[發(fā)明專(zhuān)利]對(duì)穿越溶洞的樁基進(jìn)行加載試驗(yàn)的裝置及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310429446.5
• 申請(qǐng)日: 2023-04-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116479953A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜鵬;周德泉;劉曉玲;王創(chuàng)業(yè);海軍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 長(zhǎng)沙理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): E02D33/00
• 分類(lèi)號(hào): E02D33/00;G01N3/02;G01N3/08;E02D27/12;E02D27/14;B28B1/14
• 代理公司: 寧波市海曙鈞泰專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 33281
• 代理人: 代宇琛

本發(fā)明公開(kāi)了一種對(duì)穿越溶洞的樁基進(jìn)行加載試驗(yàn)的裝置及其制備方法，其優(yōu)點(diǎn)在于洞頂巖體和承樁巖體相互扣合且被承臺(tái)巖體二次澆注完全包裹，模擬出了完全封閉的溶洞結(jié)構(gòu)；構(gòu)成巖體模型的承樁巖體、洞頂巖體、后澆固樁層和承臺(tái)巖體都由同樣的巖層相似材料所制成，整體性更好，溶洞一圈輪廓的材料的力學(xué)性能一致；承臺(tái)巖體向下從四圍完全包裹住承樁巖體的全部，使得承樁巖體頂面的抗剪效能好，進(jìn)一步提高巖體模型整體性，降低二次澆注的不利影響；綜上，本申請(qǐng)更加真實(shí)的模擬了樁基在巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)情況，還原度高，因而加載多種負(fù)荷后測(cè)得的參數(shù)更為準(zhǔn)確，更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拈_(kāi)展穿越溶洞型樁基室內(nèi)模型試驗(yàn)研究，能夠更好的指導(dǎo)巖溶地區(qū)樁基的設(shè)計(jì)和施工。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及樁基承載力學(xué)模型試驗(yàn)領(lǐng)域，尤其是涉及一種對(duì)穿越溶洞的樁基進(jìn)行加載試驗(yàn)的裝置及該裝置的制備方法。

背景技術(shù)

為研究樁基的力學(xué)性能，技術(shù)人員常采用室內(nèi)模擬的方式。用pvc管、等比例縮小的混凝土柱、鋁合金管等作為模型樁以模擬PC/PHC管樁、成孔灌注樁、鋼管樁等多種樁體，模型樁樁體上不同深度設(shè)有應(yīng)力片；用石英砂、滑石粉、膨潤(rùn)土等混合體構(gòu)成土層相似材料來(lái)模擬土層，用石英砂、重晶石粉、石膏、水泥和水等以一定比例混合以構(gòu)成巖層相似材料來(lái)模擬巖層；澆注巖層相似材料并將模型樁下段預(yù)埋在巖層相似材料內(nèi)，以形成帶模型樁的巖體模型，再用吊機(jī)將該巖體模型吊運(yùn)至模型箱內(nèi)，并向模型箱內(nèi)的巖體模型上覆土層相似材料，從而建立樁體、土層和巖層的完整模型，并對(duì)模型樁樁體施加多種荷載，通過(guò)測(cè)量不同荷載模式下的模型樁樁體的豎向位移量、水平位移量、樁體不同深度測(cè)量點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變值等參數(shù)，對(duì)樁基的工作機(jī)理和受力性能進(jìn)行綜合分析，為后續(xù)樁基的設(shè)計(jì)應(yīng)用和實(shí)際施工提供依據(jù)。

而在巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)進(jìn)行樁基施工時(shí)，常會(huì)在巖層中遭遇到中空的溶洞，若溶洞頂板巖層承載力足夠，則正常施工，但如果溶洞頂板不足承載樁基荷載時(shí)，樁基就必須向下穿越溶洞，并以溶洞下方的穩(wěn)定巖層作為持力層。由于該樁基要穿越溶洞，其承載形式和破壞模式比樁體下部全部承載在普通巖層基礎(chǔ)中更為復(fù)雜，因此，構(gòu)建出穿越溶洞的樁基的模型，并對(duì)該模型進(jìn)行室內(nèi)加載模擬試驗(yàn)，對(duì)其施加各種荷載，采集各種荷載下不同高度的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)，從而建立數(shù)學(xué)模型并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)研究，明確穿越溶洞型樁基承載機(jī)理，可以更好的指導(dǎo)巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)樁基的設(shè)計(jì)和施工，因此具有重大的工程意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

現(xiàn)有技術(shù)中，研發(fā)人員嘗試了多種方式方法來(lái)模擬穿越溶洞的樁基以對(duì)其進(jìn)行加載試驗(yàn)，但效果均不夠理想。

其中一種室內(nèi)模型的模擬溶洞采用隧道型，如公開(kāi)號(hào)為CN214883927U的中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利《模擬溶洞基樁受力變形的室內(nèi)模型試驗(yàn)裝置》中，先搭設(shè)四塊側(cè)板和底板，其中前后側(cè)板間固定橫向延伸的矩形模芯，再向四個(gè)側(cè)板與底板之間的空間內(nèi)澆筑混凝土（巖層相似材料），待其硬化拆除前后側(cè)板后抽走橫向的模芯，從而形成兩頭暢通的模擬溶洞。但該溶洞本質(zhì)上是前后貫通的隧道，而非真正的溶洞，這種模型與真實(shí)工況的巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)的四周完全封閉的溶洞力學(xué)性能、荷載分布、破壞模式均差別巨大，仿真度和還原度均低，獲取的數(shù)據(jù)參考價(jià)值低，難以準(zhǔn)確指導(dǎo)巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)樁基的設(shè)計(jì)和施工。

另有一種室內(nèi)模型的模擬溶洞采用盒體型，該室內(nèi)模型包括中空木盒、貫穿木盒并與木盒固定的模型樁和包覆在木盒外圍的由巖層相似材料澆筑而成的巖體模型，其思路為采用中空木盒構(gòu)成空心的溶洞，將模型樁與木盒插接固定密封后外圍澆筑巖層相似材料，但上述室內(nèi)模型的木盒澆筑完成后不拿出來(lái)，滯留在巖體模型內(nèi)部，所以，可以通俗的理解為，該室內(nèi)模型的溶洞的分界面存在一層木板，與真實(shí)情況的完全中空的溶洞存在較大的差異，從客觀(guān)上來(lái)說(shuō)，該樁基與木盒密封連接的結(jié)構(gòu)本質(zhì)上構(gòu)建出的是帶中空木模的異形樁，其力學(xué)性能、荷載分布、具體結(jié)構(gòu)與巖層內(nèi)完全中空的溶洞不一致，還原度低，獲得數(shù)據(jù)參考性弱，與真實(shí)狀況相去甚遠(yuǎn)，同樣難以指導(dǎo)巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)樁基設(shè)計(jì)和施工的實(shí)際應(yīng)用。