[发明专利]可视化就地固化浅层地基及组合地基试验系统及方法

权利要求书

1.一种可视化就地固化浅层地基及组合地基试验系统，其特征在于，包括：

固化浅层地基及组合地基模拟装置，所述固化浅层地基及组合地基模拟装置外部设有透明模型槽（1），所述透明模型槽（1）内设有若干桩基（4）和排水板（5），所述透明模型槽（1）的底部对应位置处设有用于插入所述桩基（4）和排水板（5）的插孔，所述透明模型槽（1）的顶部还设有固化土层（3），所述固化土层（3）通过所述桩基（4）和排水板（5）支撑于所述透明模型槽（1）顶部，所述固化土层（3）、若干桩基（4）和排水板（5）与所述透明模型槽（1）的内壁之间填充有透明土（2）；

机械搅拌臂（7），所述机械搅拌臂（7）用于搅拌配比好的固化剂和透明土（2），形成固化土层（3）；

图像获取装置，所述图像获取装置包括高清高速相机（8）、线性激光器（9）和计算机及数字图像处理系统（10），所述高清高速相机（8）和线性激光器（9）设于所述透明模型槽（1）旁，所述高清高速相机（8）和线性激光器（9）连接所述计算机及数字图像处理系统（10）。

2.根据权利要求1所述的一种可视化就地固化浅层地基及组合地基试验系统，其特征在于，所述透明模型槽（1）的外围设有固定钢圈（6）。

3.根据权利要求1所述的一种可视化就地固化浅层地基及组合地基试验系统，其特征在于，若干根桩基（4）呈阵列分布于所述透明模型槽（1）内。

4.根据权利要求1所述的一种可视化就地固化浅层地基及组合地基试验系统，其特征在于，所述透明土（2）为Carbopol U10、纯净水和NaOH粉末合成的透明黏土或Laponite RD和纯净水合成的透明黏土。

5.根据权利要求1所述的一种可视化就地固化浅层地基及组合地基试验系统，其特征在于，所述透明土（2）由二氧化硅粉末或全氟环状聚合物，与相同折射率的混合有机油或二水溴化焦磷酸钾、六水氯化镁中的一种或几种溶液形成的无色孔隙液体制成。

6.一种可视化就地固化浅层地基及组合地基试验方法，其特征在于，包括：

根据试验要求制作相应尺寸固化浅层地基及组合地基模拟装置的组件，包括长度为450mm、宽度为300mm、高为200mm，底板厚20mm，侧板厚10mm的透明模型槽，透明模型槽外部设置两道钢圈；透明模型槽底面设置5个桩基插孔，用于插设桩基，桩基插孔直径为4mm；

制备饱和透明土试样，透明土试样为透明黏土， 由二氧化硅粉末或全氟环状聚合物，与相同折射率的混合有机油或二水溴化焦磷酸钾、六水氯化镁中的一种或几种溶液形成的无色孔隙液体制成，并经备料、混配、抽真空、固结配制而成；

准备长度为400mm，宽度为250mm的固化土层模具，准备固化剂，将制备好的透明土分层填入透明模型槽中直至设计高度；在固化土层模具底部及四周铺设保鲜膜，倒入透明土与所需配比的固化剂，搅拌均匀后静置至固化土层硬化，从固化土层模具中取出固化土层并撕去保鲜膜，放在透明模型槽内透明土层上部；在四周空白区域填入透明土，直至与固化土层顶部齐平；制配相应所需无侧限抗压强度的浅层固化层材料时，固化剂包括但不限于粉煤灰、石灰和矿渣微粉，配比过程中，采用至少三种不同的配合比作对比，以掺入3%水泥为基准值，另外两个配合比分别为掺入2%和4%的水泥；

将5根桩基从底部的插孔插入，直至与固化土层相接触，静置试验装置直至固化土层强度达到试验要求为止；

透明模型槽的正面和侧面，分别布置高清高速相机和线性激光器；通过计算机采集高清高速相机所获得的图片信息；

在固化土层上方放置加载台，根据试验需求在加载台上方逐步施加均布或非均布荷载直至破坏；通过高清高速相机每1s拍摄一张照片，全程记录固化土层地基或组合地基变形破坏的情况；

利用计算机及数字图像处理系统分析高清高速相机拍摄所获得的物理照片，得到试验中固化土层的承载力、沉降规律与加固机理。

7.一种可视化就地固化浅层地基及组合地基试验方法，其特征在于，包括：

根据试验要求制作相应尺寸的固化浅层地基及组合地基模拟装置的组件包括长度为500mm、宽度为350mm、高为240mm，底板厚30mm，侧板厚15mm的透明模型槽，透明模型槽外部设置4道钢圈；

制备饱和透明土试样，透明土试样为透明黏土，根据配合比称量Carbopol U10、纯净水、NaOH粉末，在设计温度和环境下进行制配形成人工合成透明黏土；或者根据配合比称量Laponite RD和纯净水，在设计温度和环境下进行制配形成人工合成透明黏土；

准备石灰，将制备好的透明土分层填入透明模型槽中直至设计高度；在已填筑好的透明土层顶部，距离透明模型槽四周槽壁4cm处的四边形区域内，放入透明土与所需配比的石灰至设计高度，利用机械搅拌臂在所需区域内搅拌固化土层；待固化土层初步硬化后，在四周空白区域填入透明土，直至与固化土层顶部齐平，以掺入5%石灰为基准值，另外两个配合比分别为掺入3.5%和6%的石灰；

在固化土层尚未凝固时，穿过所述固化土层缓缓插入3根桩基桩和5个排水板至透明模型槽底部；填补固化土层的缺口并搅拌均匀，静置试验装置直至固化土层强度达到试验要求为止；

透明模型槽的正面和侧面，分别布置高清高速相机和线性激光器；通过计算机采集高清高速相机所获得的图片信息；

在固化土层上方放置加载台，根据试验需求在加载台上方逐步施加均布或非均布荷载直至破坏；通过高清高速相机每0.5s拍摄一张照片，全程记录固化土层地基或组合地基变形破坏的情况；

利用计算机及数字图像处理系统分析高清高速相机拍摄所获得的物理照片，得到试验中固化土层的承载力、沉降规律与加固机理。