CN113640128A - 一种室内可变深度的真空预压模型桶装置及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室内可变深度的真空预压模型桶装置，包括模型桶系统、抽真空装置和工作台，模型桶系统安装在工作台上，所述模型桶系统包括模型桶桶体和排水板系统，所述模型桶桶体包括底部模型桶、多个中空模型桶和盖板，所述模型桶桶体内部设有土体，所述土体内竖向埋设排水板系统，所述排水板系统通过手型接头与真空管线一端部连接，真空管线另一端部依次穿过土体和模型桶桶体外壁与设于模型桶桶体外部的抽空装置连接，所述土体内不同位置均设置有多个微型孔隙水压力传感器，土体内不同位置设置有多个真空表管。该装置通过试验所得的真空值和孔隙水压力等数据，探究深层软土的真空预压效果。

Description

一种室内可变深度的真空预压模型桶装置及其试验方法

技术领域

本发明涉及本发明涉及一种真空预压模型桶装置，特别涉及一种室内可变深度的真空预压模型桶装置，还涉及一种室内可变深度的真空预压模型桶装置的试验方法。

背景技术

深层软土地基处理是工程建设中的技术难题，现阶段常用的方法有换填法、真空预压法、水泥搅拌桩法等。经过几十年的工程实际运用，真空预压法形成了成熟的施工工艺和设计方法。真空预压法是利用真空泵，通过抽真空在土体中形成负压，使土体中的水分沿着排水板排出，从而达到固结土体的目的。

然而，真空预压过程中形成的负压常常难以传递到深层土体。不仅如此，形成的负压还会使排水板弯折，这显著增大了井阻作用，减少了排水板的纵向通水量，进而影响深层土体的加固效果。目前国内鲜见针对大深度下排水板变形特性的研究，而深部排水板的排水性能对深层软土处理效果至关重要，因此对该问题的进一步研究是十分必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种室内可变深度的真空预压模型桶装置，该装置操作简单，可重复使用，可通过中空模型桶数量改变土层深度，用于探究大深度下真空预压排水板的变形特性以及不同深度对排水板变形的影响，通过试验所得的真空值和孔隙水压力等数据，探究深层软土的真空预压效果。

为此，本发明提供的一种室内可变深度的真空预压模型桶装置，包括模型桶系统、抽真空装置和工作台，模型桶系统安装在工作台上，所述模型桶系统包括模型桶桶体和排水板系统，

所述模型桶桶体包括底部模型桶、多个中空模型桶和盖板，多个中空模型桶依次安装在底部模型桶上，最上层中空模型桶通过盖板密封安装连接，

所述模型桶桶体内部设有土体，所述土体顶端面铺设土工布，所述土体内竖向埋设排水板系统，所述排水板系统通过手型接头与真空管线一端部连接，真空管线另一端部依次穿过土体和模型桶桶体外壁与设于模型桶桶体外部的抽空装置连接，

所述土体内不同位置均设置有多个微型孔隙水压力传感器，土体内不同位置设置有多个真空表管。

进一步的，所述模型桶外壁上设置有多个孔隙水压力传感器孔，多个孔隙水压力传感器孔呈陈列式排布，所述孔隙水压力传感器孔的开孔处具有第一加强圈，孔隙水压力传感器孔紧密设置有第一橡胶塞，所述第一橡胶塞上具有第一细孔，多个微型孔隙水压力传感器分别置于土体内不同位置，多个微型孔隙水压力传感器导线依次穿过土体并由对应的第一橡胶塞上第一细孔穿出，并分别与信息收集仪连接。

进一步的，所述模型桶外壁上设置有多个真空表孔，所述真空表孔的开口处设置第二加强圈，所述真空表孔内密封设置第二橡胶塞，所述第二橡胶塞上具有第二细孔，多个真空表管分别置于土体内不同深度位置，真空表管外端部由第二细孔中穿出，并于模型桶外的真空表连接，每个真空表管外端部均连接有一个真空表。

进一步的，抽真空装置包括水气分离瓶，所述水气分离瓶一端通过真空管线接口与真空管线连接，水气分离瓶另一端与真空泵装置连接，所述水气分离瓶顶部具有真空表，所述水气分离瓶上具有排水口。

