[发明专利]微波加热加固湿陷性黄土地基的方法

权利要求书

1.一种微波加热加固湿陷性黄土地基的方法，其特征在于该方法包括以下步骤:

步骤一、确定处理区域：根据湿陷性黄土地区建筑规范，确定湿陷性黄土地基的平面处理范围和处理厚度；

步骤二、钻孔并对钻孔周围土体进行微波照射加热：采用工程地质钻机钻孔，钻孔的深度与湿陷性黄土地基的处理厚度相同，钻孔的布置形式为梅花形、矩形或长方形；在钻孔的过程中，每钻完一个钻孔，均采用钻孔周围土体微波加热装置对钻孔周围土体自下向上分段进行微波照射加热；

所述钻孔周围土体微波加热装置包括工程地质钻机本体和微波发射机构，所述工程地质钻机本体包括钻机底盘(1)、设置在钻机底盘(1)底部的履带式行走机构(2)和设置在钻机底盘(1)顶部的动力头(3)，所述微波发射机构包括放置在钻机底盘(1)顶部的磁控管(4)、连接在动力头(3)上且能够由动力头(3)带动旋转的第一波导(5)、竖直连接在第一波导(5)底部的第二波导(6)和连接在第二波导(6)底部且用于伸入钻孔内对钻孔周围土体进行微波照射加热的微波天线(7)，所述第一波导(5)通过与其转动连接的第三波导(8)与磁控管(4)连接；所述第一波导(5)、第二波导(6)和第三波导(8)的内径相等；

步骤三、钻孔充填：采用粘性土充填各个钻孔，并进行分层夯实；

步骤四、褥垫层施工：清理黄土地基表面的污染物及浮土，在黄土地基表面铺设厚度为200mm～300mm的中砂、粗砂或级配砂石，分层压实行成褥垫层。

2.按照权利要求1所述的微波加热加固湿陷性黄土地基的方法，其特征在于：步骤二中采用钻孔周围土体微波加热装置对钻孔周围土体自下向上分段进行微波照射加热时的微波功率为10kW～20kW。

3.按照权利要求1所述的微波加热加固湿陷性黄土地基的方法，其特征在于：步骤二中采用钻孔周围土体微波加热装置对钻孔周围土体自下向上分段进行微波照射加热时的微波照射时间根据如下方法确定：

步骤201、给定微波照射时间为t₀，通过二维中心对称瞬态热传导控制方程确定温度为1100℃时的加热范围半径r₁、温度为800℃时的加热范围半径r₂、温度为600℃时的加热范围半径r₃和温度为400℃时的加热范围半径r₄；其中，T(r,t)为微波照射时间为t时加热范围半径为r点位置处的温度，为梯度算子且k为黄土地基的导热系数，ρ为黄土地基的密度，C为黄土地基的比热容，Q(r,t)为微波照射时间为t时加热范围半径为r点位置处的热量，且Q(r,t)根据公式计算得到，其中，P_d为微波的功率密度，f为微波发散频率，ε_o为真空介电系数，ε_r为黄土地基的介电损耗因子，E_o为电场有效值且P为微波的功率，Z为微波的阻抗，B为第一波导(5)、第二波导(6)和第三波导(8)的内径；

步骤202、由公式fspk=λm1RnAp+β[(1-m1)+m2(n2-1)+m3(n3-1)+m4(n4-1)]fsk]]>确定微波照射时间为t₀时黄土地基的承载力特征值f_spk，其中，λ为大于1100℃加热范围的黄土地基承载力发挥系数，R_n为大于1100℃加热范围的黄土地基承载力特征值，A_p为大于1100℃加热范围的黄土地基的面积，β为小于1100℃加热范围的黄土地基承载力发挥系数，f_sk为加热前黄土地基的承载力特征值，n₂为800℃～1100℃加热范围的微波加热加固后黄土地基与微波加热加固前黄土地基的应力比，n₃为600℃～800℃处理范围的微波加热加固后黄土地基与微波加热加固前黄土地基的应力比；n₄为400℃～600℃处理范围的微波加热加固后黄土地基与微波加热加固前黄土地基的应力比；m₁为大于1100℃加热范围的面积置换率，m₂为800℃～1100℃加热范围的面积置换率，m₃为600℃～800℃加热范围的面积置换率，m₄为400℃～600℃加热范围的面积置换率；m₁、m₂、m₃和m₄的取值方法为：

当钻孔的布置形式为梅花形时，m1=3π6(D1S)2,m2=3π(D22-D12)6S2,]]>m3=3π(D32-D22)6S2,m4=3π(D42-D32)6S2;]]>

当钻孔的布置形式为正方形时，m1=π4(D1S′)2,m2=π(D22-D12)4S′2,]]>m3=π(D32-D22)4S′2,m4=π(D42-D32)4S′2;]]>

当钻孔的布置形式为长方形时，m1=π4D12S1S2,m2=π(D22-D12)4S1S2,]]>m3=π(D32-D22)4S1S2,m4=π(D42-D32)4S1S2;]]>

其中，D₁为温度为1100℃时的加热范围直径且D₁＝2r₁，D₂为温度为800℃时的加热范围直径且D₂＝2r₂，D₃为温度为600℃时的加热范围直径且D₃＝2r₃，D₄为温度为400℃时的加热范围直径且D₄＝2r₄；S为钻孔的布置形式为梅花形时相邻两个钻孔之间的间距，S′为钻孔的布置形式为正方形时相邻两个钻孔之间的间距，S₁为钻孔的布置形式为长方形时长方形的长度方向上相邻两个钻孔之间的间距，S₂为钻孔的布置形式为长方形时长方形的宽度方向上相邻两个钻孔之间的间距；S、S′、S₁和S₂的取值范围均为400mm～1500mm；

步骤203、将微波照射时间为t₀时黄土地基的承载力特征值f_spk与设计要求的地基的承载力特征值f_spk0相比较，当f_spk≥f_spk0时，将微波照射时间确定为t₀，当f_spk<f_spk0时，微波照射时间t₀增加5min，返回执行步骤201、步骤202和步骤203，直到f_spk≥f_spk0，并将此时的微波照射时间t₀确定为钻孔的微波照射时间。