CN115453086A - 一种模拟桩穿过不同填充状态溶洞的地质模型制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种模拟桩穿过不同填充状态溶洞的地质模型制备方法，首先通过现场地质资料，确定岩体的各物理参数以及溶洞的大小、形状和状态数据；然后根据所获得的地质资料数据，根据相似三定律确定相似比，得到岩体模拟材料的控制参数理论值，并通过正交试验确定岩体模拟材料的最终配比；根据溶洞的大小、形状和状态数据，制作桩‑溶洞支撑体；将桩‑溶洞支撑体固定，进行岩层填筑，待岩层固结后，对桩‑溶洞支撑体进行冲蚀，实现不同填充状态的溶洞模拟，本方案可以模拟不同方法处置后溶洞状态方法，能够满足各种形状、填充状态、处置方法溶洞模型的制作要求，且原料简单、经济，操作方便，制作出的溶洞模型与溶洞原型的受力特征、结构十分相近。

Description

一种模拟桩穿过不同填充状态溶洞的地质模型制备方法

技术领域

本发明涉及土木建设工程领域，具体涉及一种模拟桩穿过不同填充状态溶洞的地质模型制备方法。

背景技术

岩溶发育区各类工程建设项目也越来越多，溶洞的存在严重影响现场施工和完工后桩基的运营安全。当桩基穿过溶洞时，一般需要根据不同地质条件对溶洞进行相应的处置，例如注浆填充、抛填片石等。由于岩溶区水文地质条件的复杂性，难以有方法能够实现定域的治理，这就造成治理效果不理想，浪费严重等问题。

考虑到在溶洞发育地区进行现场试验的成本较高，且难以进行破坏试验，室内模型试验成为较理想的选择。目前溶洞制备方法主要包括填充固化受控抗压材料(如冰、固态蜡等)，内置发热体，加热使其溶化形成空洞或使用水溶性材料3D打印出溶洞壳体，填充后注水溶解形成空洞；埋置硅胶袋或气囊模拟水的填充等。但是，现有方法溶洞制备方法仍然存在以下缺陷：

(1)若加热体可以达到一个较高的温度，则高温会对岩体模拟材料产生影响，若加热体温度较低，使石蜡转变为液态需要的时间过长；石蜡融化后由出液管流出，室温较低的情况下石蜡再凝固易导致出液管堵塞；出液管在地质模型中留下的孔洞对模型结构性能有影响；而且自然状态下，液态石蜡难以尽数排出，易再次凝固在溶洞和桩基周围，对试验造成影响；

(2)水溶性材料(PVA)3D打印出壳体强度较低，填土夯实过程中极易发生破损；PVA材料是水溶性产品，接触空气中的水分会慢慢软化融掉，试验要求过于苛刻；

(3)全桩试验难以观测到制备过程中溶洞的完整度以及试验过程中溶洞的变化形态；地质模型填筑完毕后，难以确定溶洞位置；监测装置难以安装准确，土压力盒的位置准确性、应变片或者光纤的存活率较难保证；

(4)而且，现有的有关溶洞的模型试验研究多为对天然状态下溶洞的分析，对处置后的溶洞的分析研究很少，但在实际工程中大部分的溶洞都要进行处置，目前常见的方法和研究难以进行定域、定量的治理，效果往往不理想，浪费严重且造价很高，因此，进行此方面的试验研究，对于岩溶区工程意义重大；

(5)对于填充有水的溶洞，现有技术采用装水的硅胶袋或气囊进行模拟，此方法仅仅适用于形状规则的溶洞，对于形状不规则、内壁不平整、有边角棱的溶洞，难以模拟。

可见，目前关于室内试验模拟溶洞的方法存在操作复杂、造价较高、原料不易得、废料残留难以排出等问题，不同溶洞治理技术对桩基承载力的改变、对岩溶区安全性的提升依旧缺少定量分析，造成治理效果不理想、效率低下，因此，这方面的研究对于保证工程质量、提高施工进度尤为重要。