进一步的，所述模型桶桶体上端口覆盖有真空膜，所述盖板与中空模型桶之间、相邻中空模型桶之间以及中空模型桶之间均具有密封垫圈。

进一步的，所述真空膜的面积公式为，

其中，可模型桶桶体的外径为D/cm，土体预计沉降深度为l/cm，10为预留宽度10cm。

进一步的，所述底部模型桶开口端、中空模型桶上下两端部以及盖板端部均具有外翻边，外翻边沿周向等间距的设置了多个通孔，模型桶桶体安装时，底部模型桶与中空模型桶外翻边的通孔相对应并通过螺栓连接固定，相邻中空模型桶外翻边的通孔相对应并通过螺栓连接固定，最上层中空模型桶与盖板外翻边的通孔相对应并通过螺栓连接固定，所述底部模型桶与中空模型桶之间、相邻中空模型桶之间以及最上层中空模型桶与盖板均设置密封垫圈。

进一步的，所述模型桶桶体内设有支架，多个微型孔隙水压力传感器和真空表管分别固定在支架上。

进一步的，所述底部模型桶、多个中空模型桶、盖板和水气分离瓶均为有机玻璃材质制成；

进一步的，一种室内可变深度的真空预压模型桶装置的试验方法，步骤如下:

1)装配工作台和模型桶桶体，模型桶桶体安装在工作台中间处，模型桶桶体与工作台错开设置，

模型桶通体由多个中空模型桶依次密封安装在底部模型桶上，最上层中空模型桶通过盖板密封安装连接；

2)安装真空表管和孔隙水压力传感器，所述模型桶桶体内设置支架，多个真空表管分别设置于模型桶桶体上部、中部和下部，不同的深度位置，并通过扎带固定在支架上，真空表管外端部由第二细孔中穿出，并于模型桶外的真空表连接，每个真空表管外端部均连接有一个真空表，

多个孔隙水压力传感器模型桶桶体上部、中部和下部，不同的深度位置，并通过扎带固定在支架上，多个微型孔隙水压力传感器导线依次穿过土体并由对应的第一橡胶塞上第一细孔穿出，并分别与信息收集仪连接；安装排水板系统，在模型桶桶体内放置光滑钢套，多个排水板依次竖向套在光滑钢套上，多个排水板端部依次与手型接头连接，手型接头与真空管线一端部连接，真空管线另一端部穿出真空管线接口；

3)安装抽真空装置，抽真空装置中水气分离瓶一端与真空泵连接，水气分离瓶另一端与步骤3中的穿出的真空管线连接；

4)加入试验土样，并没过真空管线与真空管线接口，土体上覆土工布，将真空膜铺设在土工布上方，并将桶体上部开口覆盖，将密封垫圈铺设于中空模型桶外翻边上，盖板与顶部的中空模型桶密封安装；

5)将光滑钢套从土体内抽出；

6)开启抽真空系统，土体内水通过排水板排出，通过传感器获取相应数据，分析数据得到土体内不同深度的孔隙水压力和真空度；

7)将桶内土体取出，观察排水板变形特点。

本发明的有益效果：

1、通过改变中空模型桶桶体的个数来改变土层深度，用于探究大深度下真空预压排水板的变形特性以及不同深度对排水板变形的影响，这对解决真空预压时深部土体负压传递困难的问题具有实际意义；

2、室内试验基本还原室外试验，室内试验严格控制了试验条件，避免了诸多因素的干扰，提高了试验结果真实度；

3、与传统模型从顶部破膜接入管线相比，此模型桶选择在桶壁开孔，并采用橡胶塞紧密连接，提升了模型桶的气密性。

4、操作简单，可重复使用，通过试验所得的真空值和孔隙水压力等数据，探究深层软土的真空预压效果，为岩土工程真空预压模型试验的设计提供参考，提供了一种合适的模拟装置。

附图说明

图1为本发明提供的一种室内可变深度的真空预压模型桶装置中工作台的结构示意图；

图2为本发明提供的一种室内可变深度的真空预压模型桶装置的俯视的结构示意图；

图3为本发明提供的一种室内可变深度的真空预压模型桶装置模型桶系统的结构示意图；

图4为本发明提供的一种室内可变深度的真空预压模型桶装置的模型桶系统盖板结构示意图；

图5为图3提供的一种室内可变深度的真空预压模型桶装置的剖面结构示意图；

图6为图5提供的一种室内可变深度的真空预压模型桶装置的A处结构示意图；

图7为本发明提供的一种室内可变深度的真空预压模型桶装置的抽真空装置结构示意图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1-7所示，本发明提供一种室内可变深度的真空预压模型桶装置，包括模型桶系统、抽真空装置1和工作台2，模型桶系统安装在工作台2上，模型桶桶体3与工作台2错开设置，所述模型桶系统包括模型桶桶体3和排水板系统4。

