[发明专利]一种大尺寸模型试验土体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大尺寸模型试验土体分层振实制备方法，尤其是涉及一种对模型土填筑质量和均匀性要求较高的大尺寸模型试验土体分层振实制备方法。

背景技术

在土工物理模型实验中，为了保证实验质量、实验条件可控，一般对模型土的密度和均匀性有较高要求。在利用小尺寸模型箱开展实验时，由于土方量少、操作控制容易，因此土的制备和质量控制一般容易处理，土体制备质量能够保证。当利用大尺寸模型箱，如15m(长)×5m(宽)×6m(高)的巨型模型槽，则土方用量巨大，如何很好地制备出均匀性好、密度可控的土层成为一个难题。

在模型试验土体制备方法中，一种是落雨法，此方法通过特定装置将土从一定高度落入试验槽内，形成一定密度的土层。该方法存在以下缺点：1、适用范围小，此方法仅适用于颗粒尺寸均匀的干砂。2、落雨法所填筑的土层影响因素较多，填土质量不易控制。3、制备土层的密度及强度较低。另一种是分层振实法或夯实法，此种方法通过振实机械或夯实机械，将松散的土层压实，能够制备含有一定水分的砂土、粉土、粘土及碎石，应用范围较广泛。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大尺寸模型试验土体分层振实制备方法，该方法步骤简单，填土密度和均匀性控制较好，能够满足一般模型试验要求。

本发明采用的技术方案包括以下步骤：

本发明填土方案确定前开展前期的小型振实试验，通过试验确定在某一含水量下达到目标密度的可行性，并确定土体单层厚度、振实机械、振实次数和振实机械的行进速度的基本参数；土体分层振实时，该土层上、下部土体密度有差别，上部土体密度大，根据模型土密度误差允许范围，通过该小型振实试验确定单层土的合理厚度；在单层土可选厚度范围内，选择较大值，以减少土样制备工作量；

该方法包括下述步骤：

1)填土方案确定：

填土方案确定前开展前期的小型振实试验，小型振实试验的基本参数确定后，根据试验槽的大小和所需填土高度计算填土总质量，根据试验槽的大小将整个区域分成若干个面积区块，依据区块面积和单层填土高度计算各区块单层填筑质量；

2)土体填筑前处理：

取于自然中的土料密度和含水量不均匀，填筑前通过以下方式处理：(1)真空抽水处理、(2)风干晾晒和(3)通过混合翻拌方法均匀密度和含水量；

3)取土、放土，整体铺平：

将满足区块单层填土质量的土料放入模型槽内，放土时分区进行，将各区块内的土犁松，并整理平整；

4)整体振实：

使用振实机械振实土层，确保每个单位面积上的土的振实遍数相同，并最终达到填土方案中设计的土层厚度；

5)振实质量检测：

每层振实完成后，选择试验槽不同位置测量各处土体密度和含水量，若各测点密度均值比设计密度小10％，则此层需进行补振，若各测点密度均值比设计密度大10％，将此层犁松后，重新振实，若各测点密度与平均密度的差异大于10％，将此层犁松，重新平整后振实；

6)埋放试验装置和仪器：

根据试验需要，在每层土振实后，挖孔，孔壁挂毛，放入试验装置和仪器，并使用手工夯实，使试验装置和仪器周围土体密度达到设计要求；

7)铺设染色层：

振实并埋放好试验装置和仪器后，平整土层表面，并用水平尺检测层表面的水平度；完成后，如需要在土层中制作标识层来观察土体变形情况，则在土层表面铺设一层颜色与土体不同的粉粒材料；之后，按照权利要求1所述步骤2)～7)的方法进行下一层处理，直至完成；如需制备饱和土，按照上述方法完成制备工作后，进行步骤8)，否则直接进行步骤9)；

8)模型土饱和处理：

在进行填土前，需在试验槽底部设置供水管网，供水系统能够测控进水压力和进水量，按照上述方法完成制备工作后，通过供水管网自下而上提高水头直至完成饱和处理(供水系统参照ZL 200710069866.8)；

9)土体性质原位测试：

上述工作完成后，在试验槽内选择测点，使用CPT或其他原位测试仪器测试土体性质。

与背景技术相比，本发明具有的有益效果是：

1、推荐了采用真空降水、适当风干晾晒或两者结合的方法，降低粉土、粉砂土的含水量，节省了采用烘干等方法的费用。

2、填土参数预先试验确定，土样制备按既定步骤进行，且实时测量土体密度，能够较准确控制填土密度和均匀性。

3、如在填土层中铺设标识层，能够通过试验后开挖或侧壁透明观察窗直接观察土体的变形情况。

附图说明