[发明专利]一种碎石桩加固软土路基的土工离心模拟试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碎石桩加固软土路基的土工离心模拟试验方法，涉及岩土工程技术。

背景技术

岩土工程试验中，为了测得地基土的某些性质，室内试验和原位试验常为研究人员所使用。小尺寸的室内试验模型是在1g条件下将现场尺寸缩小得到的，虽然可以得到土体变形的机理，但由于地基软土属于非线性材料，处于1g条件下的地基模型所处的应力水平非常低，这使得软土在荷载作用下某些变形特征无法得到表现，如剪胀、软化等，对细颗粒土尤其如此，从而小尺寸的室内试验不能很好的反应原型的变形形态；而1g条件下的足尺试验虽然可以很好的反映土的力学特性，但耗资巨大。现场原位试验虽然测量数据比较精确，但所需时间比较长，这尤其是在考虑地基固结时这种情况尤其突出。因此，人们都在寻找一种既能准确提供模型所处的应力水平，又能缩短试验所需的时间、减少实验费用的方法。

离心模型试验是通过机臂的高速旋转为模型箱内的模型提供加速度场，从而达到原型应力水平。由于决定岩土性能的主要因素是岩土结构自身的重力，而离心机模拟技术能很好的解决这一问题。近年来，离心模型试验在边坡工程方面、基坑工程方面、软土地基加固方面以及隧道工程方面得到广泛的应用，并逐步成为岩土学科领域研究水平的重要标志。

目前，在碎石桩加固的研究当中，主要局限于碎石桩在不同环境下的施工方法的改进，这些方法能够解决的工程问题相对有限，而且并没有涉及到室内模型试验，尤其是还没有采用离心模型试验来研究碎石桩加固路堤效果的装置和方法。如武汉中力岩土工程有限公司的发明专利“一种pvc带孔管碎石桩及其处理软弱地基的方法”(申请号：201310380082.2)、中铁港航工程局有限公司黄永昌等人的发明专利“一种碎石桩的水下施工方法”(申请号：201110005634.2)、中化二建集团有限公司的发明专利“一种砂裹体碎石桩施工方法”(申请号：201310165153.7)。此外还有其他一些碎石桩的施工方法。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种碎石桩加固软土路基的土工离心模拟试验方法，可以用于研究路堤荷载作用下碎石桩桩顶和桩周软土之间的差异沉降、碎石桩和桩周土之间的应力分担规律、不同路堤高度对土拱效应的影响以及路基中应力(土应力和孔隙水压力)的变化规律。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种碎石桩加固软土路基的土工离心模拟试验方法，包括如下步骤：

(1)确定所需研究的影响因素，根据模型箱的尺寸，采用量纲分析法确定各相似常数；所述模型箱为无盖长方形箱体结构，其中一个侧面为透明玻璃板(10cm左右厚度)，其他三个侧面和底面为铝合金铆接结构；

(2)确定模拟试验材料，包括试验用土(研究区域的真实土体)、模拟碎石桩的砂以及建造路堤的粉土；

(3)试验仪器准备，包括离心机、试验仪器、测量仪器和碎石桩的制作设备；

(4)将模型箱放置在离心机上进行模拟试验，包括如下步骤：

(41)玻璃板标记：在模型箱的透明玻璃板上描标记点(不易擦除)，用于数值照相处理；

(42)硬粘土层的铺设：在模型箱的底部铺设取自于研究区域的硬粘土，在硬粘土层顶部铺设一层土工布，然后再铺设一定厚度的第一砂垫层(对下面的硬粘土进行压实)；设置离心加速度和离心时间，开启离心机对硬粘土进行固结；固结结束后去除第一砂垫层；

(43)软粘土的铺设：将取自于研究区域的软粘土(也可以是粉土)制成泥浆，将泥浆置于硬粘土层上的土工布上，然后再铺设一定厚度的第二砂垫层；在自重条件下进行固结；固结结束后去除第二砂垫层；

(44)空心排水管安装：将空心排水管以矩形阵列方式等间距竖直插入模型箱内、直至模型箱底部，以排除软粘土中的孔隙水，积水排完后拔出空心排水管；所述空心排水管的下部侧面均匀布置有若干连通管体的孔洞，所述最高位置的孔洞高度高于软粘土一半位置的高度；

(45)碎石桩的制作：利用砂桩制作设备制作碎石桩桩；在碎石桩制备完成后，将碎石桩以矩形阵列方式等间距竖直插入软粘土内，碎石桩的高度与软粘土的高度相等；

(46)埋设传感器，在软粘土层上的土工布上铺设砂垫层，在砂垫层上建造路堤；

(47)在模型箱的透明玻璃板前架设摄像机，设置离心加速度和离心时间，开启离心机，读取数据。