺栓连接，所述固定器主体为正方形筒体去除一个面，在去除面与两侧面的交线上焊接侧耳，在侧耳上设置有水平固定孔。

优选地，所述顶部模板预留有5个搅拌孔，其中4个分别分布在顶部模板的四个角，1个分布在顶部模板的中心位置，当钻杆进入其中任一搅拌孔时，其他4个搅拌孔均处于关闭状态，所述搅拌孔大小通过模板支架上安装伺服液压千斤顶的孔洞个数确定，所述模板支架上孔洞为正方形，边长为15-25cm，根据设计搅拌直径确定孔洞的个数；所述钻杆为双重管，钻杆的直径为10-15cm。

优选地，所述横杆上每隔5cm设置一个水平固定孔；1号横杆和2号横杆上水平固定孔的位置对应，3号横杆和4号横杆上水平固定孔的位置对应，1号横杆与2号横杆上对应水平固定孔中心点的连线相互平行，3号横杆与4号横杆上对应水平固定孔的中心点的连线相互平行，1号横杆和2号横杆上对应水平固定孔中心点的连线与3号横杆和4号横杆上对应水平固定孔中心点的连线相互垂直，所述挡板上每隔5cm设置一个固定孔。

优选地，所述侧模板和顶部模板的四周均安装有密封胶条，所述密封胶条为遇水膨胀止水胶条。

优选地，所述角钢的长度与侧模板的高度相同，角钢材质为高强合金；所述角撑均匀分布在角钢之上，两个角撑之间的间距为10-50cm，角撑材质为高强合金。

一种多功能搅拌模型试验箱的使用方法，其特征在于，根据权利要求1所述的一种多功能搅拌模型试验箱及其使用方法，包括如下步骤：

步骤1：将模型试验箱安装完毕，并检查连接处的密封程度，确定预留搅拌孔的位置坐标，预留搅拌孔边长大于设定搅拌直径50mm-500mm，根据预留搅拌孔的位置坐标选择对应的固定杆；

步骤2：在模型箱模板系统的内壁涂抹脱模剂，之后在模型箱内填入试验，并安装钻杆以及配套设备；

步骤3：通过模板系统对试验土进行压缩进而模拟原位土的应力场0.01MPa-10MPa，当达到设定值后，采用液压伺服系统保持设定压力值，拆除顶部模板上部分模板支架，形成预留搅拌孔；

步骤4：将设备及钻杆试运行，钻杆放置于预留搅拌孔中心，允许最大误差10mm，检查设备的运行及安全情况；

步骤5：确保钻头竖轴与模型箱中心位置处预留搅拌孔中心点对应，采用固定器将固定杆固定在横杆上，开启钻机动力装置驱动钻杆转动，钻杆转速范围为10r/min-30r/min，扭矩范围为0-30000N ▪m，下钻速度范围为0.05-2.0m/min；

步骤6：施工完毕后，将钻杆提升至指定位置，调整预留搅拌孔，移动固定架进行下一孔位的施工，直至完成所有孔位的施工；

步骤7：拆除钻头及相关设备，将模型箱在恒温20°C±2°C条件下养护28天；

步骤8：随后拆除模板系统，对试验土进行开挖，取出试验桩，对试验桩进行物理力学性质测试。

优选地，所述步骤2中试验土的选择及填入主要包括如下步骤：

步骤（1）：根据实际工程情况，对不同深度的土质分布进行分析；

步骤（2）：根据模拟的深度不同，选用黏土、粉质黏土、沙土、碎石土不同土体类型进行试验；

步骤（3）：确定土体种类后，首先将试验土填入模型箱高度1/10-1/2处后，按设计要求对填入土体振捣、压密、整平，随后再填入相同高度，振捣、压密、整平，重复进行直至填筑满整个模型箱；

步骤（4）：采用顶部模板对试验土进行压缩，之后提升顶部模板，将压缩出的空间再次填满，直到整个模型箱内均匀充满试验土。

优选地，所述步骤4中原位土的应力场主要包括，三轴等压压缩场、双轴等压压缩场、偏压压缩场；

所述步骤4中原位土的加压过程主要包括如下步骤：

步骤一：首先将前侧模板、后侧模板、左侧模板、右侧模板同时施加压力，压力值为设计围压的0.5%-5%，持续加压1min；

步骤二：停止前侧模板、后侧模板、左侧模板、右侧模板的加压过程，顶部模板开始施加压力，压力值为设计轴压的0.5%-5%，持续加压1min；

步骤三：同时开启前侧模板、后侧模板、左侧模板、右侧模板、顶部模板的加压系统，对试验土进行加压，压力值为设计围压或轴压的1%-10%，持续加压30s后停止加压，静待10min后再次加压，压力值为设计围压或轴压的1%-10%，持续加压30s，重复进行直至试验土达到预定压力状态。

