[发明专利]振动沉管挤密桩模型试验装置及试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种建筑桩基础的模型试验，具体地说是一种振动沉管挤密桩模型试验装置及试验方法，特别是涉及一种可视化振动沉管挤密桩模型试验装置及试验方法。

背景技术

挤密桩是把带有管塞、活门或锥头的钢管压入或打入地下挤密土层形成孔，再往孔内投放灰土、砂石等填料成的桩。挤密桩作为挤土型桩，在施工过程中相邻基桩之间、以及基桩对周围构建物的影响一直是广大工程技术人员关注的重点问题之一。

在岩土工程方面的模型试验中，研究土体内部变形规律和机理，对探索岩土工程问题本质具有重要意义。传统的土体变形测量方法是在土体内部埋设一系列传感器，得到某些离散点的位移，但是传感器容易受外界环境扰动的影响，测量结果往往不够准确，同时不能给出土体内部连续变形的整个位移场。现代数字图像技术也只局限于测量土体的宏观或边界变形，不能实现对土体内部变形的可视化。利用X-射线、γ-射线、计算机层析扫描（CAT扫描）及磁共振成像技术（MRI）虽然可以用来测量土体内部的连续变形，但昂贵的费用限制了这些技术的广泛应用。

全氟环状聚合物，英文名为Cytop，产品形状不规则，由日本旭硝子公司（网址http://www.agcce.eu.com/Cytop.asp）研发和生产，其折射率为1.34，透光率为95﹪，容重为2.03g/㎝³，吸水性＜0.01﹪，线膨胀系数7.4×10～5㎝/㎝/℃。主要应用于半导体制造中的保护膜涂料，通讯光纤等方面。

冰晶石（Cryolite）是一种矿物，化学名为六氟铝酸钠（Na₃AlF₆），单斜晶系，柱状晶体或块状体，无气味，易吸水受潮，熔点1009℃，摩氏硬度2.5，密度2.97 g /㎝³～3.0g/㎝³，折射率1.338～1.339，双折射率0.001，正光性，色散值0.024，玻璃光泽至油脂光泽，透明，无色、白色、褐色或红色，产于侵入片麻岩的花岗岩及伟晶岩脉中，主要产地为格陵兰，可用氢氟酸法、氟硅酸法、碳酸化法等方法人工合成。主要用作铝电解的助熔剂；也用作研磨产品的耐磨添加剂，可以有效提高砂轮耐磨，切，削力，延长砂轮使用寿命和存储时间；铁合金及沸腾钢的熔剂，有色金属熔剂，铸造的脱氧剂，链烯烃聚合催化剂，以及用于玻璃抗反射涂层，搪瓷的乳化剂，玻璃的乳白剂，焊材的助熔剂陶瓷业的填充剂，农药的杀虫剂等行业企业。

氟化钙，化学式为CaF₂，俗称萤石或氟石，透明度高，无色结晶或白色粉末，难溶于水，微溶于无机酸，熔点1402℃，沸点2497℃ ，折射率为1.434，密度3.18g/cm³。可用碳酸钙或氢氧化钙用氢氟酸溶解，将所得溶液浓缩，或向钙盐水溶液中加入氟离子，得到氟化钙的胶状沉淀，经精制可得。实验室一般用碳酸钙与氢氟酸作用或用浓盐酸和氢氟酸反复处理萤石粉来制备氟化钙。主要用于冶金、化工和建材三大行业，其次用于轻工、光学、雕刻和国防工业。

由于全氟环状聚合物颗粒、冰晶石颗粒、氟化钙颗粒具有高透明度，高透光率、低折射率等特点，且其颗粒物理力学性质与天然土颗粒的物理力学性质相似，因此，可以在配制透明土中用作透明固体材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种可视化振动沉管挤密桩模型试验装置及试验方法，以可视化观测与测量不同桩周土体特性、沉管横截面形式、桩径和桩长情况下的振动沉管挤密桩的挤土效应，完成整体振动沉管挤密桩的模型试验。

本发明是采用如下技术方案实现其发明目的的，一种振动沉管挤密桩模型试验装置，它包括透明模型槽，透明模型槽内设有模拟桩周土的透明土、带桩靴的沉管，沉管中心设有注浆管，透明模型槽上方设有安装在支架上的沉桩机构；透明模型槽外一侧设有激光源，透明模型槽外的正视面、俯视面设有可观察透明模型槽空间的数码相机，数码相机通过数据线与处理装置联接；激光照射透明模型槽形成形成透明模型槽的竖向面或水平面的激光切面，由数码相机记录桩周土体内部的散斑场变化及连续变形特征，分析不同桩周土体特性、沉管横截面形式、桩径和桩长情况下的振动沉管挤密桩的挤土效应，完成整体振动沉管挤密桩的模型试验。

本发明所述沉管的横截面为空心的圆形或矩形或X形。

本发明所述透明模型槽、沉管、桩靴、注浆管均由透明有机玻璃制成，桩靴与沉管底部活动连接，沉管时桩靴闭合，上拔沉管时桩靴自动打开。