发明内容

本发明为解决室内试验模拟溶洞的方法存在的操作复杂、造价较高、原料不易得、废料残留难以排出等问题，提出一种模拟桩穿过不同填充状态溶洞的地质模型制备方法。

本发明是采用以下的技术方案实现的：一种模拟桩穿过不同填充状态溶洞的地质模型制备方法，包括以下步骤：

步骤A、通过现场地质资料，确定岩体的各控制参数以及溶洞的大小、形状和状态数据；

步骤B、基于步骤A所获得的地质资料数据，根据相似三定律确定相似比，得到岩体模拟材料的控制参数理论值，并通过正交试验确定岩体模拟材料的最终配比；

步骤C、根据溶洞的大小、形状和状态数据，制作桩-溶洞支撑体；

步骤D、将桩-溶洞支撑体固定在试验箱侧壁上进行岩层填筑；待岩层固结后，将试验箱侧壁拆下，对桩-溶洞支撑体进行冲蚀，实现不同填充状态的溶洞模拟：

(1)无填充溶洞模拟：将支撑体冲蚀尽后，清理掉残留物，完成无填充空溶洞的模拟；

(2)有填充的溶洞模拟；包括天然状态下的有填充溶洞和工程中人为处置的溶洞；

天然状态下有填充的溶洞分为半填充和全填充，在模拟出空溶洞后，通过侧壁将填充物填入溶洞，完成模拟；

工程中人为处置的溶洞：将填充物制作成所要模拟的溶洞的形状，将其视作支撑体进行岩层的填筑，填筑完成后，完成模拟。

进一步的，所述步骤A中，采用模型分离相似设计方法，选取岩体的容重、弹性模量、抗压强度、粘聚力、内摩擦角、泊松比为控制参数。

进一步的，所述步骤B中，具体通过以下方式实现：

(1)由原型的控制参数计算得到模型的控制参数理想值，根据原型和模型的平衡方程、几何方程、物理方程、应力边界条件和位移边界条件，确定对应的相似关系；

(2)选取重晶石粉、标准砂为骨料，硅酸盐水泥、石膏为胶凝材料，凡士林为掺加料，设计正交试验确定岩体模拟材料的最终配比；

(3)根据实际工况，计算得到模型桩的桩长和桩径。

进一步的，所述步骤B中，将实际工程中的基岩上覆土层归一化为单一土层，按照厚度加权平均计算得到原型土层的控制参数，计算得到模拟土层的理论值，选择符合控制参数理论值的砂或土作为试验土层填料。

进一步的，所述步骤C中，所述桩-溶洞支撑体，其中桩即为模型桩，溶洞支撑体即为溶洞模型；桩-溶洞支撑体采用模具进行制作；对于模具体积大的情况，采用以下方式：

(1)模具体积过大时，考虑加入大量石灰浆会导致只有表面石灰浆与二氧化碳反应，则采用往模具的石灰浆中通入二氧化碳的方式，以确保充分反应；

(2)通入二氧化碳不便时，选择将石灰浆层层涂抹在模具侧壁上，上一层干后再涂抹下一层，直至填满整个模具。

进一步的，所述步骤D中，所述试验箱包括底座，以及设置在底座上的模型箱，所述模型箱的四个侧壁采用钢化玻璃制作。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本方案采用自制碳酸钙溶洞模拟填充体，价格低廉，可用模具或者手工捏塑，可制作成任意形状的溶洞，解决了特殊形状溶洞难以模拟的难题；运用碳酸钙可溶于酸的性质，用醋酸使其溶解，形成空洞；为防止醋酸和岩体模拟材料发生反应以及防止碳酸钙填充体溶解后有残留，在碳酸钙填充体制作完成后，用一层隔离膜将其包裹，残留物将附在隔离膜上，最后将隔离膜取出，从而保证无任何残留物；系统采用侧壁钢化玻璃可拆卸的模型箱，采用中心对称模型试验方案，四个侧壁均为可拆卸的钢化玻璃，一次填筑可进行四次试验，将试验效率提高了将近四倍；而且通过预制或二次加工，可模拟天然状态和不同方法处置后的溶洞，液态、固态填充物皆可模拟，试验效率提升了数倍，可以模拟天然状态下和人为处置后不同填充状态的溶洞，具有较高的实际应用和推广价值。

附图说明

图1为本发明实施例用于半桩模型试验时布置示意图；

图2为本发明实施例半桩模型桩和溶洞支撑体之间的连接图；

图3为本发明实施例半球模具的结构示意图；

其中：1、模型箱；2、侧壁；3、模型桩；4、溶洞支撑体；5、底座；6、隔离膜。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例。