优选地，所述步骤6中固定架移动的顺序为，首先移动到中心，再移动到靠近前侧模板与右侧模板相交位置处的孔洞，再移动到靠近后侧模板与左侧模板相交位置处的孔洞，之后移动到靠近前侧模板与左侧模板相交位置处的孔洞，最后移动到靠近后侧模板与右侧模板相交位置处的孔洞。

本发明所带来的有益技术效果：

（1）通过模板系统，提供三维应力，可模拟出实际土体的原位受力状况，使得实验数据更为合理；（2）通过固定架与支架相互搭接并固定，可以实现钻杆的自由移动，并能够在同一次实验中，建造出多根桩，有利于提高实验效率；（3）模板系统与支架之间采用螺栓连接，实验完成后可将模板拆除，开挖方便、简洁，且不会出现开挖使得桩体受损的情况；（4）通过模板系统对土体进行压缩，使土体在模型箱内分布均匀；（5）本发明结构简单、操作方便，降低了实验过程中人工作也的危险性。

附图说明

图1为本发明一种多功能搅拌模型试验箱的使用方法中试验箱的结构示意图。

图2为本发明一种多功能搅拌模型试验箱的使用方法中支架的结构示意图。

图3为本发明一种多功能搅拌模型试验箱的使用方法中模板系统的结构示意图。

图4为本发明一种多功能搅拌模型试验箱的使用方法中模板系统中固定圆环的结构示意图。

图5为本发明一种多功能搅拌模型试验箱的使用方法中模板系统中固定杆的结构示意图。

图6为本发明一种多功能搅拌模型试验箱的使用方法中模板系统中固定器的结构示意图。

图7为本发明一种多功能搅拌模型试验箱的使用方法中模板系统中工字钢的正视图。

其中，1-底座；2-模板系统；3-支架；4-固定架；5-钻杆；6-角钢；7-角撑；8-前侧模板；9-后侧模板；10-左侧模板；11-右侧模板；12-顶部模板；13-模板支架；14-伺服液压千斤顶；15-1号竖杆；16-2号竖杆；17-3号竖杆；18-4号竖杆；19-1号横杆；20-2号横杆；21-3号横杆；22-4号横杆；23-水平固定孔；24-挡板；25-垂直固定孔；26-固定圆环；27-固定杆；28-固定器；29-上盖板；30-下盖板；31-轴承；32-螺栓孔；33-楔形体；34-杆体；35-固定器主体；36-侧耳；37-加肋工字钢；38-工字钢主体；39-肋板。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

实施例1：

利用本发明的试验箱模拟一根直径为300mm，长度为1m的搅拌桩在三维应力状态下的成桩效果，具体步骤如下：

如图1~7所示，一种多功能搅拌模型试验箱，其特征在于：包括底座1、模板系统2、支架3、固定架4、钻杆5、角钢6、角撑7；所述模板系统包括前侧模板8、后侧模板9、左侧模板10、右侧模板11、顶部模板12，其中，前侧模板8、后侧模板9、左侧模板10、右侧模板11、顶部模板12均设有模板支架13和伺服液压千斤顶14，所述支架3包括竖杆结构与横杆结构，竖杆结构包括1号竖杆15、2号竖杆16、3号竖杆17、4号竖杆18，横杆结构包括1号横杆19、2号横杆20、3号横杆21、4号横杆22，其中，横杆结构均设置有水平固定孔23和挡板24，挡板上设置有垂直固定孔25；所述固定架4包括固定圆环26、固定杆27和固定器28，固定圆环26包括上盖板29、下盖板30、轴承31，固定圆环26上设置有螺栓孔32，固定杆27包括楔形体33、杆体34，固定杆27上设置有螺栓孔32，固定器28包括固定器主体35、侧耳36，固定器28上设置有螺栓孔32；所述底座1与角钢6、模板系统2通过焊接连接，沿角钢6长度方向焊接有角撑7；所述前侧模板8、后侧模板9、左侧模板10、右侧模板11、顶部模板12的模板支架13与伺服液压千斤顶14通过焊接连接，前侧模板8、后侧模板9、左侧模板10、右侧模板11顶部设置有加肋工字钢37；所述加肋工字钢37包括工字钢主体38和肋板39，所述竖杆结构与加肋工字钢37通过焊接连接，所述固定杆27通过固定器28固定在横杆结构之上，固定杆27与固定圆环26通过螺栓连接，所述钻杆5通过轴承31与固定圆环26连接。

