[發明專利]一種高鐵地基泥巖上覆荷載下膨脹量原位智能測定方法

有效

• 申請號: 201910085698.4
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN109781964B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 薛彥瑾;王起才;張戎令;馬麗娜;代金鵬;張凱;段運;謝超;張乘波;王陽;王沖;王炳忠;李進前;張唐瑜;崔寶紅;王新斌;王志委
• 申請（專利權）人: 蘭州交通大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01B5/30;G01B7/16;E02D33/00
• 代理公司: 甘肅省知識產權事務中心代理有限公司 62100
• 代理人: 陳超

1.一種高鐵地基泥巖上覆荷載下膨脹量原位智能測定方法，其特征是：其結構包括加載頂板（1），加載頂板（1）的上表面放置堆載物（2）、加載頂板（1）下表面為加載立柱（3），所述加載立柱（3）的底部放置于加載底板（4）之上，所述加載底板（4）的上表面設置有伸縮裝置（5），伸縮裝置（5）頂部設有頂板，頂板上表面與機電百分表（7）的觸頭接觸，所述機電百分表（7）固定于橫梁（9），所述橫梁（9）固定于地面（32）；所述機電百分表（7）通過位移信號線（10）連接位移顯示器（11），所述位移顯示器（11）通過電源線（12）連接于控制器（13）；所述加載底板（4）設置有濕度感應器（16）和注水管孔（17），所述濕度感應器（16）通過第一濕度信號線（18）與濕度控制開關（19）連接，所述濕度控制開關（19）通過電線（20）與電動執行機構（21）連接，所述電動執行機構（21）連接電動閥門（22），電動閥門（22）由電動執行機構（21）控制開閉，所述電動閥門（22）設置在輸水管（23）上，輸水管（23）一頭與蓄水桶（24）相連，輸水管（23）另一頭放置于注水管孔（17）內，輸水管（23）上安裝流量計（25）和手動閥門（26），蓄水桶（24）放置于地面（32），所述濕度控制開關（19）通過電源線（12）連接于控制器（13）；所述加載底板（4）底面布置防水膜（33）和砂（34），所述砂（34）的下表面設有多出水孔注水管（27），多出水孔注水管（27）上設有注水口（41）、出水口（42）、濕度感應口（43），注水口（41）與輸水管（23）相連，濕度感應口（43）與濕度感應器（16）相連，出水口（42）與滲流通道（28）相連通，滲流通道（28）為豎向，滲流通道（28）內部中空、外壁上均勻地開設有若干滲水孔，所述滲流通道（28）周圍布設有濕度傳感器（29），所述濕度傳感器（29）通過第二濕度信號線（30）連接于濕度巡檢儀（31），所述濕度巡檢儀（31）通過電源線（12）與控制器（13）相連；所述控制器（13）有3對接線頭，其中一對接線頭正負極與位移顯示器（11）、濕度控制開關（19）、濕度巡檢儀（31）各自的供電線接頭連接，一對接線頭正負極與蓄電池（14）相連，一對接線頭正負極與電源相連；

操作、測定過程：1）在計劃測量區域選擇一塊場地，清除地表浮土，開挖試驗基坑，基坑開挖完成后，對坑底整平；

2）在基坑一側開挖臨空面，臨空面深度大于基坑深度；

3）基坑底部開挖圓形試驗區域，完成后對各試驗區域進行整平；

4）將基坑圓形區域挖出與多出水孔注水管形狀相配合的溝槽；

5）在溝槽中向下鉆滲流通道孔，滲流通道孔用來放入滲流通道，滲流通道孔沿圓周向均勻布置，滲流通道孔之間的位置布置是與滲流通道管件的布置相匹配的；沿滲流通道孔周圍開挖豎向濕度傳感器放置孔；在基坑下方的臨空面側壁上開挖橫向濕度傳感器放置孔；

