[发明专利]真空预压联合加热的地基模型试验装置及试验方法

说明书

本发明公开了一种真空预压联合加热的地基模型试验装置及试验方法，试验装置包括热水循环仪、活塞和金属制成的加热桶，使用时，将软土填筑至加热桶内侧的内腔内建立地基模型，以水作为储能和传热介质，将水通入加热桶的周围的环形空腔内对地基模型进行加热，能够使地基模型均匀受热，且加热桶的桶壁面积大，因此热源面积大，从而可实现对地基模型的全方位、持续、均匀加热。本发明真空预压联合加热的地基模型试验装置及试验方法为堆载预压试验、真空预压试验、正负压试验、耦合温度的堆载预压试验、耦合温度的真空负压试验、耦合温度的正负压试验以及不同排水条件下的地基试验提供了一种新思路。

技术领域

本发明属于地基处理技术领域，具体涉及一种真空预压联合加热的地基模型试验装置及试验方法。

背景技术

我国沿海及内陆河湖地区广泛分布着深厚的软土层。软土的突出特点是含水量高、压缩性大、透水性差、天然强度低。真空预压法作为一种负压排水固结法，因其设备简单、操作方便、加固面积大、能源消耗少、加固效果好、无环境污染等显著优点而被认为是加固软黏土地基行之有效的方法之一。真空预压法是指在软黏土中设置袋装砂井或塑料排水板作为排水通道，利用抽真空的方法，在土体中形成一个局部的负压源，通过排出土体中的孔隙水来降低土中的孔隙水压力，从而增加土体有效应力来压密土层的地基加固方法。自1952年提出以来，真空预压法的密封技术、抽真空技术、气水分离技术、垂直排水通道等关键技术得到了长足的发展。

虽然真空预压法具有很多优点，但在处理渗透性差的超软弱土时存在工期长、工后沉降大的问题。为解决这一问题，国内外学者近来提出了真空负压联合加热的技术。例如，叶观宝和安新提出了一种增温型真空预压想法，其核心思想是通过高温(62℃以上)使土中孔隙水汽化并被抽出，从而加速软基固结过程；林伟岸等也提出了真空预压联合热排水的设想，即利用U型管中的循环热水对地基软土进行加热并辅以真空预压。上述研究尚处于设想阶段，关于真空预压联合加热的试验装置研发和试验研究等均未开展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种能够对地基模型全方位、持续、均匀加热并且能够同时施加真空负压和模拟堆载正压的真空预压联合加热的地基模型试验装置及试验方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：真空预压联合加热的地基模型试验装置，包括热水循环仪、活塞和金属制成的加热桶，所述的加热桶的周围设置有环形空腔，所述的环形空腔的入水端和出水端分别与所述的热水循环仪的出水端和入水端连通，所述的加热桶的内侧为用于填筑软土的内腔，所述的内腔内设置有孔压计、土压力盒、真空测头和温度探头，所述的真空测头上连接有真空表，所述的加热桶的侧壁上开设有走线孔，所述的加热桶的上端安装有盖板，所述的活塞包括上下设置的活塞筒和压板，所述的活塞筒固定在所述的压板的中部，所述的压板的外形尺寸与所述的内腔的横截面的外形尺寸相适配，所述的活塞筒安装在所述的盖板上，所述的活塞筒的上部自所述的盖板伸出，所述的活塞筒的下部连同所述的压板一起位于所述的内腔内，所述的盖板、活塞筒、压板和加热桶的侧壁围成堆载正压舱，所述的盖板上安装有与所述的堆载正压舱相通的气动接头，所述的活塞筒与所述的压板围成真空负压舱，所述的活塞筒内塞设有抽真空导管，所述的抽真空导管伸入所述的真空负压舱的底部，所述的抽真空导管与一气液分离装置相连，所述的压板的中部开设有与所述的真空负压舱相通的排水孔，所述的内腔内设置有与所述的排水孔位置相应的排水机构。

本发明真空预压联合加热的地基模型试验装置使用时，将软土填筑至加热桶内侧的内腔内建立地基模型，以水作为储能和传热介质，将水通入加热桶的周围的环形空腔内对地基模型进行加热，能够使地基模型均匀受热，且加热桶的桶壁面积大，因此热源面积大，从而可实现对地基模型的全方位、持续、均匀加热。地基模型建立后，向堆载正压舱内通气模拟堆载正压，正压通过活塞筒底部的压板均匀作用在地基模型上，土体发生沉降的同时固结，固结过程中排出的水经排水机构和压板上的排水孔进入真空负压舱内，由气液分离装置经抽真空导管抽离真空负压舱。