优选地，所述上盖板29和下盖板30上均设置有螺栓孔32，上盖板29和下盖板30上的螺栓孔32的中轴线在同一竖线上；固定杆27前端为1/4圆环的楔形体33，楔形体33上预留螺栓孔32；所述杆体34尾端设置有螺栓孔32，杆体34的长度为三种规格分别适应钻杆5在顶部模板12中心位置和顶部模板12角落位置，该螺栓孔32与垂直固定孔25通过螺栓连接，所述固定器28主体为正方形筒体去除一个面，在去除面与两侧面的交线上焊接侧耳36，在侧耳36上设置有水平固定孔23。

优选地，所述顶部模板12预留有5个搅拌孔，其中4个分别分布在顶部模板12的四个角，1个分布在顶部模板12的中心位置，当钻杆5进入其中任一搅拌孔时，其他4个搅拌孔均处于关闭状态，所述搅拌孔大小通过模板支架13上安装伺服液压千斤顶14的孔洞个数确定，所述模板支架13上孔洞为正方形，边长为15-25cm，根据设计搅拌直径确定孔洞的个数；所述钻杆5为双重管，钻杆5的直径为10cm。

优选地，所述横杆上每隔5cm设置一个水平固定孔23；1号横杆19和2号横杆20上水平固定孔23的位置对应，3号横杆21和4号横杆22上水平固定孔23的位置对应，1号横杆19与2号横杆20上对应水平固定孔23中心点的连线相互平行，3号横杆21与4号横杆22上对应水平固定孔23的中心点的连线相互平行，1号横杆19和2号横杆20上对应水平固定孔23中心点的连线与3号横杆21和4号横杆22上对应水平固定孔23中心点的连线相互垂直，所述挡板24上每隔5cm设置一个固定孔。

优选地，所述侧模板和顶部模板12的四周均安装有密封胶条，所述密封胶条为遇水膨胀止水胶条。

优选地，所述角钢6的长度与侧模板的高度相同，角钢6材质为高强合金；所述角撑7均匀分布在角钢6之上，两个角撑7之间的间距为30cm，角撑7材质为高强合金。

一种多功能搅拌模型试验箱的使用方法，包括如下步骤：

步骤1：将模型试验箱安装完毕，并检查连接处的密封程度，确定预留搅拌孔的位置坐标，预留搅拌孔边长大于设定搅拌直径100mm，根据预留搅拌孔的位置坐标选择对应的固定杆27；

步骤2：在模型箱模板系统的内壁涂抹脱模剂，之后在模型箱内填入试验土，并安装钻杆5以及配套设备；

步骤3：通过模板系统对试验土进行压缩进而模拟原位土的应力场0.01MPa-10MPa，当达到设定值后，采用液压伺服系统保持设定压力值，拆除顶部模板12上部分模板支架，形成预留搅拌孔；

步骤4：将设备及钻杆5试运行，钻杆5放置于预留搅拌孔中心，允许最大误差10mm，检查设备的运行及安全情况；

步骤5：确保钻头竖轴与模型箱中心位置处预留搅拌孔中心点对应，采用固定器28将固定杆27固定在横杆上，开启钻机动力装置驱动钻杆5转动，钻杆5转速为20r/min，扭矩范围为0-10000N ▪m，下钻速度范围为0.1m/min；

步骤6：施工完毕后，将钻杆5提升至指定位置，调整预留搅拌孔，移动固定架进行下一孔位的施工，直至完成所有孔位的施工；

步骤7：拆除钻头及相关设备，将模型箱在恒温20°C条件下养护28天；

步骤8：随后拆除模板系统，对试验土进行开挖，取出试验桩，对试验桩进行物理力学性质测试。

优选地，所述步骤2中试验土的选择及填入主要包括如下步骤：

步骤（1）：根据实际工程情况，对不同深度的土质分布进行分析；

步骤（2）：根据模拟的深度不同，选用黏土、粉质黏土、沙土、碎石土不同土体类型进行试验；

步骤（3）：确定土体种类后，首先将试验土填入模型箱高度1/3处后，按设计要求对填入土体振捣、压密、整平，随后再填入相同高度，振捣、压密、整平，重复进行直至填筑满整个模型箱；

