[發明專利]穿越串珠狀溶洞基樁模型的極限承載力模型試驗系統及試驗方法

在審

• 申請號: 201711382454.X
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN108166538A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 袁維;聶慶科;王偉;李華偉;賈向新;李建朋
• 申請（專利權）人: 河北建設勘察研究院有限公司;石家莊鐵道大學
• 主分類號: E02D33/00
• 分類號: E02D33/00
• 代理公司: 石家莊輕拓知識產權代理事務所(普通合伙) 13128
• 代理人: 秦燕

1.一種穿越串珠狀溶洞基樁模型的極限承載力模型試驗系統，其特征在于：包括模型試驗箱、豎向加載裝置、數據采集裝置、顯示控制裝置，以及基樁模型、溶洞模型和溶劑循環裝置；

所述模型試驗箱包括外框架，以及裝設于外框架內的至少有一側為透明狀的箱體，并在外框架的頂部固定設置有反力橫梁，所述基樁模型和溶洞模型位于所述箱體內，且在所述箱體內填充有固定所述基樁模型模塊與溶洞模型的地層模型；

所述基樁模型的一側貼設于所述箱體為透明狀的一側的內壁上，所述溶洞模型附著于基樁模型上，且所述溶洞模塊為沿基樁模型長度方向間隔布置的多個，于各所述溶洞模型內設置有兩端連通至所述箱體外的溶劑管，并在所述溶劑管上設有貫通至所述溶劑模型內的連通孔；

所述豎向加載裝置位于所述基樁模型的頂部和所述反力橫梁之間，且在所述基樁模型的頂部套裝有樁帽；

所述數據采集裝置包括位于所述樁帽頂部的位移檢測模塊，貼設于所述基樁模型表面的應變片，以及正對于所述基樁模型布置在所述箱體外的圖像采集模塊；

所述顯示控制裝置與所述數據采集裝置和所述豎向加載裝置連接；

所述溶劑循環裝置與各所述溶洞模型中設置的所述溶劑管相連。

2.根據權利要求1所述的穿越串珠狀溶洞基樁模型的極限承載力模型試驗系統，其特征在于：所述箱體由上下拼接于一起的多個透明框體構成，于各所述透明框體的一側設置有供所述溶劑管的兩端伸出箱體外的通孔。

3.根據權利要求2所述的穿越串珠狀溶洞基樁模型的極限承載力模型試驗系統，其特征在于：所述透明框體由有機玻璃制成。

4.根據權利要求1所述的穿越串珠狀溶洞基樁模型的極限承載力模型試驗系統，其特征在于：所述基樁模型的截面為半圓形，所述基樁模型呈平面狀的一側貼設于所述箱體的內壁上，所述溶洞模型附著在所述基樁模型呈曲面狀的一側。

5.根據權利要求4所述的穿越串珠狀溶洞基樁模型的極限承載力模型試驗系統，其特征在于：所述溶洞模型由易溶于水的鹵鹽預制而成。

6.根據權利要求5所述的穿越串珠狀溶洞基樁模型的極限承載力模型試驗系統，其特征在于：于所述溶洞模型的外表面包裹有熱縮膜。

7.根據權利要求1所述的穿越串珠狀溶洞基樁模型的極限承載力模型試驗系統，其特征在于：于所述箱體的內壁上覆蓋有熱縮膜。

8.根據權利要求1所述的穿越串珠狀溶洞基樁模型的極限承載力模型試驗系統，其特征在于：所述位移檢測模塊為光柵傳感器，所述圖像采集模塊為高速攝像機，所述顯示控制裝置為計算機。

9.根據權利要求1至8中任一項所述的穿越串珠狀溶洞基樁模型的極限承載力模型試驗系統，其特征在于：所述溶劑循環裝置包括溶劑儲箱和循環泵，所述溶劑管的一端連接于循環泵的出口，另一端連通至溶劑儲箱。

10.一種穿越串珠狀溶洞基樁模型的極限承載力模型試驗方法，其特征在于：該方法包括如下的步驟：

步驟a、組裝模型試驗箱；

步驟b、根據相似比確定基樁模型直徑、高度及強度，配制基樁模型相似材料，并預制基樁模型；根據溶洞模型的幾何相似比，預制多個內設有溶劑管的溶洞模型，并將各溶劑模型沿基樁模型長度方向間隔附著于基樁模型上；

步驟c、根據地層相似比，配置地層相似材料，并分層向所述箱體中填充；待地層相似材料填充至基樁模型底部標高時，將基樁模型和溶洞模型置于箱體內，且使溶劑管的兩端與箱體外連通；再填充地層相似材料至設計標高，以形成地層模型，并在地層相似材料填充過程中，于基樁模型表面安裝應變片；

步驟d、于基樁模型頂部套裝樁帽，在樁帽與反力橫梁之間裝設豎向加載裝置，且于樁帽頂部設置位移檢測模塊，使圖像采集模塊正對基樁模型布置在箱體的一側，并將所述位移檢測模塊、應變片、圖像采集模塊和顯示控制裝置連接；

步驟e、將各溶劑管與溶劑循環裝置連接，啟動溶劑循環裝置，使溶劑進入溶洞模型，以溶解溶洞模型而形成溶洞；

步驟f、啟動豎向加載裝置，對基樁模型進行分級加載，采集并記錄加載過程中基樁模型頂部位移曲線和基樁模型樁身應力-應變曲線，并通過圖像采集模塊以觀察基樁模型模塊、溶洞模塊和地層模型的變形破壞過程。