所述模型桶桶体3包括底部模型桶5、多个中空模型桶6和盖板7。所述底部模型桶5开口端、中空模型桶6上下两端部以及盖板7端部均具有外翻边8，外翻边8沿周向等间距的设置了多个通孔9，多个中空模型桶6依次安装在底部模型桶5上，最上层中空模型桶通过盖板7密封安装连接。模型桶桶体3安装时，底部模型桶与中空模型桶外翻边的通孔9相对应并通过螺栓连接固定，相邻中空模型桶外翻边的通孔9相对应并通过螺栓10连接固定，最上层中空模型桶与盖板7外翻边的通孔9相对应并通过螺栓10连接固定。根据试验要求，选择中空模型桶桶体的数量，通过改变中空模型桶桶体6的个数来改变土层深度，用于探究大深度下真空预压排水板的变形特性以及不同深度对排水板变形的影响，这对解决真空预压时深部土体负压传递困难的问题具有实际意义。同时通过中空模型桶6数量设置，将大深度土体试验在室内完成，室内试验基本还原室外试验，室内试验严格控制了试验条件，避免了诸多因素的干扰，提高了试验结果真实度。

所述底部模型桶5与中空模型桶6之间、相邻中空模型桶6之间以及最上层中空模型桶与盖板7均设置密封垫圈11，确保相邻桶体之间密封连接。所述模型桶桶体上端口覆盖有真空膜12，真空膜12的外边缘压紧在盖板6与相邻中空模型桶7外翻边之间，确保整体桶体的密封性能。

上述真空膜面积的计算方式如下：

上述真空膜的面积公式为，

其中，可模型桶桶体的外径为D/cm，土体预计沉降深度为l/cm，10为预留宽度10cm。

所述模型桶桶体3内部设有土体13，所述土体顶端面铺设土工布14。所述土体内不同位置均设置有多个微型孔隙水压力传感器15，土体内不同位置设置有多个真空表管16。所述土体内竖向埋设排水板系统4，所述排水板系统4由多个排水板组成，多个排水板竖向插入土体13内，排水板一端部依次与手型接头17连接。所述排水板系统通过手型接头17与真空管线18一端部连接，真空管线18另一端穿出模型桶桶体外壁的真空管线接口19与设于模型桶桶体外部的抽空装置1连接。所述手型接头17与真空管线18套接并通过卡箍20紧固，所述真空管线接口19与真空管线18、真空管线18与抽真空装置1均通过卡箍紧固连接。

抽真空装置1包括水气分离瓶21，所述水气分离瓶21一端通过真空管线接口19与真空管线18连接，水气分离瓶21另一端与真空泵装置22连接，所述水气分离瓶顶部具有真空表23，所述水气分离瓶上具有排水口24。

所述模型桶外壁上设置有多个孔隙水压力传感器孔25，多个孔隙水压力传感器孔25呈陈列式排布。所述孔隙压力传感器孔25优选呈三行分布，每行均匀分布多个孔隙压力传感器孔25。所述孔隙水压力传感器孔的开孔处具有第一加强圈26，孔隙水压力传感器孔紧密设置有第一橡胶塞27，所述第一橡胶塞上具有第一细孔28，多个微型孔隙水压力传感器15分别置于土体内不同位置，设于土体不同位置的微型孔隙水压力传感器的导线38依次穿过土体并由第一橡胶塞上第一细孔28穿出，并于模型桶外部的信息采集仪29连接。部分微型孔隙水压力传感器15均匀于土体上部，导线由第一行孔隙水压力传感器孔中第一细孔穿出。部分微型孔隙水压力传感器均匀于土体中部，其导线由第二行孔隙水压力传感器孔的第一细孔中穿出。剩余微型孔隙水压力传感器均匀于土体下部，其导线由第三行孔隙水压力传感器孔第一细孔穿出。通过设置与土体不同位置的微型孔隙水压力传感器15，实时监测土体不同位置的孔隙水压力数据。

所述模型桶外壁上设置有多个真空表孔30，所述真空表孔的开口处设置第二加强圈31，所述真空表孔内密封设置第二橡胶塞32，所述第二橡胶塞上具有第二细孔33，多个真空表管30设置于土体内不同深度位置，优选设置于土体上部、中部和下部三个不同位置，真空表管外端部由第二橡胶塞中的第二细孔33穿出，并与模型桶外部的真空表34连接，每个真空表管外端部均连接有一个真空表34。微型孔隙水压力传感器导线和真空表管由模型桶侧壁处穿出，通过密封塞连接，确保模型桶的气密性，解决了传统模型从顶部破膜接入管线密封性能差的问题。

