散體材料增強(qiáng)體復(fù)合地基模型樁、測試裝置及測試方法
【專利摘要】本發(fā)明散體材料增強(qiáng)體復(fù)合地基模型樁、測試裝置及測試方法，屬于散體材料復(fù)合地基模擬與測試技術(shù)領(lǐng)域；所要解決的技術(shù)問題是提供一種散體材料增強(qiáng)體復(fù)合地基的室內(nèi)模擬模型樁；能夠測試該模型樁沿樁身高度應(yīng)力、變形的測試裝置，進(jìn)行參數(shù)采集的測試方法；采用的技術(shù)方案為：一種散體材料增強(qiáng)體復(fù)合地基模型樁的結(jié)構(gòu)為：包裹卷材由階梯形薄板卷制而成，充填材料填充在包裹卷材內(nèi)部；測試裝置包括模型樁、加載裝置、調(diào)平裝置、測力裝置和測變形裝置；測試方法為：將階梯形薄板制作成圓筒形狀，中空部分填充充填材料形成模型樁；在模型樁內(nèi)外安裝土壓力盒、周長變形測量尺；頂部安裝壓力傳感器及沉降測量百分表；然后進(jìn)行豎向分級加載。
【專利說明】
散體材料増強(qiáng)體復(fù)合地基模型樁、測試裝置及測試方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明散體材料增強(qiáng)體復(fù)合地基模型粧、測試裝置及測試方法，屬于散體材料復(fù)合地基模擬與測試技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在土木工程地基設(shè)計(jì)中，當(dāng)天然地基承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，有時(shí)采用復(fù)合地基提高地基承載力和減少沉降。復(fù)合地基中根據(jù)粧身材料的粘結(jié)強(qiáng)度分為散體材料增強(qiáng)體和有粘結(jié)強(qiáng)度增強(qiáng)體，砂石粧復(fù)合地基就是散體材料增強(qiáng)體復(fù)合地基一種常用的地基處理方法。砂石粧復(fù)合地基是將碎石、砂或砂石混合料擠壓入已成的孔中，形成密實(shí)砂石豎向增強(qiáng)體的復(fù)合地基。以砂石粧為代表的散體材料增強(qiáng)體復(fù)合地基可用于處理松散的砂土、粉土、粉質(zhì)粘土、素填土、雜填土等土層，以滿足上部結(jié)構(gòu)對承載力、沉降或抗震液化等方面的要求。砂石粧雖然在地基處理中應(yīng)用廣泛，但其受力和變形機(jī)理等方面還需進(jìn)一步研究。
[0003]現(xiàn)行規(guī)范《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79-2012)對散體材料增強(qiáng)體復(fù)合地基的計(jì)算公式為:
[0004]fspk=[l+m(n-l)]fsk (I)
[0005]式中:fspk為復(fù)合地基承載力特征值，kPa;
[0006]f Sk為處理后粧間土承載力特征值，kPa ；
[0007]η為復(fù)合地基粧土應(yīng)力比；
[0008]m為面積置換率。
[0009]公式(I)中，面積置換率(m)可由粧徑和粧間距參數(shù)計(jì)算確定，處理后粧間土承載力特征值(f sk)可由平板載荷試驗(yàn)確定，但是復(fù)合地基粧土應(yīng)力比(η)確定較為復(fù)雜，規(guī)范規(guī)定按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定。當(dāng)準(zhǔn)確測定時(shí)需在測試粧和粧周土中預(yù)埋土壓力盒進(jìn)行測試，測試過程受諸多外部因素影響，具有較大不確定性，且不能考慮砂石粧的豎向承載力變化。
