[发明专利]共振法加固液化土模型试验装置及试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种共振法加固液化土模型试验装置及试验方法，属于液化地基加固技术领域。

背景技术

液化地基处理是工程建设经常面临的技术难题之一。液化地基在地震等动力荷载作用下，饱和砂土或粉土中孔隙水压力逐渐上升、部分或完全抵消土骨架承担的有效应力、从而发生液化。

常用的抗液化思路有如下几类：（1）控制液化土层的含水量和渗透性，增加液化土颗粒间的接触面积，降低超静孔隙水压力。常用的方法是防渗、排水等。（2）改善液化土层的颗粒结构，提高液化土密实度和结构稳定性。常用的方法是振动加密、碎石桩、强夯等。（3）改变液化土层的组成，常用的方法是化学注浆、液化土改良、桩基、换填等。（4）改变液化土层的围压，增加侧向约束，常用的方法是反压护道方法。

共振法是20世纪90年代前后在国外发展起来的一种新的液化地基处理方法，由于该工法具有施工噪音小、加固效果显著等优点，在国外得到了广泛应用。2008年，东南大学岩土工程研究所研制出了具有自主知识产权的十字形振动杆及施工设备，在经过几次工程实践改造后，该方法已获得国家发明专利 “十字振动翼”。该方法的特点是利用一种类似国内沉管灌注桩的施工机械，将一根十字振动翼以振动方式沉入土中，通过沉杆过程中的垂直振动使振动翼周围土发生剧烈的振动，通过调整振动器的频率来达到土-振动翼系统的共振频率来实现土体的密实。在共振状态下，使振动翼获得振动能量到周围土层最佳的传递从而达到对地基土体起到加固的作用。

该方法施工方便，经济高效，绿色环保。因此，该加固液化地基的方法具有很大的生命力，目前已在宿迁金鹰、宿新高速公路、盐淮高速公路（大丰港至盐城段）、锡通过江通道等工程中得到了应用，效果良好，得到了各方的肯定。但是其在加固机理，工艺及施工控制方法与措施等方面的研究还不够完善。因此，为全面推动共振法处理液化地基的应用，有必要开展系统的试验研究，以探讨共振法的加固机理、工艺及施工控制方法与措施，而目前尚无用于共振法加固液化地基模型试验的专用装置，需要研发相应的试验装置。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种共振法加固液化土模型试验装置及试验方法，其具体技术方案如下：

共振法加固液化土模型试验装置，包括模型槽、激振系统、起吊系统及量测系统；

所述模型槽呈顶部开口、四周和底部密封固定的空心体形状，所述模型槽至少有一面是透明的，所述模型槽的侧壁设置有若干个水龙头，所述模型槽内设置有一个或若干个竖木杆；

所述激振系统包括振动机和十字振动翼，所述振动机驱动十字振动翼上下振动，所述十字振动翼悬于模型槽的中心上方，所述十字振动翼的横截面为十字形；

所述起吊系统包括提升机，起吊系统用来起吊激振系统；

所述量测系统包括孔隙水压力器、土压力传感器、加速度传感器和数据采集仪，所述孔隙水压力器、土压力传感器、加速度传感器均与竖木杆固定，孔隙水压力器、土压力传感器、加速度传感器分别通过各自的数据传输线与数据采集仪连接，所述数据采集仪位于模型槽外部，每根竖木杆配有一个数据采集仪。

所述十字振动翼的四条直翼边设有连续的凸形半圆齿，十字振动翼的底端设有尖刺齿。

所述模型槽呈顶部开口的空心长方体形状，，模型槽的一组相对边由透明材质制得。

所述水龙头呈一排或一排以上布置。

共振法加固液化土模型试验方法，所述包括以下操作步骤：

步骤（a）：制备重塑液化土：将待加固液化土放入搅拌机内搅拌，在搅拌的过程中慢慢加水，直到达到试验具体要求的土样含水量；

步骤（b）：模型槽预处理：在模型槽内表面涂抹一层凡士林，在模型槽内预先注入水，直到水完全覆盖住模型槽底部；

步骤（c）：在模型槽内布置一根或一根以上竖木杆，每根竖木杆均固定有已预先经过浸泡饱和的孔隙水压力传感器、土压力传感器和加速度传感器，孔隙水压力传感器、土压力传感器、加速度传感器各自的数据传输线均沿竖木杆引导与数据采集仪连接，数据采集仪位于模型槽外部，每根竖木杆配有一个数据采集仪；

步骤（d）：填筑重塑液化土：将步骤（a）制得的重塑液化土分层填筑到模型槽内填入，制得土样，，使得孔隙水压力传感器、土压力传感器和加速度传感器位于土样中，数据采集仪位于土样外；

步骤（e）：触探试验：待步骤（d）完成后，在土样相应位置做轻型圆锥动力触探试验，并用直尺测定土表面标高；