实施例、一种模拟桩穿过不同填充状态溶洞的地质模型制备方法，应用在岩溶领域，可以模拟不同方法处置后溶洞状态方法，能够满足各种形状、填充状态、处置方法溶洞模型的制作要求，所述不同填充状态中的“填充”包括天然状态下的泥浆、水等填充和工程中溶洞处理后的填充，天然状态下的填充又可分为完全填充和半填充，溶洞处置方式包括粘土球、抛填片石、钻孔注浆等，本方案原料简单、经济，操作方便，制作出的溶洞模型与溶洞原型的受力特征、结构十分相近，可以满足试验要求，该方法具体包括以下步骤：

步骤A、通过现场地质资料，确定岩体的各物理参数以及溶洞的大小、形状和状态数据；

步骤B、基于步骤A所获得的地质资料数据，根据相似三定律确定相似比，得到岩体模拟材料的控制参数理论值，并通过正交试验确定岩体模拟材料的最终配比；

步骤C、根据溶洞的大小、形状和状态数据，制作桩-溶洞支撑体；

步骤D、将桩-溶洞支撑体固定在试验箱侧壁的适当高度和位置上，进行岩层填筑。待岩层固结后，将试验箱侧壁拆下，采用酸对桩-溶洞支撑体进行冲蚀，实现不同填充状态的溶洞模拟：

(1)无填充溶洞模拟：将支撑体冲蚀尽后，清理掉残留物，即可完成无填充空溶洞的模拟；

(2)有填充的溶洞模拟；可分为天然状态下的有填充溶洞和工程中人为处置的溶洞；

天然状态下有填充的溶洞可分为半填充和全填充，填充物强度一般较低。因此，在(1) 模拟出空溶洞后，通过侧壁将填充物填入溶洞，即可完成模拟。人为处置的溶洞是为了保证施工过程的安全，因此填充物强度一般较高。可省略(1)中模拟空溶洞的步骤，将填充物制作成所要模拟的溶洞的形状，将其视作支撑体进行岩层的填筑，填筑完成后，即可完成模拟。

本实施例以半球状溶洞为例进行说明，具体如下：

一、在步骤A中、由于原型(现场实际)参数众多，想要在模型中满足所有参数非常困难，因此必须统筹考虑重要对象的相似性，最大限度的保证模型和原型的相似，故本实施例采用模型分离相似设计方法，选取岩体的容重、弹性模量、抗压强度、粘聚力(抗压强度和粘聚力对应应力相似比)、内摩擦角、泊松比为控制参数。

二、然后再根据相似三定律确定相似比，计算得到岩体模拟材料的控制参数理论值，并通过正交实验确定岩体模拟材料的最终配比，具体包括：

(1)由原型的控制参数计算得到模型的控制参数理想值，根据原型和模型的平衡方程、几何方程、物理方程、应力边界条件和位移边界条件，本模型试验存在以下相似关系：

1)应力相似比C_σ、容重相似比C_γ和几何相似比C_L之间的相似关系为：

C_σ＝C_γC_L

2)位移相似比C_δ、几何相似比C_L和应变相似比C_ε之间的相似关系为：

C_δ＝C_LC_ε

3)应力相似比C_σ、弹性模量相似比C_E和应变相似比C_ε之间的相似关系为：

C_σ＝C_EC_ε

4)物理模型试验要求所有无量纲物理量(如应变、内摩擦角、摩擦系数、泊松比等)的相似比等于1，即：

对于岩土工程结构的模型来说，需要定性分析时，模型的几何相似比通常为1:200至1： 100，而当需要定量分析时，模型的几何相似比取值为1：50至1：20之间。

(2)选取重晶石粉、标准砂为骨料，硅酸盐水泥、石膏为胶凝材料，凡士林为掺加料，设计正交试验，每种材料选取水平范围设计正交试验，按照各配料不同配比制作试块，养护后分别测定控制参数(一般养护21天)，选出参数实测值最接近理论值的配比作为岩体模拟材料的最终配比。经试验知，相似材料和岩质材料的全应力-应变曲线及单轴压缩试验的典型破坏形态基本吻合，且相似材料密度分布较均匀，各控制参数的范围广泛，可以达到试验要求。

为简化试验，将实际工程中的基岩上覆土层归一化为单一土层，按照厚度加权平均计算得到原型土层的控制参数，计算得到模拟土层的理论值，选择符合控制参数理论值的砂或土作为试验土层填料。