[0010]根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)和理論分析，散體材料粧增強(qiáng)體復(fù)合地基單粧的承載力主要取決于粧側(cè)土體所能提供的最大側(cè)限力，砂粧在荷載作用下，粧體發(fā)生膨脹，粧周土進(jìn)入塑性狀態(tài)，隨著塑性區(qū)不斷擴(kuò)展而進(jìn)入極限狀態(tài)，可通過計(jì)算粧間土側(cè)向極限應(yīng)力計(jì)算單粧極限承載力。
[0011]砂粧極限承載力(Ppf)—般表達(dá)式為:
[0012]Ppf = OruKp (2)
[0013]式中:oruS粧側(cè)土體所能提供的最大側(cè)限力，kPa;
[0014]Kp為散體材料的被動(dòng)土壓力系數(shù)。
[0015]根據(jù)不同的假設(shè)模型，諸多學(xué)者對粧側(cè)土體所能提供的最大側(cè)限力提出了不同的計(jì)算方法。常用方法有Brauns(1978)法、圓筒形孔擴(kuò)張理論計(jì)算法、Wong H.Y.(1975)計(jì)算法、被動(dòng)土壓力計(jì)算法等。
[0016]從上面的研究可以看出，地基中的散體材料增強(qiáng)體需要粧周土的圍箍作用才能維持粧體的形狀和提供豎向承載力，在荷載作用下，散體材料增強(qiáng)體發(fā)生鼓脹變形，依靠粧周土提供的被動(dòng)土壓力維持粧體平衡，承受上部荷載的作用，或者說增強(qiáng)體的豎向承載力取決于粧側(cè)土的側(cè)限力，更確切的說取決于粧周土的抗剪強(qiáng)度。
[0017]散體材料粧粧身材料結(jié)構(gòu)松散，在承受荷載中既要發(fā)生豎向變形同時(shí)也要發(fā)生粧體側(cè)向膨脹，無法在粧身側(cè)面埋置應(yīng)變片測試粧身變形，對粧身受力過程中不同高度部位處的變形難于測試，這些參數(shù)都是研究散體材料增強(qiáng)體必不可少的測試項(xiàng)目。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0018]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種散體材料增強(qiáng)體復(fù)合地基的室內(nèi)模擬模型粧;能夠測試該模型粧沿粧身高度應(yīng)力、變形的測試裝置，直觀表現(xiàn)室內(nèi)模擬散體材料增強(qiáng)體復(fù)合地基粧土相互作用過程，并進(jìn)行參數(shù)采集的測試方法。
[0019]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
[0020]一種散體材料增強(qiáng)體復(fù)合地基模型粧，模型粧包括充填材料及包裹卷材，所述包裹卷材為圓筒狀，其由階梯形薄板卷制而成，所述階梯形薄板最高的一段卷起來形成最內(nèi)層，其余階梯部分依次卷在外面形成從上到下壁厚逐漸變厚的包裹卷材，包裹卷材的底部套裝在底部封閉的環(huán)形粧座中，頂部套裝在頂部封閉的環(huán)形粧帽中，所述充填材料填充在包裹卷材形成的圓筒內(nèi)部。
[0021 ]所述包裹卷材的制作材料為紙板，或?yàn)樗芰习澹驗(yàn)橥凉げ肌?br>[0022]所述充填材料為沙子。
[0023]用上述散體材料增強(qiáng)體復(fù)合地基模型粧制作的測試裝置，包括模型粧、加載裝置、調(diào)平裝置、測力裝置和測變形裝置；
[0024]所述加載裝置包括矩形底板、四根立柱、電動(dòng)伺服壓力機(jī)和十字形反力梁，所述四根立柱均垂直固定在底板上，四根立柱的頂部分別與十字形反力梁的四個(gè)端部固定，在所述十字形反力梁的交叉點(diǎn)固定有電動(dòng)伺服壓力機(jī)；
