一种土体扰动研究试验装置及试验方法

本申请用于土工试验装置，特别是涉及一种土体扰动研究试验装置及试验方法。

背景技术：

1、在土木工程实践中，软土的高含水量、低强度、高压缩性、低渗透性等特性使得软土地基在承受荷载时易产生沉降、变形和不稳定等问题，严重影响建筑物的安全和使用寿命。因此，在软土地基上进行工程建设时，必须采取有效的地基处理方法，以提高地基的承载力和稳定性，确保工程的安全可靠。

2、桩基工程是确保建筑物稳定性的关键环节，然而，传统的原位试验与模型试验模拟实际施工过程中的土体扰动和桩体行为方面存在显著不足，这些方法往往无法准确反映实际施工中土体的动态变化，导致设计与实际施工之间存在较大差异，从而影响工程的安全性和经济性，现有技术中，用于模拟桩基施工的设备和方法模拟精度低、操作复杂、成本效益高。

技术实现思路

1、本申请的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种土体扰动研究试验装置及试验方法，其中，土体扰动研究试验装置能够在两种工况下准确反映实际施工中土体的动态变化，使用该土体扰动研究试验装置的试验方法实时观测并记录两种模拟工况下周围土体的扰动时空分布情况。

2、本申请解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种土体扰动研究试验装置，包括：

4、试验箱，所述试验箱内用于填筑试验土体；

5、联轴器，所述联轴器内设有通道，所述联轴器上设有与所述通道相连通的入液口和出液口，所述联轴器用于装配钻杆或模型桩；

6、加载装置，所述加载装置能够驱动所述联轴器沿高度方向运动；

7、旋转装置，所述旋转装置与所述联轴器相连以驱动所述联轴器转动。

8、本申请的某些实施例中，所述试验箱的至少一个侧面为观测面，所述试验箱内的试验土体中设有示踪粒子，所述示踪粒子在朝向所述观测面的一侧形成纹理，所述示踪粒子用于赋予试验土体纹理特征，所述示踪粒子包括荧光粉。

9、本申请的某些实施例中，所述旋转装置包括变频电机、减速电机和扭矩传感器，所述变频电机的输出端与所述减速电机的输入端相连，所述扭矩传感器的输出轴与所述联轴器相连。

10、本申请的某些实施例中，所述加载装置包括加载电缸和拉压力传感器，所述加载电缸的底端通过所述拉压力传感器与所述减速电机相连。

11、本申请的某些实施例中，该土体扰动研究试验装置包括机架和支撑架，所述减速电机和所述扭矩传感器均安装在所述支撑架上，所述加载装置安装在所述机架上，所述支撑架能够沿所述机架的高度方向运动。

12、本申请的某些实施例中，该土体扰动研究试验装置包括动荷载系统和承压板，所述承压板安装在试验土体的顶部，所述动荷载系统与所述承压板相连以模拟施加在试验土体上的交通荷载。

13、本申请的某些实施例中，所述动荷载系统包括伺服电缸和连杆，所述伺服电缸的输出端与所述连杆的顶端相连，所述连杆的底端与所述承压板相连。

14、本申请的某些实施例中，所述注浆系统包括压缩机，所述压缩机与所述注浆桶相连以向所述注浆桶内输送气体，所述压缩机的输出端设有减压阀。

15、本申请还提供一种使用上述实施例中的土体扰动研究试验装置的试验方法，其包括如下步骤：

16、在所述试验箱中填筑试验土体，同时在试验土体内布设示踪粒子，使示踪粒子在朝向所述观测面的一侧形成纹理，并在试验土体内埋设土压力盒；

17、将钻杆或模型桩装配在所述联轴器上，使钻杆或模型桩位于试验土体上方；

18、架设摄像机，使所述摄像机对准所述观测面；

19、当所述联轴器上装配有钻杆时，使所述钻杆与所述出液口相连通，开启所述加载装置和所述旋转装置；当所述联轴器上装配有模型桩时，仅开启加载装置；

20、通过所述摄像机采集试验土体的图像数据，通过土压力盒采集试验土体的压力数据。

21、本申请的某些实施例中，所述土压力盒预埋在钻杆或模型桩的侧方，所述土压力盒与钻杆或模型桩之间的距离不少于钻杆或模型桩直径的两倍,所述土压力盒沿高度方向间隔设置在试验土体内。