步骤（4）：采用顶部模板12对试验土进行压缩，之后提升顶部模板12，将压缩出的空间再次填满，直到整个模型箱内均匀充满试验土。

优选地，所述步骤4中原位土的应力场主要包括，三轴等压压缩场、双轴等压压缩场、偏压压缩场；

所述步骤4中原位土的加压过程主要包括如下步骤：

步骤一：首先将前侧模板8、后侧模板9、左侧模板10、右侧模板11同时施加压力，压力值为设计围压的1%，持续加压1min；

步骤二：停止前侧模板8、后侧模板9、左侧模板10、右侧模板11的加压过程，顶部模板12开始施加压力，压力值为设计轴压的2%，持续加压1min；

步骤三：同时开启前侧模板8、后侧模板9、左侧模板10、右侧模板11、顶部模板12的加压系统，对试验土进行加压，压力值为设计围压或轴压的5%，持续加压30s后停止加压，静待10min后再次加压，压力值为设计围压或轴压的5%，持续加压30s，重复进行直至试验土达到预定压力状态。

优选地，所述步骤6中固定架4移动的顺序为，首先移动到中心，再移动到靠近前侧模板8与右侧模板11相交位置处的孔洞，再移动到靠近后侧模板9与左侧模板10相交位置处的孔洞，之后移动到靠近前侧模板8与左侧模板10相交位置处的孔洞，最后移动到靠近后侧模板9与右侧模板11相交位置处的孔洞。

实施例2：

采用本发明所述的一种多功能搅拌模型试验箱及其使用方法进行试验，搅拌桩的个数为5个，搅拌直径为300mm，搅拌深度为1m，在三维应力状态下的成桩效果，试验过程如下：

一种多功能搅拌模型试验箱及其使用方法进行试验，搅拌桩的个数为5个，搅拌直径为300mm，搅拌深度为1m，在三维应力状态下的成桩效果，试验过程如下：

一种多功能搅拌模型试验箱，其特征在于：包括底座1、模板系统、支架3、固定架4、钻杆5、角钢6、角撑7；所述模板系统包括前侧模板8、后侧模板9、左侧模板10、右侧模板11、顶部模板12，其中，前侧模板8、后侧模板9、左侧模板10、右侧模板11、顶部模板12均设有模板支架13和伺服液压千斤顶14，所述支架3包括竖杆结构与横杆结构，竖杆结构包括1号竖杆15、2号竖杆16、3号竖杆17、4号竖杆18，横杆结构包括1号横杆19、2号横杆20、3号横杆21、4号横杆22，其中，横杆结构均设置有水平固定孔23和挡板24，挡板24上设置有垂直固定孔25；所述固定架4包括固定圆环26、固定杆27和固定器28，固定圆环26包括上盖板29、下盖板30、轴承31，固定圆环26上设置有螺栓孔32，固定杆27包括楔形体33、杆体34，固定杆27上设置有螺栓孔32，固定器28包括固定器主体35、侧耳36，固定器28上设置有螺栓孔32；所述底座1与角钢6、模板系统2通过焊接连接，沿角钢6长度方向焊接有角撑7；所述前侧模板8、后侧模板9、左侧模板10、右侧模板11、顶部模板12的模板支架13与伺服液压千斤顶14通过焊接连接，前侧模板8、后侧模板9、左侧模板10、右侧模板11顶部设置有加肋工字钢37；所述加肋工字钢37包括工字钢主体38和肋板39，所述竖杆结构与加肋工字钢37通过焊接连接，所述固定杆27通过固定器28固定在横杆结构之上，固定杆27与固定圆环26通过螺栓连接，所述钻杆5通过轴承31与固定圆环26连接。

优选地，所述上盖板29和下盖板30上均设置有螺栓孔32，上盖板29和下盖板30上的螺栓孔32的中轴线在同一竖线上；固定杆27前端为1/4圆环的楔形体33，楔形体33上预留螺栓孔32；所述杆体34尾端设置有螺栓孔32，杆体34的长度为三种规格分别适应钻杆5在顶部模板12中心位置和顶部模板12角落位置，该螺栓孔32与垂直固定孔通过螺栓连接，所述固定器主体35为正方形筒体去除一个面，在去除面与两侧面的交线上焊接侧耳36，在侧耳36上设置有水平固定孔23。