[0025]所述模型粧放置在加載裝置中的底板上，位于電動(dòng)伺服壓力機(jī)的正下方；
[0026]所述調(diào)平裝置包括縱水平尺、橫水平尺和調(diào)平支座，所述縱水平尺、橫水平尺分別固定在底板相鄰兩邊的中部、并且縱水平尺與橫水平尺相互垂直，所述調(diào)平支座為四個(gè)，分別設(shè)置在底板的四角將底板支起來；
[0027]所述測力裝置包括用于測試模型粧頂荷載的壓力傳感器和用于測試模型粧身應(yīng)力的土壓力盒，壓力傳感器安裝在模型粧的粧帽上方且位于電動(dòng)伺服壓力機(jī)的正下方;多個(gè)土壓力盒間隔設(shè)置在模型粧軸線的不同高度；
[0028]所述測變形裝置包括模型粧頂豎向位移測試裝置和模型粧周長變形測試裝置；
[0029]所述模型粧頂豎向位移測試裝置包括沉降測量板、百分表和固定架，所述沉降測量板為剛性長條狀薄板，沉降測量板設(shè)置在模型粧的粧帽上方，在沉降測量板上設(shè)有墊塊、所述墊塊位于壓力傳感器下方，兩個(gè)固定架分別設(shè)置在沉降測量板兩側(cè)，兩個(gè)固定架上均設(shè)有一個(gè)用于測量沉降點(diǎn)的百分表，并且百分表的沉降測量點(diǎn)對稱布置在沉降測量板中線的兩端；
[0030]所述模型粧周長變形測試裝置為多個(gè)固定在模型粧外圍的周長變形測量尺，所述周長變形測試尺與所述土壓力盒數(shù)量相同，一一對應(yīng)，且變形測試尺刻度縱軸線與對應(yīng)高度土壓力盒壓力測試面在水平方向上齊平。
[0031]所述壓力傳感器上方設(shè)置有可使壓力均勻傳遞到壓力傳感器上的橡膠墊;所述多個(gè)土壓力盒為等間距或不等間距設(shè)置，土壓力盒通過連線與測試儀器連接，所有土壓力盒幾何中心與模型粧的中軸線在豎直方向重合。
[0032]所述周長變形測量尺的一端為刻度劃線，另一端上設(shè)有固定套環(huán)，并且刻度O線以遠(yuǎn)離固定套環(huán)的一端為起始部、固定套環(huán)為緊貼于端部的封閉窄縫環(huán)，所述刻度劃線部位兩側(cè)邊緣為凹凸型齒線。
[0033]所述墊塊為圓形，且其直徑大于所述粧帽的直徑，所述沉降測量板與墊塊接觸部位的平面尺寸不小于墊塊的豎直投影面積，且沉降測量板與墊塊的幾何中心與模型粧的中軸線在豎直方向重合。
[0034]—種散體材料增強(qiáng)體復(fù)合地基模型粧的測試方法，如下:
[0035]將階梯形薄板作為包裹卷材，預(yù)先測定包裹卷材的應(yīng)力應(yīng)變曲線，確定材料的極限抗拉強(qiáng)度，然后將階梯形薄板制作成從上到下壁厚逐漸變厚的圓筒形狀，對應(yīng)于處理后復(fù)合地基粧側(cè)土對散體材料粧的側(cè)向約束作用，從上到下壁厚逐漸變厚代表地基土隨埋深對粧側(cè)向約束從上到下依次增強(qiáng)，圓筒形狀中空部分填充充填材料形成復(fù)合地基模型粧；在模型粧不同高度上，內(nèi)部安裝用于測試模型粧加載過程中應(yīng)力變化的土壓力盒，外部安裝用于測試加載過程中模型粧周長變化的周長變形測量尺;在模型粧頂部安裝壓力傳感器及沉降測量板，在沉降測量板兩端設(shè)置百分表;然后將模型粧放置在加載裝置上對模型粧進(jìn)行豎向分級加載，測定分級加載過程中模型粧粧頂?shù)暮奢d和位移、不同高度預(yù)埋土壓力盒應(yīng)力和對應(yīng)高度截面周向變形。
[0036]所述充填材料為沙子，且其粒徑、級配、密實(shí)度、內(nèi)摩擦角等性質(zhì)對應(yīng)于處理后復(fù)合地基充填材料的物理力學(xué)性質(zhì)。
[0037]本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果。
