專利名稱：一種地基加固離心模型試驗砂樁制作裝置及制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建筑技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種地基加固離心模型試驗砂樁制作裝置及制作方法。
背景技術(shù)：
土工離心模型試驗是根據(jù)離心力場和重力場等價原理，并考慮到土工材料的非線性和自重應力對土工結(jié)構(gòu)的影響，把經(jīng)過1/n縮尺的原型結(jié)構(gòu)物置于n倍重力加速度的離心場中，使模型和原型相應點達到應力應變相同、變形相似、破壞機理相同，從而再現(xiàn)原型特性，為理論和數(shù)值分析方法提供真實可靠的參考依據(jù)。離心模型試驗已經(jīng)在邊坡穩(wěn)定性影響因素分析、軟土地基改良加固、基礎(chǔ)工程、隧道工程、高土石壩等，以及近期發(fā)展起來的在環(huán)境巖土工程、地震工程、模擬動態(tài)施工方面得到了廣泛運用。對具體工程進行現(xiàn)場長期監(jiān)測具有很大難度，而且現(xiàn)場的外部環(huán)境隨著時間的延長往往變化很大，現(xiàn)場的土層條件和水文地質(zhì)條件往往很復雜，影響量測結(jié)果的因素較多，所以目前關(guān)于這方面的數(shù)據(jù)資料仍然非常缺乏。而理論在假設(shè)上過于理想化，計算公式十分繁瑣，所得結(jié)果也與實際沉降值往往偏差較大。室內(nèi)一般模型試驗雖然可以根據(jù)需要控制條件，獲得有參考價值的數(shù)據(jù)，但是相似度不夠大，且歷時較長。而土工離心模型試驗與室內(nèi)一般模型試驗相比，能夠使模型達到與原型相同的應力水平，并且可以模擬長時間的工程情況，為進一步研究具體工程的破壞機理影響因素及規(guī)律、驗證理論分析的正確性、建立數(shù)學預測模型提供可靠的依據(jù)，愈加得到廣泛運用。但是，離心模型試驗模型的制作要求與實際工程情況盡可能相符。若模型與實際存在偏差，則在n倍重力加速度的離心場中，偏差將被進一步放大，得到的試驗結(jié)果并不具有指導意義，因此研究如何制作與實際工程情況相符的離心模型試驗的模型是非常必要和有意義的。目前，在離心模型試驗研究領(lǐng)域，尚無制作砂樁的相關(guān)裝置和方法。與本發(fā)明相似的產(chǎn)品主要是單純研究土體固結(jié)或土中應力的裝置及方法，如長安大學謝永利等人的發(fā)明專利“離心模型試驗裝置的土體固結(jié)沉降儀”(申請?zhí)?201010614459.2)、清華大學宋飛等人的發(fā)明專利“一種離心模型擋土墻試驗設(shè)備”(專利編號:200910131281.3)、同濟大學唐益群等人的發(fā)明專利“一種有工程環(huán)境效應引起地面沉降的模型及其試驗方法”(申請?zhí)?201110054057.6)。此外還有其他一些離心模型試驗的裝置及方法。此類裝置和方法，都是單純?yōu)榱搜芯客馏w的固結(jié)沉降或土中應力，并未涉及到如何制作與實際相符的離心模型試驗的模型，特別是涉及在離心模型試驗模型中制作砂樁的裝置和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有離心模型試驗中存在的主要局限于單純研究土的固結(jié)沉降問題，這些問題所對應的離心模型一般只含有一種土或幾層分層的土，制作相對簡單，經(jīng)過簡單的尺度縮放即可滿足，但是這類模型所能解決的工程問題相對有限等問題，提出了一種地基加固離心模型試驗砂樁制作裝置及制作方法。本發(fā)明的目的在于提供一種地基加固離心模型試驗砂樁制作裝置，所述地基加固離心模型試驗砂樁制作裝置包括延長鋁管、支架、圓形鋁管、半圓鋁管、實心管、鉆頭；延長鋁管、圓形鋁管和支架三者配合使用；鉆頭與圓形鋁管配合使用；實心管與圓形鋁管配合使用。進一步，所述支架的上橫梁兩邊緣處設(shè)有固定用螺栓孔。