[发明专利]硅溶胶加固大范围砂土的强度分析装置及方法

说明书

本发明公开了一种硅溶胶加固大范围砂土的强度分析装置及方法，包括激振系统、加速度测试系统、土体静动力测试系统。本发明还公开一种硅溶胶加固大范围砂土的强度分析方法，在建立土体强度和动模量的关系后，以有限元模型中每个单元的模量为优化变量、以加速度测试点上实测和模拟的累计误差为目标函数，建立优化模型，然后寻优搜索每个土体单元的模量和强度。本发明可以评估大范围固化砂土中每个局部单元的加固强度，克服传统方法无法检测相邻钻孔间固化土样强度突变的问题，有效降低现场钻孔取固化土样的数量，节省大范围砂土固化强度的分析费用。

技术领域

本发明属于岩土工程研究领域,尤其涉及一种硅溶胶加固大范围砂土的强度分析装置及方法。

背景技术

纳米硅溶胶是纳米二氧化硅颗粒这些纳米颗粒先逐渐凝聚成链状结构进而形成三维网状结构的凝胶，此纳米凝胶体系可以加固松散砂土地基，加固方法为将硅溶胶渗流入饱和砂土地基中。为了检测砂土固化后的强度，需要在不同位置钻孔，取不同深度取固化砂土试样进行室内三轴试验测试强度，当加固范围较大时，钻孔取样的费用较为高昂，同时相邻钻孔间的土样强度可以用两个钻孔的强度进行插值得到，但是无法检测钻孔之间固化土样的强度突变，例如两个相邻钻孔土样的固化强度相同，但相邻钻孔间的土样有一部分没有固化，按钻孔取样的检测方法这部分没有固化的土样是检测不出来的。因此发展硅溶胶加固大范围砂土的强度分析装置及方法，降低钻孔取样的费用，同时获得大范围固化砂土中每个局部单元土样的加固强度尤为重要。

发明内容

本发明为了克服现有技术无法检测相邻钻孔间固化土样强度突变的问题，获得每个局部单元土体的加固强度，同时有效降低现场钻孔取固化土样的数量，节省大范围砂土固化强度的分析费用，本发明提供了一种硅溶胶加固大范围砂土的强度分析装置及方法。

本发明的技术方案：一种硅溶胶加固大范围砂土的强度分析装置，包括加速度测试系统、土体静动力测试系统、设置在土体单元网格上的激振系统；所述激振系统包括依次连接的底座、压力计、弹簧、质量块、偏振器；所述加速度测试系统包括若干个加速度传感器；所述土体静动力测试系统包含试样成型装置、强度测试装置和动模量测试装置，所述试样成型装置包括水泵、试样成型圆柱套筒、第一橡胶塞、第二橡胶塞和硅溶胶存储容器，所述试样成型圆柱套筒和硅溶胶存储器之间通过水泵和水管连接，所述模量测试装置包括压电陶瓷超声波发射片和压电陶瓷超声波接受片。

优选地，所述底座设置在土体单元网格上，所述压力计设置在底座上，所述弹簧设置在压力计上，所述质量块设置在弹簧上，所述偏振器设置在质量块上。

优选地，所述第一橡胶塞放置在试样成型圆柱套筒底部，试样成型圆柱套筒内放置松散砂土，所述第二橡胶塞放置在试样成型圆柱套筒顶部，用水泵将硅溶胶从硅溶胶存储容器注入试样成型圆柱套筒，砂土试样在试样成型圆柱套筒完成固化。

优选地，所述压电陶瓷超声波发射片设置在试验土样的顶部，所述压电陶瓷超声波接受片设置在试验土样的底部。

优选地，所述加速度传感器为压电陶瓷三向加速度传感器。

优选地，所述强度测试装置为静三轴剪切仪。

一种硅溶胶加固大范围砂土的强度分析方法，包括下述步骤：

步骤1：现场取未加固土样，指定不同浓度的硅溶胶溶液，不同浓度硅溶胶溶液由浓度从小到大编号为1,2,3,…,i,…,n；

步骤2：配置编号为i浓度的硅溶胶溶液；

步骤3：取编号为i的硅溶胶放入硅溶胶存储容器内，第一橡胶塞放置在试样成型圆柱套筒底部，试样成型圆柱套筒内放置松散砂土，第二橡胶塞放置在试样成型圆柱套筒顶部，用水泵将硅溶胶从硅溶胶存储容器注入试样成型圆柱套筒，砂土试样在试样成型圆柱套筒完成固化；