[0038]一、本發(fā)明中模型粧構(gòu)思簡單合理。用薄板材料制作成圓筒形包裹卷材對填充的散體材料起到側(cè)向圍箍作用，對內(nèi)部填充的散體材料提供側(cè)向約束力，替代散體材料增強(qiáng)體復(fù)合地基中粧間土對散體材料的側(cè)向約束力；臺階性薄板可使模型粧從粧頂?shù)交挼讏A筒形壁厚增加，約束力增大，模擬地層向下自重增加、側(cè)限力增加。
[0039]二、本發(fā)明中模型粧測試裝置具有受力與變形結(jié)果可視性，既可以觀察加載過程中模型粧粧頂受力與變形，也可直接觀察模型粧不同高度處的周向變形和應(yīng)力變化；
[0040]三、本發(fā)明中模型粧具有邊界條件和模型參數(shù)可變性，易于實(shí)現(xiàn)多種邊界條件和測試工況的改變，例如改變砂粧外側(cè)薄板的材料和厚度實(shí)現(xiàn)對粧側(cè)約束力的變化模擬;改變粧徑大小實(shí)現(xiàn)不同置換率的模擬;調(diào)節(jié)粧長實(shí)現(xiàn)對不同地基處理深度的模擬。
[0041 ]四、本發(fā)明中模型粧具備重現(xiàn)性，可以多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，保證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性和得到豐富的測試數(shù)據(jù)。
[0042]五、本發(fā)明中模型粧具備經(jīng)濟(jì)性，模型本身制作簡單，試驗(yàn)成本低。
【附圖說明】
[0043]圖1為本發(fā)明中測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0044]圖2為圖1的俯視不意圖。
[0045]圖3為本發(fā)明中測試裝置中模型粧的橫截面示意圖.
[0046]圖4為本發(fā)明中包裹卷材的展開示意圖。
[0047]圖5為本發(fā)明中周長變形測試尺的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0048]圖6為本發(fā)明中周長變形測試尺的展開示意圖。
[0049]圖中，I為充填材料，2為包裹卷材，3為底板，4為立柱，5為電動(dòng)伺服壓力機(jī)，6為沉降測量板，7為百分表，8為固定架，9為粧座，10為粧帽，11為周長變形測試尺，12為刻度劃線，13為固定套環(huán)，14為凹凸型齒線，15為土壓力盒，16為墊塊，17為壓力傳感器，18為橡膠墊，19為十字形反力梁，20為縱水平尺，21為橫水平尺，22為調(diào)平支座。
【具體實(shí)施方式】
[0050]如圖1-圖6所示，一種散體材料增強(qiáng)體復(fù)合地基模型粧，模型粧包括充填材料I及包裹卷材2，所述包裹卷材2為圓筒狀，其由階梯形薄板卷制而成，所述階梯形薄板最高的一段卷起來形成最內(nèi)層，其余階梯部分依次卷在外面形成從上到下壁厚逐漸變厚的包裹卷材2，包裹卷材2的底部套裝在底部封閉的環(huán)形粧座9中，頂部套裝在頂部封閉的環(huán)形粧帽10中，所述充填材料I填充在包裹卷材2形成的圓筒內(nèi)部。
[0051 ]所述包裹卷材2的制作材料為紙板，或?yàn)樗芰习?，或?yàn)橥凉げ肌?br>[0052]所述充填材料I為沙子。
[0053]用上述散體材料增強(qiáng)體復(fù)合地基模型粧制作的測試裝置，包括模型粧、加載裝置、調(diào)平裝置、測力裝置和測變形裝置；