進一步，所述圓形鋁管為兩端開口的圓形鋁管。本發(fā)明的另一目的在于提供一種地基加固離心模型試驗砂樁制作方法，所述制作方法包括以下步驟:第一步、通過上橫梁兩邊緣處的螺栓孔用螺栓將支架固定在離心模型試驗箱適當位置處；第二步、通過延長鋁管將一根兩端開口的圓形鋁管壓進軟土，用鉆頭鉆除圓形鋁管中的土 ；第三步、壓入圓形鋁管至適當深度。第二次頂進圓形鋁管至適當深度處，用鉆頭清除圓形鋁管中的土，重復第三步直至圓形鋁管被頂至所要求的深度并用鉆頭取出圓形鋁管中的土 ；第四步、每一根圓形鋁管中殘留的土用實心管清除干凈；第五步、分批向每一根圓形鋁管中倒入適量砂子，一邊拔出圓形鋁管一邊壓實砂子，直到圓形鋁管全部拔出，砂子全部壓實，完成單個砂樁的制作；第六步、重復第二步至第五步，完成單排砂樁的制作；第七步、為減少對土的擾動，在制作新的砂樁時，可選擇優(yōu)先制作距離已制作完成的砂樁較遠處的砂樁，重復第二步至第六步完成新一排砂樁的制作；第八步、重復第七步直至所有的全砂樁制作完成。進一步，所述制作方法還包括半圓砂樁的制作，步驟主要包括:第一步、根據(jù)設(shè)計的半圓砂樁的位置，在離心模型試驗箱塑料玻璃一側(cè)相應位置全部插入半圓招管；第二步、移除玻璃板。將模型箱旋轉(zhuǎn)90°，使得玻璃面朝上，將模型箱的玻璃板移除；第三步、將半圓鋁管連同鋁管里面的土全部移除；第四步、向每一個半圓溝槽中裝入適量砂子并壓實；第五步、放回模型箱的玻璃板并旋轉(zhuǎn)模型箱至原先角度，完成整個砂樁的制作。本發(fā)明提供的地基加固離心模型試驗砂樁制作裝置及制作方法可以很容易地在離心模型中制作砂樁而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動，制作的模型可以用來研究砂樁的力學性能、砂樁加固地基地面沉降模式、樁與周圍土之間的荷載分布模式，為進一步研究各種樁基礎(chǔ)的力學特性提供參考模型。


圖1是本發(fā)明實施例提供的地基加固離心模型試驗砂樁制作裝置的示意圖；圖2是本發(fā)明實施例提供的地基加固離心模型試驗圓形砂樁制作方法的流程圖3是本發(fā)明實施例提供的地基加固離心模型試驗半圓砂樁制作方法的流程圖；圖4是本發(fā)明實施例提供的圓形鋁管壓入圖；圖5是本發(fā)明實施例提供的鉆頭鉆土圖；圖6是本發(fā)明實施例提供的實心管清理土圖；圖7是本發(fā)明實施例提供的壓砂拔管圖；圖8是本發(fā)明實施例提供的半圓鋁管壓入圖。圖中:1、延長鋁管；2、支架；3、圓形鋁管；4、半圓鋁管；5、實心管；6、鉆頭。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的地基加固離心模型試驗砂樁制作裝置的結(jié)構(gòu)為:延長鋁管1、支架2和圓形鋁管3三者配合使用；鉆頭6與圓形鋁管3配合使用；實心管5與圓形鋁管3配合使用。如圖2-8所示，本發(fā)明實施例提供的地基加固離心模型試驗砂樁制作方法的流程為:SlOl:將支架2固定。通過上橫梁兩邊緣處的螺栓孔用螺栓將支架2固定在離心模型試驗箱適當位置處；S102:將圓形鋁管3壓入軟土中。通過延長鋁管2將一根兩端開口的圓形鋁管3壓進軟土，用鉆頭6鉆除圓形鋁管3中的土；S103:壓入圓形鋁管3至適當深度。第二次頂進圓形鋁管3至適當深度處，用鉆頭6清除圓形鋁管3中的土，重復S103直至圓形鋁管3被頂至所要求的深度并用鉆頭6取出圓形鋁管3中的土；S104:清除圓形鋁管3中的土。每一根圓形鋁管3中殘留的土用實心管5清除干凈;S105:制成單個砂樁。分批向每一根圓形鋁管3中倒入適量砂子，一邊拔出圓形鋁管3 —邊壓實砂子，直到砂子全部壓實，圓形鋁管3全部拔出，完成單個砂樁的制作；S106:完成單排砂樁。重復S102-S105，完成單排砂樁(不包括邊緣處半圓砂樁)的制作；S107:制作新一排的砂樁。為減少對土的擾動，在制作新的砂樁時，可選擇優(yōu)先制作距離已制作完成的砂樁較遠處的砂樁，重復S102-S106完成新一排砂樁(不包括邊緣處半圓砂樁)的制作；S108:完成整個砂樁。重復S107直至所有的全砂樁制作完成。如圖3所示，本發(fā)明實施例提供的地基加固離心模型試驗半圓砂樁的制作方法的流程為:S201:插入半圓鋁管4。根據(jù)設(shè)計的半圓砂樁的位置，在離心模型試驗箱塑料玻璃一側(cè)相應位置全部插入半圓鋁管4 ；
