[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

说明书

本发明公开了一种就地固化浅层地基及组合地基可视化试验装置及方法，基于透明土材料和数字图像处理技术，研制可以实现就地固化浅层地基及组合地基施工的透明模型槽，模拟就地固化浅层地基、就地固化浅层地基与桩基复合地基或排水板复合地基形成的组合地基，在荷载作用下的变形与承载特性；实现可视化、非嵌入式连续观测荷载作用下就地固化浅层地基及组合地基的变形场及破坏全过程。试验装置操作简单，易于实现，能够实时动态观测土体内部变形情况；可重复性高，自由度高，试验结果参考价值高。

技术领域

本发明属于岩土工程可视化试验技术领域，具体涉及可视化就地固化浅层地基及组合地基试验系统及方法。主要适用于就地固化浅层地基处理技术承载力、沉降规律与加固机理的科学研究。

背景技术

软土地基在我国分布十分广泛且软基处理方法众多，就地固化浅层地基是一种常用的软基处理方法。该方法通过专用搅拌头与注浆系统，利用固化剂材料对浅层软基进行固化处理，使软基表面形成一层相对较硬的人工硬壳层。就地固化浅层地基包括两种形式：浅层软基全部处理和浅层软基部分处理，其中浅层软基部分处理又包括格栅式处理和点式处理。当软弱土层较厚且地基处理要求较高时，就地固化浅层地基与桩基复合地基或者排水板复合地基形成组合地基。对就地固化浅层地基技术问题，现有研究主要关注固化搅拌方式的改进、固化剂材料的优化选择，针对就地固化浅层地基处理、与桩基或排水体复合地基形成的组合地基的变形协调机理研究，尤其是就地固化浅层地基及组合地基的可视化模型试验与测试仍相对缺乏。

作为科研的重要手段之一，模型试验对于研究土体内部变形规律和机理，探索岩土工程相关科学问题具有重要意义。传统的土体变形测量方法是在土体内部埋设一系列传感器，得到某些离散点的位移值，但是传感器容易受外界环境扰动的影响，且传感器埋设本身就破坏了土体的连续性，测量结果往往不够准确，无法给出土体内部变形的连续位移场。数字图像处理技术也只局限于测量土体的宏观或边界变形位移场，不能实现对土体内部变形的可视化观测。利用X-射线、γ-射线、计算机层析CT扫描及MRI磁共振成像技术，虽然可以用来测量土体内部的连续变形，但这些方法也只能测试静态、无法实时动态观测，且测试费用昂贵。

本发明技术之前，学术论文：《就地固化技术处理道路浅层软基的试验研究》，通过对比不同施工工艺，研究抗压强度和地基沉降；学术论文：《就地固化技术处理围海工程吹填土的试验研究》，介绍了一种利用强力搅拌头固化系统进行吹填土就地固化的浅层地基处理方法，并对就地固化浅层地基的承载力特性进行分析。然而，就地固化浅层地基处理及组合地基的变形协调机理及可视化试验技术尚非常缺乏。因此，结合目前存在的问题与不足，基于透明土材料和数字图像处理技术，研发一种面向就地固化浅层地基、与桩基或排水体复合地基形成的组合地基的可视化试验装置及其试验方法，可视化观测就地固化浅层地基及组合地基的变形机理显得尤为迫切。

发明内容

为了克服已有技术中的不足，本发明提供一种可视化就地固化浅层地基及组合地基试验系统及方法，实现非嵌入式、可视化、连续观测就地固化浅层地基、或与桩基或排水板复合地基形成的组合地基的承载力、沉降规律与加固机理的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种可视化就地固化浅层地基及组合地基试验系统，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，所述透明模型槽内设有若干桩基和排水板，所述透明模型槽的底部对应位置处设有用于插入所述桩基和排水板的插孔，所述透明模型槽的顶部还设有固化土层，所述固化土层通过所述桩基和排水板支撑于所述透明模型槽顶部，所述固化土层、若干桩基和排水板与所述透明模型槽的内壁之间填充有透明土；

机械搅拌臂，所述机械搅拌臂用于搅拌配比好的固化剂和透明土，形成固化土层；