22、上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：该土体扰动研究试验装置通过在联轴器上装配钻杆或模型桩以实现两种工况模拟的切换，当钻杆安装在联轴器上时，钻杆与出液口相连通，开启加载装置和旋转装置，钻杆一边旋转一边伸入试验土体中，同时浆液通过入液口流经通道，从出液口进入钻杆中，泵入试验土体内部，从而模拟水泥搅拌桩钻头沿竖直方向掘进喷浆的过程；当模型桩安装在联轴器上时，开启加载装置，对模型桩施加压力，将模型桩压入试验土体，从而模拟管桩在压力作用下沿竖直方向压入土体的过程，该土体扰动研究试验装置能够在两种工况下准确反映实际施工中土体的动态变化。

23、使用该土体扰动研究试验装置的试验方法，通过示踪粒子赋予土体纹理特征，并通过摄像机来记录试验前后示踪粒子的纹理变化，能够精确模拟管桩与水泥搅拌桩的施工过程并实现过程的可视化，实现通过示踪粒子来提供足够的细节来观察和分析土体的微观行为，观测并记录两种模拟工况下周围土体的扰动时空分布情况。

24、本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

技术特征：

1.一种土体扰动研究试验装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的土体扰动研究试验装置，其特征在于，所述旋转装置包括变频电机、减速电机和扭矩传感器，所述变频电机的输出端与所述减速电机的输入端相连，所述扭矩传感器的输出轴与所述联轴器相连。

3.根据权利要求2所述的土体扰动研究试验装置，其特征在于，所述加载装置包括加载电缸和拉压力传感器，所述加载电缸的底端通过所述拉压力传感器与所述减速电机相连。

4.根据权利要求2所述的土体扰动研究试验装置，其特征在于，包括机架和支撑架，所述减速电机和所述扭矩传感器均安装在所述支撑架上，所述加载装置安装在所述机架上，所述支撑架能够沿所述机架的高度方向运动。

5.根据权利要求1所述的土体扰动研究试验装置，其特征在于，包括动荷载系统和承压板，所述承压板安装在试验土体的顶部，所述动荷载系统与所述承压板相连以模拟施加在试验土体上的交通荷载。

6.根据权利要求5所述的土体扰动研究试验装置，其特征在于，所述动荷载系统包括伺服电缸和连杆，所述伺服电缸的输出端与所述连杆的顶端相连，所述连杆的底端与所述承压板相连。

7.根据权利要求1所述的土体扰动研究试验装置，其特征在于，包括注浆系统，所述注浆系统包括注浆桶和导管，所述导管的一端与所述注浆桶相连，所述导管的另一端通过所述入液口与所述联轴器相连。

8.一种使用权利要求1所述的土体扰动研究试验装置的试验方法，其特征在于包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的试验方法，其特征在于，所述土压力盒预埋在钻杆或模型桩的侧方，所述土压力盒与钻杆或模型桩之间的距离不少于钻杆或模型桩直径的两倍,所述土压力盒沿高度方向间隔设置在试验土体内。

技术总结本申请公开了一种土体扰动研究试验装置及试验方法，其中，土体扰动研究试验装置包括试验箱，所述试验箱内用于填筑试验土体；联轴器，所述联轴器内设有通道，所述联轴器上设有与所述通道相连通的入液口和出液口，所述联轴器用于装配钻杆或模型桩；加载装置，所述加载装置能够驱动所述联轴器沿高度方向运动；旋转装置，所述旋转装置与所述联轴器相连以驱动所述联轴器转动，该土体扰动研究试验装置能够在两种工况下准确反映实际施工中土体的动态变化，使用该土体扰动研究试验装置的试验方法通过示踪粒子来提供足够的细节来观察和分析土体的微观行为，实时观测并记录两种模拟工况下周围土体的扰动时空分布情况。技术研发人员：李佳骏,林宏杰,刘建坤,孙兆辉,李智健受保护的技术使用者：中山大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1