所述模型桶桶体内设有支架35，多个微型孔隙水压力传感器15和真空表管16分别固定在支架上。微型孔隙水压力传感器15和真空表管16通过扎带固定在支架35上，便于布设微型孔隙水压力传感器15和真空表管16在土体的位置，防止传感器和真空表管移位，使其符合试验要求，得到准确的试验数据。

所述底部模型桶5、多个中空模型桶6、盖板7和水气分离瓶21均为有机玻璃材质制成，保证试验全过程便于观察。

所述底部模型桶5和多个中空模型桶6侧壁上均设置有多个孔隙水压力传感器孔和多个真空表孔，根据实验需要选择相应高度的孔隙水压力传感器孔和真空表孔，其他孔位通过密封塞密封。所述底部模型桶5和多个中空模型桶6均设置有相对称的拉环37，便于安装底部模型桶5或多个中空模型桶6。

上述一种室内可变深度的真空预压模型桶装置的试验方法，步骤如下：

1)装配工作台2和模型桶桶体3，模型桶桶体3安装在工作台2中间处，模型桶桶体3与工作台2错开设置，

模型桶通体由多个中空模型桶6依次密封安装在底部模型桶5上，最上层中空模型桶通过盖板密封安装连接；

2)安装真空表管16和孔隙水压力传感器15，所述模型桶桶体内设置支架35，多个真空表管16分别设置于模型桶桶体3上部、中部和下部不同的深度位置，并通过扎带固定在支架35上，真空表管16外端部由第二细孔33中穿出，并于模型桶外的真空表连接，每个真空表管16外端部均连接有一个真空表23，多个孔隙水压力传感器15分布模型桶桶体内上部、中部和下部，不同的深度位置，并通过扎带固定在支架上，多个微型孔隙水压力传感器15导线依次穿过土体并由对应的第一橡胶塞上第一细孔28穿出，并分别与信息收集仪29连接。

3)安装排水板系统，在模型桶桶体3内放置光滑钢套，多个排水板依次竖向套在光滑钢套上，多个排水板端部依次与手型接头连接，手型接头与真空管线一端部连接，真空管线另一端部穿出真空管线接口19；

4)安装抽真空装置1，抽真空装置中水气分离瓶21一端与真空泵22连接，水气分离瓶21另一端与步骤(3)中的穿出的真空管线连接；

5)加入试验土样，并没过真空管线18与真空管线接口19，土体上覆土工布14，将真空膜12铺设在土工布14上方，并将桶体上部开口覆盖，将密封垫圈铺设于中空模型桶外翻边上，盖板与顶部的中空模型桶密封安装；

6)将光滑钢套从土体内抽出；

7)开启抽真空系统，土体内水通过排水板排出，通过传感器获取相应数据，分析数据得到土体内不同深度的孔隙水压力和真空度；

8)将桶内土体取出，观察排水板变形特点。

一种室内可变深度的真空预压模型桶装置操作简单，可重复使用，通过试验所得的真空值和孔隙水压力等数据，探究深层软土的真空预压效果，为岩土工程真空预压模型试验的设计提供参考，提供了一种合适的模拟装置。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案，均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种室内可变深度的真空预压模型桶装置，其特征是：包括模型桶系统、抽真空装置和工作台，模型桶系统安装在工作台上，所述模型桶系统包括模型桶桶体和排水板系统，

所述模型桶桶体包括底部模型桶、多个中空模型桶和盖板，多个中空模型桶依次安装在底部模型桶上，最上层中空模型桶通过盖板密封安装连接，

所述模型桶桶体内部设有土体，所述土体顶端面铺设土工布，所述土体内竖向埋设排水板系统，所述排水板系统通过手型接头与真空管线一端部连接，真空管线另一端部依次穿过土体和模型桶桶体外壁与设于模型桶桶体外部的抽空装置连接，

所述土体内不同位置均设置有多个微型孔隙水压力传感器，土体内不同位置设置有多个真空表管。

2.根据权利要求1所述的一种室内可变深度的真空预压模型桶装置，其特征是：所述模型桶外壁上设置有多个孔隙水压力传感器孔，多个孔隙水压力传感器孔呈陈列式排布，所述孔隙水压力传感器孔的开孔处具有第一加强圈，孔隙水压力传感器孔内紧密设置有第一橡胶塞，所述第一橡胶塞上具有第一细孔，多个微型孔隙水压力传感器分别置于土体内不同位置，多个微型孔隙水压力传感器的导线依次穿过土体并由对应的第一橡胶塞上第一细孔穿出，分别与信息收集仪连接。