[0054]所述加載裝置包括矩形底板3、四根立柱4、電動(dòng)伺服壓力機(jī)5和十字形反力梁19，所述四根立柱4均垂直固定在底板3上，四根立柱4的頂部分別與十字形反力梁19的四個(gè)端部固定，在所述十字形反力梁19的交叉點(diǎn)固定有電動(dòng)伺服壓力機(jī)5;
[0055]所述模型粧放置在加載裝置中的底板3上，位于電動(dòng)伺服壓力機(jī)5的正下方；
[0056]所述調(diào)平裝置包括縱水平尺20、橫水平尺21和調(diào)平支座22，所述縱水平尺20、橫水平尺21分別固定在底板3相鄰兩邊的中部、并且縱水平尺20與橫水平尺21相互垂直，所述調(diào)平支座22為四個(gè)，分別設(shè)置在底板3的四角將底板3支起來；
[0057]所述測力裝置包括用于測試模型粧頂荷載的壓力傳感器17和用于測試模型粧身應(yīng)力的土壓力盒15，壓力傳感器17安裝在模型粧的粧帽10上方且位于電動(dòng)伺服壓力機(jī)5的正下方;多個(gè)土壓力盒15間隔設(shè)置在模型粧軸線的不同高度；
[0058]所述測變形裝置包括模型粧頂豎向位移測試裝置和模型粧周長變形測試裝置；
[0059]所述模型粧頂豎向位移測試裝置包括沉降測量板6、百分表7和固定架8，所述沉降測量板6為剛性長條狀薄板，沉降測量板6設(shè)置在模型粧的粧帽10上方，在沉降測量板6上設(shè)有墊塊16、所述墊塊16位于壓力傳感器17下方，兩個(gè)固定架8分別設(shè)置在沉降測量板6兩側(cè)，兩個(gè)固定架8上均設(shè)有一個(gè)用于測量沉降點(diǎn)的百分表7，并且百分表7的沉降測量點(diǎn)對稱布置在沉降測量板6中線的兩端；
[0060]所述模型粧周長變形測試裝置為多個(gè)固定在模型粧外圍的周長變形測量尺11，所述周長變形測試尺11與所述土壓力盒15數(shù)量相同，一一對應(yīng)，且變形測試尺11刻度縱軸線與對應(yīng)高度土壓力盒壓力測試面在水平方向上齊平。
[0061]所述壓力傳感器17上方設(shè)置有可使壓力均勻傳遞到壓力傳感器17上的橡膠墊18;所述多個(gè)土壓力盒15為等間距或不等間距設(shè)置，土壓力盒15通過連線與測試儀器連接，所有土壓力盒15幾何中心與模型粧的中軸線在豎直方向重合。
[0062]所述周長變形測量尺11的一端為刻度劃線12，另一端上設(shè)有固定套環(huán)13，并且刻度O線以遠(yuǎn)離固定套環(huán)13的一端為起始部、固定套環(huán)13為緊貼于端部的封閉窄縫環(huán)，所述刻度劃線12部位兩側(cè)邊緣為凹凸型齒線14。
[0063]所述墊塊16為圓形，且其直徑大于所述粧帽的直徑，所述沉降測量板6與墊塊16接觸部位的平面尺寸不小于墊塊16的豎直投影面積，且沉降測量板6與墊塊16的幾何中心與模型粧的中軸線在豎直方向重合。
[0064]—種散體材料增強(qiáng)體復(fù)合地基模型粧的測試方法，如下:
[0065]將階梯形薄板作為包裹卷材2，預(yù)先測定包裹卷材2的應(yīng)力應(yīng)變曲線，確定材料的極限抗拉強(qiáng)度，然后將階梯形薄板制作成從上到下壁厚逐漸變厚的圓筒形狀，對應(yīng)于處理后復(fù)合地基粧側(cè)土對散體材料粧的側(cè)向約束作用，從上到下壁厚逐漸變厚代表地基土隨埋深對粧側(cè)向約束從上到下依次增強(qiáng)，圓筒形狀中空部分填充充填材料I形成復(fù)合地基模型粧;在模型粧不同高度上，內(nèi)部安裝用于測試模型粧加載過程中應(yīng)力變化的土壓力盒15，夕卜部安裝用于測試加載過程中模型粧周長變化的周長變形測量尺11;在模型粧頂部安裝壓力傳感器17及沉降測量板6，在沉降測量板6兩端設(shè)置百分表7;然后將模型粧放置在加載裝置上對模型粧進(jìn)行豎向分級加載，測定分級加載過程中模型粧粧頂?shù)暮奢d和位移、不同高度預(yù)埋土壓力盒15應(yīng)力和對應(yīng)高度截面周向變形。