(3)根据实际工况，计算得到模型桩的桩长和桩径；

模型桩3选用镁铝合金，将镁铝合金管从中间进行分割，加工为两个半模管，为更好的模拟钻孔灌注桩，镁铝合下端闭口，由于镁铝合金表面较光滑，而钻孔灌注桩一般为混凝土材质，为更好的模拟实际工程中桩侧表面与土的摩擦，对模型桩表面进行轧花处理，增大粗糙度，模型桩桩身钻孔，并加工一条凹槽，方便粘贴应变片，并用环氧树脂保护。

三、利用试验室自制的岩盐制作桩-溶洞支撑体，所述岩盐为碳酸钙，碳酸钙的制作方法为基于生石灰的熟化，将生石灰与冷水混合，得到石灰浆，石灰浆为氢氧化钙悬浊液，具有吸水性，在空气中吸收二氧化碳和水生成碳酸钙。

这里需要说明的是，本实施例填入溶洞中的物质包括桩-溶洞支撑体和溶洞填充物，桩- 溶洞支撑体起到填筑岩层过程中支撑的作用，即桩-溶洞支撑体外侧轮廓形状就是溶洞形状，填筑完成后，将桩-溶洞支撑体融化即可完成空溶洞的制作；溶洞填充物的主要作用为改变溶洞的填充状态，如空溶洞中放入溶洞填充物即可模拟天然状态下有填充的溶洞。由于天然状态下大部分溶洞的填充物强度都比较低，因此一般不起支撑作用。若要模拟填充物强度较高的溶洞，填筑时也可不放置支撑体，直接放置溶洞填充物，填筑完成后即完成填充物强度较高溶洞的模拟，此时的溶洞填充物起到支撑和填充的作用。

所述桩-溶洞支撑体，其中“桩”即为模型桩，“溶洞支撑体”即为溶洞模型，桩-溶洞支撑体通过模具进行制作，具体根据溶洞形状得到对应的模具。如图3所示，为一半球状模具示意图，模具上开设有供模型桩3穿过的凹槽以及形成溶洞支撑体的凹槽。将模型桩放置在模具凹槽内并固定，然后将石灰浆缓缓倒入模具内，直至填满模具、覆盖模型桩，静置至模具内的石灰浆变硬，待其固结后，溶洞支撑体与模型桩固定为一体，相对关系为“桩穿过溶洞”，即可得到桩-溶洞支撑体，脱模备用，检查隔离材料是否有损坏，若有，及时补充隔离材料。

其中，在制作溶洞模具时，可根据实际需要制作其他形状的模具，模具可分成两瓣，便于脱模，模具上留有凹槽放置模型桩3，内侧壁涂抹脱模剂或凡士林，防止隔离材料与模具内壁粘结。将隔离材料铺满整个模具的内侧壁，确保隔离材料紧贴内壁且完整、没有渗漏的地方。若所需溶洞体积较大，直接将石灰浆倒入模具，可能导致石灰浆无法与二氧化碳充分反应，本实施例给出两种备选方案：

(1)模具体积过大时，一次性加入过多石灰浆会导致只有表面石灰浆与二氧化碳反应，内部的石灰浆无法接触到二氧化碳，可以往模具的石灰浆中通入二氧化碳，从而确保充分反应。

(2)若模具体积过大，且通入二氧化碳较为不便时，可选择将石灰浆层层涂抹在模具侧壁上，上一层干后再涂抹下一层，直至填满整个模具。

本实施例中，由于石灰浆性质的特殊，可人为进行形状的捏塑改造。对于形状不规则的溶洞，难以制作出形状相同的模具，可先选择尺寸稍小、形状规则的模具进行填充，脱模后再使用石灰浆对其进行二次加工，直至达到设计形状，用不与酸反应的隔离膜包裹住支撑体外表面，防止其与岩体模拟材料接触，成模后可在溶洞支撑体表面包裹隔离膜作为隔离。

四、将桩-溶洞支撑体固定在试验箱侧壁上，进行溶洞地质模型模拟；所述试验箱包括底座5，以及设置在底座5上的模型箱1，所述模型箱1的四个侧壁采用钢化玻璃制作；

1、将桩-溶洞支撑体固定在钢化玻璃侧壁上，保证垂直稳定，如图1所示，根据步骤B 确定的模拟材料的最佳配比，将重晶石粉、标准砂、石膏、水泥按比例称量、凡士林水浴加热后放入搅拌机，加入水的质量为固体总质量的12％，为防止石膏过快凝结，加入植物蛋白缓凝剂，充分搅拌，填筑、夯实岩体模拟材料，可根据试验需求和实际工况选择一次性填筑或者分层填筑。