3.根据权利要求2所述的一种室内可变深度的真空预压模型桶装置，其特征是：所述模型桶外壁上设置有多个真空表孔，所述真空表孔的开口处设置第二加强圈，所述真空表孔内密封设置第二橡胶塞，所述第二橡胶塞上具有第二细孔，多个真空表管分别置于土体内不同深度位置，真空表管外端部由第二细孔中穿出，并于模型桶外的真空表连接，每个真空表管外端部均连接有一个真空表。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种室内可变深度的真空预压模型桶装置，其特征是：抽真空装置包括水气分离瓶，所述水气分离瓶一端与真空管线接口穿出的真空管线连接，水气分离瓶另一端与真空泵装置连接，所述水气分离瓶顶部具有真空表，所述水气分离瓶上具有排水口。

5.根据权利要求4所述的一种室内可变深度的真空预压模型桶装置，其特征是：所述模型桶桶体上端口覆盖有真空膜，所述盖板与中空模型桶之间、相邻中空模型桶之间以及中空模型桶之间均具有密封垫圈。

6.根据权利要求5所述的一种室内可变深度的真空预压模型桶装置，其特征是：所述真空膜的面积公式为，

其中，可模型桶桶体的外径为D/cm，土体预计沉降深度为l/cm，10为预留宽度10cm。

7.根据权利要求1或2或3或5或6所述的一种室内可变深度的真空预压模型桶装置，其特征是：所述底部模型桶开口端、中空模型桶上下两端部以及盖板端部均具有外翻边，外翻边沿周向等间距的设置了多个通孔，模型桶桶体安装时，底部模型桶与中空模型桶外翻边的通孔相对应并通过螺栓连接固定，相邻中空模型桶外翻边的通孔相对应并通过螺栓连接固定，最上层中空模型桶与盖板外翻边的通孔相对应并通过螺栓连接固定，所述底部模型桶与中空模型桶之间、相邻中空模型桶之间以及最上层中空模型桶与盖板均设置密封垫圈。

8.根据权利要求7所述的一种室内可变深度的真空预压模型桶装置，其特征是：所述模型桶桶体内设有支架，多个微型孔隙水压力传感器和真空表管分别固定在支架上。

9.根据权利要求8所述的一种室内可变深度的真空预压模型桶装置，其特征是：所述底部模型桶、多个中空模型桶、盖板和水气分离瓶均为有机玻璃材质制成。

10.由权利要求1所述的一种室内可变深度的真空预压模型桶装置的试验方法，其特征是：步骤如下，

1)装配工作台和模型桶桶体，模型桶桶体安装在工作台中间处，模型桶桶体与工作台错开设置，

模型桶通体由多个中空模型桶依次密封安装在底部模型桶上，最上层中空模型桶通过盖板密封安装连接；

2)安装真空表管和孔隙水压力传感器，所述模型桶桶体内设置支架，多个真空表管分别设置于模型桶桶体上部、中部和下部，不同的深度位置，并通过扎带固定在支架上，真空表管外端部由第二细孔中穿出，并于模型桶外的真空表连接，每个真空表管外端部均连接有一个真空表，多个孔隙水压力传感器模型桶桶体上部、中部和下部，不同的深度位置，并通过扎带固定在支架上，多个微型孔隙水压力传感器导线依次穿过土体并由对应的第一橡胶塞上第一细孔穿出，并分别与信息收集仪连接；

3)安装排水板系统，在模型桶桶体内放置光滑钢套，多个排水板依次竖向套在光滑钢套上，多个排水板端部依次与手型接头连接，手型接头与真空管线一端部连接，真空管线另一端部穿出真空管线接口；

4)安装抽真空装置，抽真空装置中水气分离瓶一端与真空泵连接，水气分离瓶另一端与步骤3中的穿出的真空管线连接；

5)加入试验土样，并没过真空管线与真空管线接口，土体上覆土工布，将真空膜铺设在土工布上方，并将桶体上部开口覆盖，将密封垫圈铺设于中空模型桶外翻边上，盖板与顶部的中空模型桶密封安装；

6)将光滑钢套从土体内抽出；

7)开启抽真空系统，土体内水通过排水板排出，通过传感器获取相应数据，分析数据得到土体内不同深度的孔隙水压力和真空度；

8)将桶内土体取出，观察排水板变形特点。

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