[0066]所述充填材料I為沙子，且其粒徑、級配、密實(shí)度、內(nèi)摩擦角等性質(zhì)對應(yīng)于處理后復(fù)合地基充填材料的物理力學(xué)性質(zhì)。
[0067]所述周長變形測量尺11中凹凸型齒線14凸起高度約為0.5mm，長度約為1mm，且齒狀凸起高度大于固定套環(huán)13內(nèi)徑高度至少0.5mm。所述固定套環(huán)13內(nèi)徑高度與周長變形測量尺11無凹凸型齒線14的部分高度相同。
[0068]使用前應(yīng)先調(diào)整調(diào)平支座22使縱水平尺21和橫水平尺20中水泡對中，此時(shí)底板3水平，立柱4垂直于底板3。
[0069]模型粧制作過程如下:根據(jù)模擬砂粧的豎向承載力大小，選擇一定材質(zhì)、一定厚度(h)的包裹卷材2，如100g/m2紙張，首先確定圓筒形狀的直徑D的大小和臺階的個(gè)數(shù)m(m取多I的整數(shù))，每個(gè)臺階的高度和長度分別為nD (η = 0.5，I，1.5，2，…)和JiD+ (5?1mm)，則紙張的高度H=mXnXD，長度L = Jim[D+(m-l)h] + (5?10)mm，按圖4所示裁剪，并把裁剪后的紙張按圖中箭頭所示的卷折方向卷成圓筒形狀，彎卷一圈用粘結(jié)劑在全長度粘結(jié)一次，粘結(jié)寬度多5mm，帶粘結(jié)部位牢固后，把包裹卷材2下端，也就是壁厚一端放置到與包裹卷材2匹配的底端封閉環(huán)狀粧座9中，然后向包裹卷材2內(nèi)部分層裝入充填材料并分層擠密(如果采用沙子則沙子粒徑d<(l/5?1/20)D，含泥量<5%)，最后在包裹卷材2上端，也就是壁薄一端放置預(yù)制好的粧帽10，如此則完成一根充填砂質(zhì)模型粧。在模型粧充填沙子的過程中，同時(shí)在粧端和粧身不同高度軸線處間隔埋置土壓力盒15，用于測定加載過程中粧身應(yīng)力變化。
[0070]所述包裹卷材2內(nèi)部充填材料的粒徑、級配、密實(shí)度、內(nèi)摩擦角等性質(zhì)對應(yīng)于處理后復(fù)合地基充填材料的物理力學(xué)性質(zhì)。
[0071]所述包裹卷材2內(nèi)部充填材料的物理力學(xué)性質(zhì)和制成包裹卷材2的薄板材料的抗拉強(qiáng)度大小決定了單粧豎向承載力的大小，薄板材料應(yīng)預(yù)先測定其應(yīng)力應(yīng)變曲線，確定材料的極限抗拉強(qiáng)度。
[0072]所述周長變形測量尺11可使用100g/m2紙張裁剪成寬度為5mm或10_，長度為大于1.53i[D+2(m-l)h]的長條狀紙條制作而成。根據(jù)需要可以制作多個(gè)周長變形測試尺11，然后把周長變形測試尺11套在復(fù)合地基包裹卷材2外部，周長變形測量尺11的固定方法為固定套環(huán)13內(nèi)側(cè)通過粘結(jié)劑粘結(jié)在包裹卷材2外側(cè)表面，也可依靠摩擦力固定。
[0073]散體材料增強(qiáng)體復(fù)合地基室內(nèi)模擬裝置的加載測試方案參照《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79-2012)執(zhí)行，數(shù)據(jù)采集配合加載方案按相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
[0074]模型粧圓筒形包裹卷材2的側(cè)向約束力(Oru)就是相對應(yīng)的散體材料粧復(fù)合地基粧周土所提供側(cè)向約束力。對于模型粧的某一高度的量測水平截面，可選擇單位高度，該單位高度可以簡化為承受內(nèi)壓的薄壁圓筒，該內(nèi)壓反作用力即為薄板對砂粧的側(cè)向約束力(σ?)，側(cè)向約束力(Oru)可利用薄壁圓筒理論公式(3)計(jì)算:
