[发明专利]模拟水下沉井施工土体位移的可视化试验装置及方法

说明书

本发明公开模拟水下沉井施工土体位移的可视化试验装置及方法，该装置包括渗流力施加系统、工况模拟系统、数据采集系统、模拟挖掘装置；本发明融合透明材料技术和数字图像处理技术并将其运用至水下沉井施工的室内模拟中，实现了水下沉井施工中土体位移场和渗流场的可视化观测。

技术领域

本发明属于工程试验技术领域，尤其涉及一种模拟水下沉井施工土体位移的可视化试验装置和试验方法。

背景技术

随着改革开放工作的逐渐深入，我国基础建设的蓬勃发展向岩土工程师们提出了全新的标准。沉井是一种利用人工或机械方法清除井内土石，通过自重以及各种助沉措施使井筒沉入地下至设计标高，固定在地层中后，完成绕筑混凝土封底形成的地下建筑物或者构筑物的施工方法。

几十年来，我国大量大跨度桥梁的竣工，推动沉井基础的研究与施工经验的进步。目前，沉井基础作为深基础的重要形式，在大量港口、桥梁、矿山、水利水电工程与大型地下建筑基础中得到了广泛而成功的运用。越来越多、越来越大的沉井无疑将沉井施工技术这个综合性难题放在了土木工程师们的面前。沉井施工的关键技术是保证其平稳下沉，其中准确把握下沉过程中土体位移场的变化过程是沉井下沉的主要控制因素，探求土体位移场的分布形式是沉井设计的重要内容。但沉井法施工的要求大都来自于工程实践，对其研究还不够深入，这需要科研工作者投入更多的精力对其作用机理进行清楚的解释，以更好地指导工程实践。室内模型试验就是一种非常好的方法。

然而目前并没有对水下沉井施工进行模拟并且整个过程可视化的试验设备。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种模拟水下沉井施工土体位移的可视化试验装置及方法，解决了水下沉井施工土体位移场和渗流场不可见的难题，实现了模拟水下沉井施工下土体位移场和渗流场的可视化观测。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为采用一种模拟水下沉井施工土地位移的可视化试验装置，包括渗流力施加系统、工况模拟系统、数据采集系统、模拟挖掘装置；

所述渗流力施加系统包括竖直设置的支撑杆、可沿支撑杆上下滑动的用于盛装渗透液的供水箱，还包括用于驱动供水箱上下运动的驱动装置；

所述工况模拟系统包括透明的模型箱，所述模型箱内盛装有透明土，所述透明土中竖直插有筒状的模拟沉井；所述透明土位于模拟沉井四周插有若干工程桩，所述工程桩上顶有载物板及配重；

所述供水箱通过供水管与模型箱连接。

作为一种改进，所述驱动装置包括设置在支撑杆顶部的手柄；所述支撑杆上端撑有顶板，所述顶板上开有螺孔；所述手柄上设置有与螺孔配合的螺纹；所述手柄与供水箱连接。

作为一种进一步的改进，还包括布置在模型箱内侧壁上的孔板，所述供水管通达孔板。孔板将渗透液分散布置，模拟真实条件下流体对土地的冲击。

作为另一种更进一步的改进，所述模拟沉井下端设置有内刃角，模拟真实情况，有利于模拟沉井下沉。

作为一种改进，所述透明土由熔融石英砂颗粒与正十二烷和十五号白油的混合溶液制备而成。

作为一种改进，所述透明土利用渗透液淹没，所述渗透液具有与透明土中同样配比的正十二烷和十五号白油，并在同样温度和湿度条件下配置而成。

作为一种改进，所述模拟沉井为将玻璃砂、液体石蜡和正十三烷均匀搅拌后塑性而成。

作为一种改进，所述数据采集系统包括位于模型箱一侧的激光发生器以及位于透明箱下方的CCD相机，所述CCD相机与计算机连接。

作为一种改进，所述模拟挖掘装置为机械抓手。

本发明还提供一种利用上述装置进行模拟水下沉井施工土地位移的可视化试验方法，包括以下步骤：