其中，将桩-溶洞支撑体固定在模型箱侧壁2上，确定模型桩和溶洞加载时的影响范围，根据中心对称模型的性质，当影响范围不相交时，四个侧壁2皆可固定桩-溶洞支撑体，采用分层夯实法，每填筑5cm用橡胶拍板夯实，直至达到设计高度，最后填筑模拟土层，填充完成后养护一定时间，在填筑过程中可放入土压力盒、光纤等监测装置。

现有试验方案，一个地质模型仅能做一次试验。由于岩体模拟材料强度较高，密度较大，搬运挪动很不方便，养护花费时间也较长。若要进行多组试验，需制作多个地质模型。为保证边界条件，地质模型需要在模型箱内养护、加载，因此，只能等待上一个地质模型填筑、养加载完成后，再重新填筑、养护下一个地址模型，效率极低。本发明则针对该缺陷，可以在模型箱的四个侧壁同时进行试验，有效的提高实验效率。

在确定模型桩和溶洞的影响范围时，可采用Abaqus模拟软件进行预测，比如，在半结构水平方向宽度取5倍溶洞半径，桩端以下岩层取10倍桩径，选用8节点六面体线性完全积分单元对模型进行网格划分，为保证边界条件，对溶洞周围和桩侧进行加密，结合试验方案，桩周岩层和桩端岩层采用莫尔库伦模型计算，监测不同测点的应力变化，即可确定加载条件下桩基和溶洞的影响范围。

2、养护一定时间(比如三天)，待地质模型固结稳定后，拆除模型箱的钢化玻璃侧壁2，用针管取醋酸对溶洞支撑体(碳酸钙)进行冲刷，模型桩采用镁铝合金，不会与醋酸发生反应。溶洞支撑体外表面的隔离膜可防止醋酸与岩体模拟材料发生反应；充分冲刷后，碳酸钙模型被溶解，隔离膜上残留部分醋酸钙和醋酸，此时将隔离膜从岩体模拟材料表面揭下，从而没有任何残留的完成溶洞的模拟；然后安装钢化玻璃侧壁，即可进行加载或其他试验步骤。

其中，需要强调的是，对于不同填充状态的溶洞模拟，包括以下几种方式：

天然状态下的溶洞和人为填充处置的溶洞。天然状态下的溶洞可分为无填充空溶洞、半填充溶洞和全填充溶洞。填充物主要有水、泥浆等，强度一般较低。人为填充处置的溶洞是为了防止施工过程中溶洞坍塌，填充物一般强度较高。

(1)无填充溶洞模拟：

基于酸碱中和反应，打开模型箱侧壁，使用酸对溶洞支撑体进行冲刷，直至形成目标空洞，取出乙聚乙烯膜和残留的杂质，模拟无填充溶洞。

(2)有填充物的溶洞模拟；

1.天然状态下有填充的溶洞：

首先进行空溶洞的制作，然后使用防水材料在空洞内形成密闭空间。

所述防水材料为环氧树脂，在所述空洞内壁涂刷环氧树脂，冷却凝固后形成防水层，侧壁空洞口下半侧使用乙聚乙烯膜封住，上半侧作为入料口向空洞中注入水或泥浆等；若所述溶洞为完全填充状态，可将侧壁空洞口完全封住，预留小洞注水或泥浆，注满后进行封堵。用于模拟天然状态下填充有水或淤泥的溶洞；

2.工程中为保证施工安全填充处置后的溶洞：

此类溶洞填充物主要起到支撑溶洞的作用，因此选择单轴抗压强度和弹性模量为溶洞填充物的控制参数。根据实际工程的溶洞填充处置方法，确定原型的单轴抗压强度和弹性模量。选取合适的几何相似比、应力相似比和弹性模量相似比，计算得到试验中填充物模拟材料的参数。设计正交试验得到填充物模拟所需的合适材料和最佳配比。将填充物模拟材料与桩置于溶洞模具内，此步骤可参考支撑体的制作。制作过程中可根据试验需求放入土压力盒监测内部应力。固结稳定后得到和溶洞形状相同的填充体，随后进行填筑、夯实，即可用于模拟人工方法填充处置后的溶洞。