S202:移除玻璃板。將模型箱旋轉(zhuǎn)90°，使得玻璃面朝上，將模型箱的玻璃板移除；S203:移除半圓鋁管4。將半圓鋁管4連同鋁管里面的土全部移除；S204:填入砂子。向每一個半圓溝槽中裝入適量砂子并壓實；S205:完成制作。放回模型箱的玻璃板并旋轉(zhuǎn)模型箱至原先角度，完成整個砂樁的制作。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種地基加固離心模型試驗砂樁制作裝置，其特征在于，所述地基加固離心模型試驗砂樁制作裝置包括延長鋁管、支架、圓形鋁管、半圓鋁管、實心管、鉆頭； 延長鋁管、圓形鋁管和支架三者配合使用；鉆頭與圓形鋁管配合使用；實心管與圓形鋁管配合使用。
2.按權(quán)利要求1所述的地基加固離心模型試驗砂樁制作裝置，其特征在于，所述支架的上橫梁兩邊緣處設(shè)有螺栓孔。
3.按權(quán)利要求1所述的地基加固離心模型試驗砂樁制作裝置，其特征在于，所述圓形鋁管為兩端開口的圓形鋁管。
4.一種地基加固離心模型試驗砂樁制作方法，其特征在于，所述制作方法包括以下步驟: 第一步、通過上橫梁兩邊緣處螺栓孔用螺栓將支架固定在離心模型試驗箱適當位置處； 第二步、通過延長鋁管將一根兩端開口的圓形鋁管壓進軟土，用鉆頭鉆除圓形鋁管中的土 ； 第三步、壓入圓形鋁管至適當深度。第二次頂進圓形鋁管至適當深度處，用鉆頭清除圓形鋁管中的土，重復第三步直至圓形鋁管被頂至所要求的深度并用鉆頭取出圓形鋁管中的土 ; 第四步、每一根圓形鋁管中殘留的土用實心管清除干凈； 第五步、分批向每一根圓形鋁管中倒入適量砂子，一邊拔出圓形鋁管一邊壓實砂子，直到圓形鋁管全部拔出，砂子全部壓實，完成單個砂樁的制作； 第六步、重復第二步至第五步，完成單排砂樁的制作； 第七步、為減少對土的擾動，在制作新的砂樁時，可選擇優(yōu)先制作距離已制作完成的砂樁較遠處的砂樁，重復第二步至第六步完成新一排砂樁的制作； 第八步、重復第七步直至所有的全砂樁制作完成。
5.按權(quán)利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述制作方法還包括半圓砂樁的制作，步驟主要包括: 第一步、根據(jù)設(shè)計的半圓砂樁的位置，在離心模型試驗箱塑料玻璃一側(cè)相應位置全部插入半圓鋁管； 第二步、移除玻璃板。將模型箱旋轉(zhuǎn)90°，使得玻璃面朝上，將模型箱的玻璃板移除； 第三步、將半圓鋁管連同鋁管里面的土全部移除； 第四步、向每一個半圓溝槽中裝入適量砂子并壓實； 第五步、放回模型箱的玻璃板并旋轉(zhuǎn)模型箱至原先角度，完成整個砂樁的制作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種地基加固離心模型試驗砂樁制作裝置，所述地基加固離心模型試驗砂樁制作裝置包括延長鋁管、支架、圓形鋁管、半圓鋁管、實心管、鉆頭；延長鋁管、圓形鋁管和支架三者配合使用；鉆頭與圓形鋁管配合使用；實心管與圓形鋁管配合使用。本發(fā)明提供的地基加固離心模型試驗砂樁制作裝置及制作方法可以很容易地在離心模型中制作砂樁而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動，制作的模型可以用來研究砂樁的力學性能、砂樁加固地基地面沉降模式、樁與周圍土之間的荷載分布模式，為進一步研究各種樁基礎(chǔ)的力學特性提供參考模型。
文檔編號E02D33/00GK103088847SQ201210515949
公開日2013年5月8日 申請日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者崔振東, 袁麗, 賈亞杰 申請人:中國礦業(yè)大學