[發(fā)明專利]穿越溶洞型基樁極限承載力模型試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710507707.5
• 申請(qǐng)日: 2017-06-28
• 公開（公告）號(hào): CN107178102B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁維;聶慶科;王偉;李宗鴻;李家欣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 石家莊鐵道大學(xué)
• 主分類號(hào): E02D33/00
• 分類號(hào): E02D33/00
• 代理公司: 石家莊國(guó)為知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 13120
• 代理人: 祁靜

1.一種穿越溶洞型基樁極限承載力模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于：包括試驗(yàn)箱(1)、荷載控制模塊(2)、數(shù)據(jù)采集模塊、基樁模型(6)、溶洞模型(7)和分析顯示模塊(5)；

所述基樁模型(6)和溶洞模型(7)都設(shè)置在試驗(yàn)箱(1)中，并通過試驗(yàn)箱(1)中填充的地層模型固定于所述試驗(yàn)箱內(nèi)；

所述試驗(yàn)箱(1)內(nèi)側(cè)的四個(gè)側(cè)面和底面覆蓋光滑膜；

所述基樁模型(6)頂部設(shè)有速度加載裝置，速度加載裝置與所述荷載控制模塊(2)相連，用于對(duì)樁頂施加分級(jí)荷載；

所述基樁模型(6)頂部設(shè)有位移檢測(cè)裝置，位移檢測(cè)裝置與數(shù)據(jù)采集模塊相連；

所述基樁模型(6)表面設(shè)有若干個(gè)應(yīng)變片，應(yīng)變片與數(shù)據(jù)采集模塊相連；

所述溶洞模型(7)內(nèi)設(shè)有加熱裝置；

所述數(shù)據(jù)采集模塊和荷載控制模塊(2)都與分析顯示模塊(5)相連；

所述試驗(yàn)箱(1)由透明面板(8)、至少一節(jié)槽型壁板(9)和底板(10)組成；

所述透明面板(8)中間沿豎直方向設(shè)有若干個(gè)圓孔(11)，所述基樁模型(6)為半圓柱體，基樁模型(6)的直立平面緊貼透明面板(8)；溶洞模型(7)為石蠟預(yù)制的實(shí)體模型，溶洞模型(7)附著在基樁模型(6)的表面；

所述圓孔(11)的作用是使融化后的溶洞模型(7)從圓孔(11)中流出。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穿越溶洞型基樁極限承載力模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，每節(jié)槽型壁板(9)的上部設(shè)有插孔(12)，下部設(shè)有與插孔(12)相配合插銷(15)；槽型壁板(9)前端內(nèi)側(cè)有上、下貫通且能容納所述透明面板側(cè)邊緣的滑槽(14)；底板(10)設(shè)有與插銷(15)相配合的插孔(12)和用于容納透明面板(8)底邊緣的凹槽(13)；透明面板(8)的高度與槽型壁板(9)的高度相同。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穿越溶洞型基樁極限承載力模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括數(shù)據(jù)采集器(3)和高速攝像機(jī)(4)；

所述數(shù)據(jù)采集器(3)和高速攝像機(jī)(4)都與分析顯示模塊(5)相連，且高速攝像機(jī)(4)與透明面板(8)相對(duì)設(shè)置；

所述數(shù)據(jù)采集器(3)與位移檢測(cè)裝置和應(yīng)變片相連。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穿越溶洞型基樁極限承載力模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述分析顯示模塊(5)為電腦。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穿越溶洞型基樁極限承載力模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述光滑膜為熱縮膜。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穿越溶洞型基樁極限承載力模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述位移檢測(cè)裝置為位移傳感器。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的穿越溶洞型基樁極限承載力模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述透明面板(8)為有機(jī)玻璃面板。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穿越溶洞型基樁極限承載力模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱裝置為電加熱器。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)所述的穿越溶洞型基樁極限承載力模型試驗(yàn)系統(tǒng)的試驗(yàn)方法，其特征在于包括如下步驟：

a、分節(jié)連接槽型壁板(9)，使上層槽型壁板(9)拼接至指定高度，并使槽型壁板(9)與底板(10)連接；把透明面板(8)分節(jié)安裝至槽型壁板(9)上，并在試驗(yàn)箱(1)內(nèi)側(cè)的四個(gè)側(cè)面和底面覆蓋熱縮膜；

b、根據(jù)相似比確定基樁的直徑、高度和強(qiáng)度并配置相似材料，采用模鑄預(yù)制半圓柱體基樁模型(6)；根據(jù)溶洞的大小、形狀以及與基樁模型(6)的相對(duì)位置，用石蠟制作溶洞模型(7)，并附著在基樁模型(6)的表面，在制作溶洞模型(7)的過程中，預(yù)先在石蠟中埋入電加熱器；

c、根據(jù)巖溶地層的相似比配置好模擬地層的相似材料并制作地層模型，將地層模型填充至試驗(yàn)箱(1)中，填充時(shí)采用分層填筑法，并壓實(shí)磨平，待填充至基樁模型(6)底部的標(biāo)高時(shí)，安裝半圓柱體基樁模型(6)和溶洞模型(7)；安裝完畢后，繼續(xù)填充地層模型，在分層填筑壓實(shí)過程中，間隔指定距離在基樁模型(6)表面黏貼應(yīng)變片，直至完成整個(gè)地層模型的填筑，把應(yīng)變片的數(shù)據(jù)線和電加熱器的導(dǎo)線從試驗(yàn)箱(1)的頂部引出；

d、保持溶洞模型(7)所處位置所對(duì)應(yīng)的透明面板(8)上的圓孔(11)通暢，接通電加熱器電源，使石蠟實(shí)體模型的溶洞模型(7)融化成液體，并從試驗(yàn)箱(1)中圓孔(11)滲出，使用注射器抽取在自重作用下未完全滲出的液體石蠟；

e、在基樁模型(6)頂部安裝速度加載裝置，并將其與荷載控制模塊(2)相連，在樁頂安裝豎向位移傳感器，將位移傳感器和應(yīng)變片的數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集模塊相連；將數(shù)據(jù)采集模塊架設(shè)在試驗(yàn)箱(1)正前方，并將數(shù)據(jù)采集模塊與分析顯示模塊(5)相連，最后，將數(shù)據(jù)采集模塊和荷載控制模塊(2)與分析顯示模塊(5)相連；

f、啟動(dòng)荷載控制模塊(2)，對(duì)樁頂進(jìn)行分級(jí)加載，用數(shù)據(jù)采集模塊獲取加載過程樁頂位移曲線和樁身應(yīng)力-應(yīng)變曲線，利用數(shù)據(jù)采集模塊透過試驗(yàn)箱(1)觀測(cè)基樁模型(6)、溶洞模型(7)和地層模型的變形破壞過程；

所述透明面板(8)中間沿豎直方向設(shè)有若干個(gè)圓孔(11)，所述圓孔(11)的作用是使融化后的溶洞模型(7)從圓孔(11)中流出。