[发明专利]一种软土地基瞬时扰动的试验系统及其方法

说明书

本发明提供一种软土地基瞬时扰动的试验系统，包括模型箱，模型箱设于离心机吊篮内，模型箱内填筑软土地基，软土地基上表面填筑上覆堤坝模型，上覆堤坝模型顶部和斜坡上布置激光位移传感器，软土地基内布设微型孔隙水压力传感器、微型土压力传感器和微型十字板剪切仪，软土地基内布设爆炸源和点火装置；本发明提供上述试验系统的试验方法，包括软土地基和上覆堤坝的填筑、监控设备的埋设、爆炸源和点火装置的埋设以及起爆后的数据测试。本发明的优点为：能够有效评价爆炸作用前后软土地基的物理力学性质变化，评价地基的扰动性，以及爆炸作用对于上覆堤坝的影响。

技术领域

本发明涉及岩土工程软基处理技术领域，具体涉及一种软土地基瞬时扰动的试验系统及其方法。

背景技术

我国幅员辽阔，地质情况复杂多变。其中，软土在我国分布十分广泛，尤其在我国沿海地区，如渤海湾、长江三角洲、珠江三角洲以及浙、闽沿海地区等都存在湖相或海相沉积的软土。软土包括淤泥、淤泥质粉土、泥炭、泥炭质土等，具有松软、孔隙比高、天然含水量高、压缩性高、强度低、渗透性小和结构灵敏等特点，它的物理力学性质极差，其分布厚度由数米至数十米不等。

海洋围垦工程首先要面对的就是软土地基处理问题。针对软基处理问题，可采用爆炸法。与其他软基处理技术相比，爆炸法处理软基技术具有施工工序简单、速度快、后期沉降量小等特点，特别是在减小闭气土用量及施工难度、龙口保护容易两方面的优势对促进水利围垦事业的发展具有十分重要的意义。当前，爆破挤淤软基处理技术虽然在大量的工程实践中得到应用，但其理论研究和工程设计尚有许多不成熟的地方，工程应用更多的是依赖于工程经验，理论研究远远落后于工程实践。

发明内容

本发明的目的是提供一种能有效评价爆炸作用前后软土地基物理力学性质变化的软土地基瞬时扰动的试验系统及其方法。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：

一种软土地基瞬时扰动的试验系统，包括模型箱，模型箱设于离心机吊篮内，模型箱内填筑软土地基，软土地基上表面填筑上覆堤坝模型，上覆堤坝模型顶部和斜坡上布置激光位移传感器，软土地基内布设微型孔隙水压力传感器、微型土压力传感器和微型十字板剪切仪分别用于监测孔隙水压力、土压力和不排水强度，激光位移传感器以及微型孔隙水压力传感器、微型土压力传感器和微型十字板剪切仪的采集信号线连接至测试采集系统；

软土地基内布设爆炸源和点火装置，点火装置包括电流源、继电器和控制器，电流源与继电器相连，控制器控制继电器通断，可实现爆炸源起爆。

进一步地，微型孔隙水压力传感器和微型土压力传感器在软土地基内逐层并列布设，微型十字板剪切仪在软土地基内逐层布设。

进一步地，所述爆炸源采用八号瞬发电雷管，雷管布设在上覆堤坝模型中心线和堤脚线以下软土地基的浅层内，雷管的布设高度高于微型孔隙水压力传感器和微型土压力传感器的布设高度。

进一步地，所述模型箱呈长方体状，模型箱四周及底面采用不锈钢板焊接形成半封闭空间，模型箱四周内壁设置三层泡沫板。

一种软土地基瞬时扰动的试验方法，包括如下步骤：

S1)根据设计的含水量混合黏土和清水，用小型搅拌机均匀混合后静止，作为软土地基的土料；

S2)根据模型箱尺寸和软土地基的高度计算土料用量，在模型箱中填筑土料，在采样高度处埋设微型孔隙水压力传感器和微型土压力传感器的监测设备分别测定孔隙水压力和土压力，填筑土料至设计上覆堤坝模型中心线和堤脚线以下的土料浅层内埋设爆炸源和点火装置，爆炸源的埋设高度高于监测设备的设计高度；

S3)软土地基填筑完成后，用微型十字板剪切仪钻进至设计深度测定软土地基不同部位的不排水强度，并在软土地基表面填筑碎石模拟上覆堤坝，在上覆堤坝模型顶部和斜坡布置激光位移传感器；