[0075]oru = 2ho0/D (3)
[0076]式中:D為粧徑，mm;
[0077]h為計(jì)算截面處的薄板厚度，mm;
[0078]σθ為薄板圓筒的環(huán)向應(yīng)力，kPa。
[0079]公式(3)中的包裹卷材2的環(huán)向應(yīng)力(σθ)可根據(jù)薄板的應(yīng)力應(yīng)變曲線，按計(jì)算截面周長變形測試尺11測量的周長變形對應(yīng)得到。然后由公式(2)就可以計(jì)算模型粧不同截面高度豎向應(yīng)力，從而揭示散體材料粧復(fù)合地基的粧土相互作用規(guī)律。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種散體材料增強(qiáng)體復(fù)合地基模型粧，其特征在于:模型粧包括充填材料(I)及包裹卷材(2)，所述包裹卷材(2)為圓筒狀，其由階梯形薄板卷制而成，所述階梯形薄板最高的一段卷起來形成最內(nèi)層，其余階梯部分依次卷在外面形成從上到下壁厚逐漸變厚的包裹卷材(2)，包裹卷材(2)的底部套裝在底部封閉的環(huán)形粧座(9)中，頂部套裝在頂部封閉的環(huán)形粧帽(10)中，所述充填材料(I)填充在包裹卷材(2)形成的圓筒內(nèi)部。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種散體材料增強(qiáng)體復(fù)合地基模型粧，其特征在于:所述包裹卷材(2)的制作材料為紙板，或?yàn)樗芰习?，或?yàn)橥凉げ肌?.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種散體材料增強(qiáng)體復(fù)合地基模型粧，其特征在于:所述充填材料(I)為沙子。4.用權(quán)利要求1所述的散體材料增強(qiáng)體復(fù)合地基模型粧制作的測試裝置，其特征在于:包括模型粧、加載裝置、調(diào)平裝置、測力裝置和測變形裝置； 所述加載裝置包括矩形底板(3)、四根立柱(4)、電動(dòng)伺服壓力機(jī)(5)和十字形反力梁(19)，所述四根立柱(4)均垂直固定在底板(3)上，四根立柱(4)的頂部分別與十字形反力梁(19)的四個(gè)端部固定，在所述十字形反力梁(19)的交叉點(diǎn)固定有電動(dòng)伺服壓力機(jī)(5); 所述模型粧放置在加載裝置中的底板(3)上，位于電動(dòng)伺服壓力機(jī)(5)的正下方； 所述調(diào)平裝置包括縱水平尺(20)、橫水平尺(21)和調(diào)平支座(22)，所述縱水平尺(20)、橫水平尺(21)分別固定在底板(3)相鄰兩邊的中部、并且縱水平尺(20)與橫水平尺(21)相互垂直，所述調(diào)平支座(22)為四個(gè)，分別設(shè)置在底板(3)的四角將底板(3)支起來； 所述測力裝置包括用于測試模型粧頂荷載的壓力傳感器(17)和用于測試模型粧身應(yīng)力的土壓力盒(15)，壓力傳感器(17)安裝在模型粧的粧帽(10)上方且位于電動(dòng)伺服壓力機(jī)(5)的正下方;多個(gè)土壓力盒(15)間隔設(shè)置在模型粧軸線的不同高度； 所述測變形裝置包括模型粧頂豎向位移測試裝置和模型粧周長變形測試裝置； 所述模型粧頂豎向位移測試裝置包括沉降測量板(6)、百分表(7)和固定架(8)，所述沉降測量板(6)為剛性長條狀薄板，沉降測量板(6)設(shè)置在模型粧的粧帽(10)上方，在沉降測量板(6)上設(shè)有墊塊(16)、所述墊塊(16)位于壓力傳感器(17)下方，兩個(gè)固定架(8)分別設(shè)置在沉降測量板(6)兩側(cè)，兩個(gè)固定架(8)上均設(shè)有一個(gè)用于測量沉降點(diǎn)的百分表(7)，并且百分表(7)的沉降測量點(diǎn)對稱布置在沉降測量板(6)中線的兩端； 所述模型粧周長變形測試裝置為多個(gè)固定在模型粧外圍的周長變形測量尺(U)，所述周長變形測試尺(11)與所述土壓力盒(15)數(shù)量相同，一一對應(yīng)，且變形測試尺(11)刻度縱軸線與對應(yīng)高度土壓力盒壓力測試面在水平方向上齊平。