优选地，所述顶部模板12预留有5个搅拌孔，其中4个分别分布在顶部模板12的四个角，1个分布在顶部模板12的中心位置，当钻杆5进入其中任一搅拌孔时，其他4个搅拌孔均处于关闭状态，所述搅拌孔大小通过模板支架13上安装伺服液压千斤顶14的孔洞个数确定，所述模板支架13上孔洞为正方形，边长为20cm，根据设计搅拌直径确定孔洞的个数；所述钻杆5为双重管，钻杆5的直径为10cm。

优选地，所述横杆上每隔5cm设置一个水平固定孔23；1号横杆19和2号横杆20上水平固定孔23的位置对应，3号横杆21和4号横杆22上水平固定孔23的位置对应，1号横杆19与2号横杆20上对应水平固定孔23中心点的连线相互平行，3号横杆21与4号横杆22上对应水平固定孔23的中心点的连线相互平行，1号横杆19和2号横杆20上对应水平固定孔23中心点的连线与3号横杆21和4号横杆22上对应水平固定孔23中心点的连线相互垂直，所述挡板24上每隔5cm设置一个固定孔。

优选地，所述侧模板和顶部模板12的四周均安装有密封胶条，所述密封胶条为遇水膨胀止水胶条。

优选地，所述角钢6的长度与侧模板的高度相同，角钢6材质为高强合金；所述角撑7均匀分布在角钢6之上，两个角撑7之间的间距为30cm，角撑7材质为高强合金。

一种多功能搅拌模型试验箱的使用方法，包括如下步骤：

步骤1：将模型试验箱安装完毕，并检查连接处的密封程度，确定预留搅拌孔的位置坐标，预留搅拌孔边长大于设定搅拌直径100mm，根据预留搅拌孔的位置坐标选择对应的固定杆27；

步骤2：在模型箱模板系统2的内壁涂抹脱模剂，之后在模型箱内填入试验土，并安装钻杆5以及配套设备；

步骤3：通过模板系统对试验土进行压缩进而模拟原位土的应力场1MPa，当达到设定值后，采用液压伺服系统保持设定压力值，拆除顶部模板12上部分模板支架13，形成预留搅拌孔；

步骤4：将设备及钻杆5试运行，钻杆5放置于预留搅拌孔中心，允许最大误差10mm，检查设备的运行及安全情况；

步骤5：确保钻头竖轴与模型箱中心位置处预留搅拌孔中心点对应，采用固定器28将固定杆27固定在横杆上，开启钻机动力装置驱动钻杆5转动，钻杆5转速范围为20r/min，扭矩范围为0-10000N ▪m，下钻速度范围为0.1m/min；

步骤6：施工完毕后，将钻杆5提升至指定位置，调整预留搅拌孔，移动固定架4进行下一孔位的施工，直至完成所有孔位的施工；

步骤7：拆除钻头及相关设备，将模型箱在恒温20°C条件下养护28天；

步骤8：随后拆除模板系统2，对试验土进行开挖，取出试验桩，对试验桩进行物理力学性质测试。

优选地，所述步骤2中试验土的选择及填入主要包括如下步骤：

步骤（1）：根据实际工程情况，对不同深度的土质分布进行分析；

步骤（2）：根据模拟的深度不同，选用黏土、粉质黏土、沙土、碎石土不同土体类型进行试验；

步骤（3）：确定土体种类后，首先将试验土填入模型箱高度1/3处后，按设计要求对填入土体振捣、压密、整平，随后再填入相同高度，振捣、压密、整平，重复进行直至填筑满整个模型箱；

步骤（4）：采用顶部模板12对试验土进行压缩，之后提升顶部模板12，将压缩出的空间再次填满，直到整个模型箱内均匀充满试验土。

优选地，所述步骤4中原位土的应力场主要包括，三轴等压压缩场、双轴等压压缩场、偏压压缩场；

所述步骤4中原位土的加压过程主要包括如下步骤：

步骤一：首先将前侧模板8、后侧模板9、左侧模板10、右侧模板11同时施加压力，压力值为设计围压的1%，持续加压1min；

步骤二：停止前侧模板8、后侧模板9、左侧模板10、右侧模板11的加压过程，顶部模板12开始施加压力，压力值为设计轴压的1%，持续加压1min；

步骤三：同时开启前侧模板8、后侧模板9、左侧模板10、右侧模板11、顶部模板12的加压系统，对试验土进行加压，压力值为设计围压或轴压的5%，持续加压30s后停止加压，静待10min后再次加压，压力值为设计围压或轴压的5%，持续加压30s，重复进行直至试验土达到预定压力状态。

