[發明專利]一種豎井排水固結軟基處理模型試驗裝置及試驗方法

在審

• 申請號: 201410686099.5
• 申請日: 2015-08-04
• 公開（公告）號: CN104502562A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 劉干斌;范高飛;尹鐵鋒;范思婷;陶海冰;鄧岳保
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226
• 代理人: 何仲

1.一種豎井排水固結軟基處理模型試驗裝置，其特征在于：包括模型試驗箱、反力架和主要由傳力桿、千斤頂和加載杠桿組成的加壓系統，所述的模型試驗箱為一個底部密封且頂部開口的鋼制圓形或方形箱體，所述的箱體內正中央縱向填充有細砂形成用于豎向排水的豎井，所述的箱體的內壁與所述的豎井的外壁之間填筑有軟土地基，所述的軟土地基內設置有若干個孔壓-溫度一體式傳感器，所述的軟土地基和所述的豎井的頂部鋪設有細砂形成用于橫向排水的水平砂墊層，所述的水平砂墊層上設置有帶排水孔的鋼板，所述的鋼板的上表面和所述的箱體的內壁之間架設有沉降計，所述的傳力桿固定設置在所述的鋼板的上表面中央，所述的千斤頂的下端與所述的傳力桿連接且其上端通過半球形鉸支座與所述的加載杠桿活動連接，所述的加載杠桿一端通過滑輪與所述的反力架上的門式框架鉸接且其另一端設置有用于懸掛加載砝碼的掛鉤。

2.根據權利要求1所述的一種豎井排水固結軟基處理模型試驗裝置，其特征在于：還包括水熱循環系統，所述的水熱循環系統包括電腦式水循環加熱器、水源和U型導熱管，所述的U型導熱管縱向設置在所述的豎井內且所述的U型導熱管的外周與所述的豎井的內周相切，所述的U型導熱管的熱水進口通過柔性連接管與所述的電腦式水循環加熱器的熱水出口連接，所述的U型導熱管的熱水出口通過柔性連接管與所述的電腦式水循環加熱器的熱水進口連接，所述的電腦式水循環加熱器分別連接水源和三相四線電源。

3.根據權利要求2所述的一種豎井排水固結軟基處理模型試驗裝置，其特征在于：所述的箱體的外壁粘貼有保溫材料，所述的U型導熱管為外徑10～20mm，內徑5～16mm的PVC管、鋼管、鐵管或不銹鋼管，所述的柔性連接管為鐵氟龍管。

4.根據權利要求1所述的一種豎井排水固結軟基處理模型試驗裝置，其特征在于：所述的箱體的尺寸為直徑×高度＝(500～2000mm)×(1000～2000mm)，箱體壁厚為2～5mm，所述的豎井尺寸為直徑×高度＝(70～200mm)×(800～1500mm)，所述的軟土地基高為800～1500mm，所述的水平砂墊層的尺寸為直徑×厚度＝(500～2000mm)×(60～100mm)。

5.一種根據權利要求3所述的豎井排水固結軟基處理模型試驗裝置的試驗方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)將PVC管放置于模型試驗箱的箱體中央，再將U型導熱管放置于PVC管內，然后在箱體內填筑土樣，箱體內土樣分4～8層填筑，每層土樣均在一定預設壓力下靜壓至沉降穩定形成軟土地基，在填筑下一層土樣時，上層土樣表面用刮刀刮松以保證上下層土樣的良好接觸，同時，在軟土地基內預設位置放置孔壓-溫度一體式傳感器；

(2)將細砂填入PVC管中，然后拔出PVC管形成豎井作為豎向排水系統，在豎井以及軟土地基頂部填筑一定厚度的細砂形成水平砂墊層作為橫向排水系統；在水平砂墊層上覆蓋帶排水孔的鋼板，在鋼板上表面和箱體內壁之間架設沉降計，在鋼板上表面中央設置傳力桿，在傳力桿上部放置帶油壓表的千斤頂，千斤頂的頂部通過半球形鉸支座連接加載杠桿，加載杠桿的一端通過滑輪與反力架上的門式框架鉸接形成反力系統，加載杠桿的另一端設有用于懸掛加載砝碼的掛鉤形成加壓系統；

(3)將U型導熱管的熱水進口通過柔性連接管與電腦式水循環加熱器的熱水出口連接，將U型導熱管的熱水出口通過柔性連接管與電腦式水循環加熱器的熱水進口連接，電腦式水循環加熱器分別連接水源及三相四線電源形成水熱循環系統；

(4)將箱體內軟土地基靜置一周，靜置完成后在箱體外壁粘貼保溫材料，然后接通電腦式水循環加熱器的水源和電源，并開啟電腦式水循環加熱器，將溫度設定為預定值，利用U型導熱管內的熱水對土樣進行加熱；

(5)待加熱引起軟土地基的孔壓和沉降穩定后，對軟土地基進行分級加載，總共分三級進行加載，每級荷載下待孔壓消散完成或孔壓與沉降穩定后方可進行下一級加載；

(6)待第三級荷載下的孔壓消散完成或孔壓與沉降穩定后，將電腦式水循環加熱器關閉停止加熱，將箱體外壁的保溫材料去除，使軟土地基自然降溫至室溫，試驗過程中測定土層溫度、孔隙水壓力和地表沉降量數據，評價豎井熱排水固結處理效果，至此整個實驗過程完成。