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測試裝置，其特征在于:所述壓力傳感器(17)上方設(shè)置有可使壓力均勻傳遞到壓力傳感器(17)上的橡膠墊(18);所述多個(gè)土壓力盒(15)為等間距或不等間距設(shè)置，土壓力盒(15)通過連線與測試儀器連接，所有土壓力盒(15)幾何中心與模型粧的中軸線在豎直方向重合。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測試裝置，其特征在于:所述周長變形測量尺(II)的一端為刻度劃線(12)，另一端上設(shè)有固定套環(huán)(13)，并且刻度O線以遠(yuǎn)離固定套環(huán)(13)的一端為起始部、固定套環(huán)(13)為緊貼于端部的封閉窄縫環(huán)，所述刻度劃線(12)部位兩側(cè)邊緣為凹凸型齒線(14)。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測試裝置，其特征在于:所述墊塊(16)為圓形，且其直徑大于所述粧帽的直徑，所述沉降測量板(6)與墊塊(16)接觸部位的平面尺寸不小于墊塊(16)的豎直投影面積，且沉降測量板(6)與墊塊(16)的幾何中心與模型粧的中軸線在豎直方向重入口 ο8.一種散體材料增強(qiáng)體復(fù)合地基模型粧的測試方法，其特征在于: 將階梯形薄板作為包裹卷材(2)，預(yù)先測定包裹卷材(2)的應(yīng)力應(yīng)變曲線，確定材料的極限抗拉強(qiáng)度，然后將階梯形薄板制作成從上到下壁厚逐漸變厚的圓筒形狀，對應(yīng)于處理后復(fù)合地基粧側(cè)土對散體材料粧的側(cè)向約束作用，從上到下壁厚逐漸變厚代表地基土隨埋深對粧側(cè)向約束從上到下依次增強(qiáng)，圓筒形狀中空部分填充充填材料(I)形成復(fù)合地基模型粧；在模型粧不同高度上，內(nèi)部安裝用于測試模型粧加載過程中應(yīng)力變化的土壓力盒(15)，外部安裝用于測試加載過程中模型粧周長變化的周長變形測量尺(11);在模型粧頂部安裝壓力傳感器(17)及沉降測量板(6)，在沉降測量板(6)兩端設(shè)置百分表(7);然后將模型粧放置在加載裝置上對模型粧進(jìn)行豎向分級加載，測定分級加載過程中模型粧粧頂?shù)暮奢d和位移、不同高度預(yù)埋土壓力盒(15)應(yīng)力和對應(yīng)高度截面周向變形。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的散體材料增強(qiáng)體復(fù)合地基模型粧的測試方法，其特征在于:所述充填材料(I)為沙子，且其粒徑、級配、密實(shí)度、內(nèi)摩擦角等性質(zhì)對應(yīng)于處理后復(fù)合地基充填材料的物理力學(xué)性質(zhì)。
【文檔編號】E02D33/00GK105926684SQ201610255275
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月23日
【發(fā)明人】李建軍, 郭玉濤, 王瑞, 馮振橋, 李相斌, 董潔, 蔡喬, 李劍鋒
【申請人】中北大學(xué)