[发明专利]一种采动区桩基承载力透明土模型试验装置及试验方法

摘要

本发明公开了一种采动区桩基承载力透明土模型试验装置，它包括底座、砂箱、透明土模型箱、电子秤、桩体、加载装置、CCD工业相机和激光线性发生器，砂箱安置在底座上，砂箱底部设有开孔；电子秤放置于开孔下面，用于测量流出砂子重量；透明土模型箱嵌坐于砂箱之上，透明土箱底面为一层乳胶薄膜，用于隔离透明土与砂土；所述的桩体置于透明土中，桩顶设有桩帽，桩帽上施加荷载，桩身上设有监测桩体位移的标记点；所述的激光线性发生器布置在试验装置一侧。本发明通过漏砂法模拟因煤矿开采引起采动塌陷，从而模拟采动区地表土体沉陷过程；同时该方法还可通过改变漏砂位置和孔径大小还可用于类似的人类工程活动引发的地表土体水平或者垂直运动。

主权项

一种采动区桩基承载力透明土模型试验方法，其特征在于，该试验方法所用的实验装置包括底座、砂箱、透明土模型箱、电子秤、桩体、加载装置、CCD工业相机和激光线性发生器，所述的砂箱安置在底座上，砂箱底部设有开孔，通过调节孔径控制砂箱中砂的流速；所述的电子秤放置于开孔下面，用于测量流出砂子重量，控制沉降量；所述的透明土模型箱嵌坐于砂箱之上，透明土箱底面为一层乳胶薄膜，用于隔离透明土与砂土；所述的桩体置于透明土中，桩顶设有桩帽，桩帽上施加荷载，桩身上设有监测桩体位移的标记点；所述的激光线性发生器布置在试验装置一侧，要求激光线性发生器发射的激光经过桩身穿透透明土，形成均匀的散斑场；所述的工业相机拍摄方向位于激光平面的法线方向，实时记录散斑场的变化；试验步骤为：(1)清洗透明土模型箱框架、桩体和桩帽，并用干毛巾擦净；(2)将乳胶薄膜安装在透明土模型箱底部，进行不透水性检测；(3)选择合适的开孔类型及开孔尺寸，安装在砂箱底部；(4)将普通河砂烘干，并用孔径为0.6㎜的筛子进行筛分，采用砂雨法将筛分过的砂子装填砂箱内，装填高度与砂箱内壁齐平；(5)将透明土箱嵌放在砂箱上面，乳胶薄膜与砂面相贴；(6)将配好的白油和正十二烷混合溶液沿着透明土模型箱壁缓缓倒入透明土模型箱中，液面高度达到模型箱高度的3/5；(7)缓慢均匀地在透明土模型箱中配置透明土至混合溶液液面以下1㎝处；(8)将带有桩帽的桩体匀速笔直地插入指定位置，在桩帽上加载砝码模拟建筑荷载；(9)布置激光线性发生器，使激光经过桩身穿透透明土，形成均匀的散斑场；(10)布置相机使相机拍摄方向垂直于激光平面，并调节焦距使画面中散斑场清晰，将相机设置为自动连续拍照模式，时间间隔设定为2秒；(11)打开砂箱底部开口孔，采用漏砂法模拟采动区地表沉陷，透明土在重力作用下压迫乳胶薄膜跟随砂土一同沉陷，同时打开相机进行实时拍摄；(12)用电子秤称量漏砂的重量，可换算出砂子减少的体积，以便控制沉降程度；(13)平行试验过程中，调整激光线性发生器位置，从不同角度形成激光切面，获得不同位置散斑场照片；(14)采用PIV技术处理照片获得试验数据，并通过图像处理软件进行处理得到土体内部三维位移场。