优选地，所述步骤6中固定架4移动的顺序为，首先移动到中心，再移动到靠近前侧模板8与右侧模板11相交位置处的孔洞，再移动到靠近后侧模板9与左侧模板10相交位置处的孔洞，之土后移动到靠近前侧模板8与左侧模板10相交位置处的孔洞，最后移动到靠近后侧模板9与右侧模板11相交位置处的孔洞。

本发明一种多功能搅拌模型试验箱及其使用方法，通过模板系统2，提供三维应力，可模拟出实际土体的原位受力状况，使得实验数据更为合理；通过固定架4与支架3相互搭接并固定，可以实现钻杆5的自由移动，并能够在同一次实验中，建造出多根桩，有利于提高实验效率。当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种多功能搅拌模型试验箱的使用方法，其特征在于，一种多功能搅拌模型试验箱包括底座、模板系统、支架、固定架、钻杆、角钢、角撑；所述模板系统包括前侧模板、后侧模板、左侧模板、右侧模板、顶部模板，其中，前侧模板、后侧模板、左侧模板、右侧模板、顶部模板均设有模板支架和伺服液压千斤顶，所述支架包括竖杆结构与横杆结构，竖杆结构包括1号竖杆、2号竖杆、3号竖杆、4号竖杆，横杆结构包括1号横杆、2号横杆、3号横杆、4号横杆，其中，横杆结构均设置有水平固定孔和挡板，挡板上设置有垂直固定孔；所述固定架包括固定圆环、固定杆和固定器，固定圆环包括上盖板、下盖板、轴承，固定圆环上设置有螺栓孔，固定杆包括楔形体、杆体，固定杆上设置有螺栓孔，固定器包括固定器主体、侧耳，固定器上设置有螺栓孔；所述底座与角钢、模板系统通过焊接连接，沿角钢长度方向焊接有角撑；所述前侧模板、后侧模板、左侧模板、右侧模板、顶部模板的模板支架与伺服液压千斤顶通过焊接连接，前侧模板、后侧模板、左侧模板、右侧模板顶部设置有加肋工字钢；所述加肋工字钢包括工字钢主体和肋板，所述竖杆结构与加肋工字钢通过焊接连接，所述固定杆通过固定器固定在横杆结构之上，固定杆与固定圆环通过螺栓连接，所述钻杆通过轴承与固定圆环连接；

所述上盖板和下盖板上均设置有螺栓孔，上盖板和下盖板上的螺栓孔的中轴线在同一竖线上；固定杆前端为1/4圆环的楔形体，楔形体上预留螺栓孔；所述杆体尾端设置有螺栓孔，杆体的长度为三种规格分别适应钻杆在顶部模板中心位置和顶部模板角落位置，该螺栓孔与垂直固定孔通过螺栓连接，所述固定器主体为正方形筒体去除一个面，在去除面与两侧面的交线上焊接侧耳，在侧耳上设置有水平固定孔；

一种多功能搅拌模型试验箱的使用方法，包括如下步骤：

步骤1：将模型试验箱安装完毕，并检查连接处的密封程度，确定预留搅拌孔的位置坐标，预留搅拌孔边长大于设定搅拌直径50mm-500mm，根据预留搅拌孔的位置坐标选择对应的固定杆；

步骤2：在模型箱模板系统的内壁涂抹脱模剂，之后在模型箱内填入试验土，并安装钻杆以及配套设备；所述试验土的选择及填入主要包括如下步骤（1）~步骤（4）：

步骤（1）：根据实际工程情况，对不同深度的土质分布进行分析；

步骤（2）：根据模拟的深度不同，选用黏土、粉质黏土、沙土、碎石土不同土体类型进行试验；

步骤（3）：确定土体种类后，首先将试验土填入模型箱高度1/10-1/2处后，按设计要求对填入土体振捣、压密、整平，随后再填入相同高度，振捣、压密、整平，重复进行直至填筑满整个模型箱；