以上操作皆可以取出侧壁钢化玻璃后可视化操作，不需埋设管道，保证模型的完整性。而且也更直接的观察到溶洞的形状完成度；后续试验过程可用工业相机配合DIC技术记录全过程，使试验现象更加直观，结果更加严谨；试验效率提升了数倍，且可制成任意形状，从而满足特殊形状的溶洞模拟，还可以模拟天然状态下和人为处置后不同填充状态的溶洞。

另外，需要说明的是本实施例中岩体模拟材料不局限于本专利中提及的几种，可根据试验要求有所改变，溶解碳酸钙填充体的酸不局限于醋酸，盐酸或其他可用酸皆可，包裹碳酸钙填充体的隔离膜不局限于保鲜膜，不与酸反应的柔性材料也可使用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种模拟桩穿过不同填充状态溶洞的地质模型制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A、通过现场地质资料，确定岩体的各控制参数以及溶洞的大小、形状和状态数据；

步骤B、基于步骤A所获得的地质资料数据，根据相似三定律确定相似比，得到岩体模拟材料的控制参数理论值，并通过正交试验确定岩体模拟材料的最终配比；

步骤C、根据溶洞的大小、形状和状态数据，制作桩-溶洞支撑体；

步骤D、将桩-溶洞支撑体固定在试验箱侧壁上进行岩层填筑；待岩层固结后，将试验箱侧壁拆下，对桩-溶洞支撑体进行冲蚀，实现不同填充状态的溶洞模拟：

(1)无填充溶洞模拟：将支撑体冲蚀尽后，清理掉残留物，完成无填充空溶洞的模拟；

(2)有填充的溶洞模拟；包括天然状态下的有填充溶洞和工程中人为处置的溶洞；

天然状态下有填充的溶洞分为半填充和全填充，在模拟出空溶洞后，通过侧壁将填充物填入溶洞，完成模拟；

工程中人为处置的溶洞：将填充物制作成所要模拟的溶洞的形状，将其视作支撑体进行岩层的填筑，填筑完成后，完成模拟。

2.根据权利要求1所述的模拟桩穿过不同填充状态溶洞的地质模型制备方法，其特征在于：所述步骤A中，采用模型分离相似设计方法，选取岩体的容重、弹性模量、抗压强度、粘聚力、内摩擦角、泊松比为控制参数。

3.根据权利要求1所述的模拟桩穿过不同填充状态溶洞的地质模型制备方法，其特征在于：所述步骤B中，具体通过以下方式实现：

(1)由原型的控制参数计算得到模型的控制参数理想值，根据原型和模型的平衡方程、几何方程、物理方程、应力边界条件和位移边界条件，确定对应的相似关系；

(2)选取重晶石粉、标准砂为骨料，硅酸盐水泥、石膏为胶凝材料，凡士林为掺加料，设计正交试验确定岩体模拟材料的最终配比；

(3)根据实际工况，计算得到模型桩的桩长和桩径。

4.根据权利要求1所述的模拟桩穿过不同填充状态溶洞的地质模型制备方法，其特征在于：所述步骤B中，将实际工程中的基岩上覆土层归一化为单一土层，按照厚度加权平均计算得到原型土层的控制参数，计算得到模拟土层的理论值，选择符合控制参数理论值的砂或土作为试验土层填料。

5.根据权利要求1所述的模拟桩穿过不同填充状态溶洞的地质模型制备方法，其特征在于：所述步骤C中，所述桩-溶洞支撑体，其中桩即为模型桩，溶洞支撑体即为溶洞模型；桩-溶洞支撑体采用模具进行制作；对于模具体积大的情况，采用以下方式：

(1)模具体积过大时，考虑加入大量石灰浆会导致只有表面石灰浆与二氧化碳反应，则采用往模具的石灰浆中通入二氧化碳的方式，以确保充分反应；

(2)通入二氧化碳不便时，选择将石灰浆层层涂抹在模具侧壁上，上一层干后再涂抹下一层，直至填满整个模具。

6.根据权利要求1所述的模拟桩穿过不同填充状态溶洞的地质模型制备方法，其特征在于：所述步骤D中，所述试验箱包括底座(5)，以及设置在底座(5)上的模型箱(1)，所述模型箱(1)的四个侧壁采用钢化玻璃制作。

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