6）將橫向濕度傳感器（38）和豎向濕度傳感器（36）分別放置在橫向濕度傳感器放置孔和豎向濕度傳感器放置孔中，并將放置孔內的多余空間用細沙填埋擠壓密實，將橫向、豎向濕度傳感器信號線與濕度巡檢儀（31）相連，濕度巡檢儀開機，查看濕度傳感器運行是否正常，如有異常立即更換；

7）將多出水孔注水管（27）下方的出水口與滲流通道（28）管件上端連接組裝；滲流通道（28）管件放置于滲流通道孔內，多出水孔注水管（27）放置于開挖好圓形區域的溝槽中；

8）在基坑圓形區域鋪一層砂，砂面與多出水孔注水管保持水平平齊，用防水膜覆蓋砂面與多出水孔注水管，防止水分從土體表面蒸發；

9）將加載底板（4）放置于防水膜上，加載底板（4）的注水管孔（17）與多出水孔注水管的注水口對應連接，加載底板（4）的濕度感應器放置孔與多出水孔注水管的濕度感應口對應連接；

10）在加載底板（4）上表面放置伸縮裝置（5），伸縮裝置頂放置機電百分表（7）觸頭，機電百分表（7）固定于橫梁（9），并將機電百分表連接位移顯示器（11），之后安裝加載立柱（3）和加載頂板（1），在加載頂板（1）上表面放置堆載物（2），使其達到目標上覆荷載值；

11）待機電百分表讀數穩定后，將濕度控制開關（19）通電，打開手動閥門（26），電動執行機構、電動閥門與濕度控制開關聯動，當濕度感應器濕度為設定低值，濕度控制開關接收濕度信號設定低值，濕度控制開關控制電動執行機構、電動閥門開啟，水從蓄水桶經輸水管流入多出水孔注水管，再流入滲流通道中；當濕度感應器濕度為設定高值，濕度控制開關接收濕度信號設定高值，濕度控制開關控制電動執行機構、電動閥門關閉，停止向滲流通道注水，試驗開始；

12）橫向濕度傳感器和豎向濕度傳感器讀數穩定后，表明試驗區域泥巖已均勻、完全滲水，記錄此時每個機電百分表的讀數，以5個機電百分表為例，讀數分別為h₁、h₂、h₃、h₄、h₅，單位為mm；

13）試驗區域泥巖豎向膨脹量削減計算：

①?滲流通道孔

滲流通道孔數量以13個為例，孔直徑為d₁（mm），滲流通道直徑為d₂（mm），由于滲流通道孔與滲流通道不可能完全密貼，因此滲流通道與滲流通道孔之間存在間隙，但泥巖既有豎向膨脹，又有側向膨脹，存在間隙必定被泥巖膨脹完全填充，假設滲流通道高度為H（mm），則間隙總體積為：V₁=（mm³），試驗區域泥巖直徑為D（mm），則換算為泥巖豎向膨脹量為：（mm）；

②?豎向濕度傳感器放置孔

豎向濕度傳感器放置孔以10個為例，孔直徑為d₃（mm），孔內用砂子填充，砂子孔隙率為50%，砂子在試驗區泥巖側向膨脹作用下假設有20%孔隙被泥巖側向膨脹擠密，則砂子20%孔隙總體積為：，試驗區域泥巖直徑為D（mm），則換算為泥巖豎向膨脹量為：（mm）；

③?橫向濕度傳感器放置孔

橫向濕度傳感器放置孔有1個，為橫向長孔槽，長度為試驗區域泥巖直徑D（mm），孔徑為d₃（mm），孔內用砂子填充，砂子孔隙率為50%，砂子在試驗區泥巖側向膨脹作用下假設有20%孔隙被泥巖豎向膨脹擠密，則砂子20%孔隙體積為：，換算為泥巖豎向膨脹量為：（mm）；

14）試驗區域泥巖豎向總膨脹量h的計算。