步骤（4）：采用顶部模板对试验土进行压缩，之后提升顶部模板，将压缩出的空间再次填满，直到整个模型箱内均匀充满试验土；

步骤3：通过模板系统对试验土进行压缩进而模拟原位土的应力场0.01MPa-10MPa，当达到设定值后，采用液压伺服系统保持设定压力值，拆除顶部模板上部分模板支架，形成预留搅拌孔；

步骤4：将设备及钻杆试运行，钻杆放置于预留搅拌孔中心，允许最大误差10mm，检查设备的运行及安全情况；

步骤5：确保钻头竖轴与模型箱中心位置处预留搅拌孔中心点对应，采用固定器将固定杆固定在横杆上，开启钻机动力装置驱动钻杆转动，钻杆转速范围为10r/min-30r/min，扭矩范围为0-30000N ▪m，下钻速度范围为0.05-2.0m/min；

步骤6：施工完毕后，将钻杆提升至指定位置，调整预留搅拌孔，移动固定架进行下一孔位的施工，直至完成所有孔位的施工；

步骤7：拆除钻头及相关设备，将模型箱在恒温20°C±2°C条件下养护28天；

步骤8：随后拆除模板系统，对试验土进行开挖，取出试验桩，对试验桩进行物理力学性质测试。

2.根据权利要求1所述的一种多功能搅拌模型试验箱的使用方法，其特征在于：所述顶部模板预留有5个搅拌孔，其中4个分别分布在顶部模板的四个角，1个分布在顶部模板的中心位置，当钻杆进入其中任一搅拌孔时，其他4个搅拌孔均处于关闭状态，所述搅拌孔大小通过模板支架上安装伺服液压千斤顶的孔洞个数确定，所述模板支架上孔洞为正方形，边长为15-25cm，根据设计搅拌直径确定孔洞的个数；所述钻杆为双重管，钻杆的直径为10-15cm。

3.根据权利要求1所述的一种多功能搅拌模型试验箱的使用方法，其特征在于：所述横杆上每隔5cm设置一个水平固定孔；1号横杆和2号横杆上水平固定孔的位置对应，3号横杆和4号横杆上水平固定孔的位置对应，1号横杆与2号横杆上对应水平固定孔中心点的连线相互平行，3号横杆与4号横杆上对应水平固定孔的中心点的连线相互平行，1号横杆和2号横杆上对应水平固定孔中心点的连线与3号横杆和4号横杆上对应水平固定孔中心点的连线相互垂直，所述挡板上每隔5cm设置一个固定孔。

4.根据权利要求1所述的一种多功能搅拌模型试验箱的使用方法，其特征在于：所述侧模板和顶部模板的四周均安装有密封胶条，所述密封胶条为遇水膨胀止水胶条。

5.根据权利要求1所述的一种多功能搅拌模型试验箱的使用方法，其特征在于：所述角钢的长度与侧模板的高度相同，角钢材质为高强合金；所述角撑均匀分布在角钢之上，两个角撑之间的间距为10-50cm，角撑材质为高强合金。

6.根据权利要求1所述的一种多功能搅拌模型试验箱的使用方法，其特征在于，所述步骤4中原位土的应力场主要包括，三轴等压压缩场、双轴等压压缩场、偏压压缩场；

所述步骤4中原位土的加压过程主要包括如下步骤：

步骤一：首先将前侧模板、后侧模板、左侧模板、右侧模板同时施加压力，压力值为设计围压的0.5%-5%，持续加压1min；

步骤二：停止前侧模板、后侧模板、左侧模板、右侧模板的加压过程，顶部模板开始施加压力，压力值为设计轴压的0.5%-5%，持续加压1min；

步骤三：同时开启前侧模板、后侧模板、左侧模板、右侧模板、顶部模板的加压系统，对试验土进行加压，压力值为设计围压或轴压的1%-10%，持续加压30s后停止加压，静待10min后再次加压，压力值为设计围压或轴压的1%-10%，持续加压30s，重复进行直至试验土达到预定压力状态。

7.根据权利要求1所述的一种多功能搅拌模型试验箱的使用方法，其特征在于，所述步骤6中固定架移动的顺序为，首先移动到中心，再移动到靠近前侧模板与右侧模板相交位置处的孔洞，再移动到靠近后侧模板与左侧模板相交位置处的孔洞，之后移动到靠近前侧模板与左侧模板相交位置处的孔洞，最后移动到靠近后侧模板与右侧模板相交位置处的孔洞。