CN115792179B - 一种岩土及地下工程模型试验脉管式地中位移测试装置及测试方法 - Google Patents
一种岩土及地下工程模型试验脉管式地中位移测试装置及测试方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种岩土及地下工程模型试验脉管式地中位移测试装置及测试方法,包括:承料套安装管、柔性承料套和辅料,所述承料套安装管同轴套设在所述柔性承料套的外表,用于将柔性承料套临时固定在土体中,所述柔性承料套内部填充有辅料,所述辅料用于辅助柔性承料套在土体中的支撑和变形。本发明结构简单、成本低廉且使用方便,在开展试验过程中能够自行购买相关材料制作并使用;通过“柔变刚”的两阶段变形记录手段,保证了试验过程中拟测线位上的变形被有效记录,试验后土体移除不影响待测线位变形记录终值。本发明是一种记录地中位移的高效手段,为岩土及地下工程地中位移测试提供了重要参考。
Description
技术领域
本发明涉及岩土及地下工程领域,尤其涉及一种岩土及地下工程模型试验脉管式地中位移测试装置及测试方法。
背景技术
近年来随着我国交通基础建设进入全面发展阶段,越来越多的交通隧道穿越跨断层区域,如石岗坝引水隧道、都汶公路酒家垭隧道、都汶高速龙洞子隧道、紫坪铺隧道等。为了满足工程建设的需求,我国开展了大量的相似模型试验对地下工程结构的岩土-结构相互作用问题进行了研究。试验测试技术的发展是促进工程建设水平提高的重要基础。
开展相似模型试验过程中,地中位移的准确、全面记录一直存在较大困难。目前多采用安装地中位移计的方式进行多点位测试。而过多的地中位移测试点位安装不仅会影响土体的力学性质,且受制于试验环境的复杂性其测试精度也难于保证。
由此可见,对岩土及地下工程相似模型试验中的地中位移测试方法进行改进十分必要。
发明内容
本发明的主要目的为了克服现有技术的不足,提供一种结构简单、成本低廉、使用方便的一种岩土及地下工程模型试验脉管式地中位移测试装置及测试方法。
为实现上述目的,本发明提供了一种岩土及地下工程模型试验脉管式地中位移测试装置,包括:承料套安装管、柔性承料套和辅料,所述承料套安装管同轴套设在所述柔性承料套的外表,用于将柔性承料套临时固定在土体中,所述柔性承料套内部填充有辅料,所述辅料用于辅助柔性承料套在土体中的支撑和变形。
进一步地,所述辅料包括无粘结力的支撑骨料和具有高渗性的高强速凝注浆料,所述支撑骨料用于支撑土体中的柔性承料套,将柔性承料套形成埋置于土体中的线形柔性条状物,并随土体的变形而自由变形;所述高强速凝注浆料用于注入支撑骨料中将支撑骨料固结,从而将柔性承料套形成刚性条状物,当土体移除时,形成刚性条状物的柔性承料套不会发生变形。
进一步地,所述柔性承料套包括线形柔性防渗套和锚定球,所述线形柔性防渗套一端开口作为开放端用于装载辅料,另一端与锚定球密封连接,所述锚定球用于固定埋置在土体中的线形柔性防渗套。
进一步地,所述承料套安装管包括刚性安装管和临时固定帽,所述刚性安装管内套有所述柔性承料套,所述临时固定帽设有与刚性安装管相对应的插孔,所述临时固定帽插在刚性安装管的顶端,用于柔性承料套开放端穿过并对所述柔性承料套的开放端临时固定。
进一步地,所述临时固定帽包括帽体、卡扣和弹簧,所述帽体还设有与插孔相对应的伸出孔用于线形柔性防渗套开放端伸出,所述卡扣和弹簧组成束紧结构设在帽体上方且与帽体上的伸出孔相对应,当线形柔性防渗套完成装料后,通过挤压卡扣将线形柔性防渗套开放端束紧防止支撑骨料溢出。
进一步地,所述支撑骨料为无粘结力的具有良好渗透性的粒径在80目至100目之间的砂粒,所述高强速凝注浆料为具有高渗性的环氧树脂类注浆料。
进一步地,所述锚定球上设有用于限制刚性安装管滑动的空心筒,所述线形柔性防渗套在注浆后形成的刚性条状物直径控制在5mm内。
进一步地,所述帽体上设有向两侧凸起的卡块和带有贯穿孔的固定块,所述卡扣包括卡杆和设在卡杆端部的U型卡槽,所述U型卡槽卡入向两侧凸起的卡块中,同时卡杆从带有贯穿孔的固定块穿出,所述弹簧套在卡杆上,并夹持于U型卡槽和固定块之间,通过所述弹簧的回复力实现U型卡槽与卡块对线形柔性防渗套的夹紧与松开。
进一步地,所述测试方法包括以下步骤;
S1、向柔性承料套填充无粘结力的支撑骨料;
S2、将柔性承料套套在承料套安装管中,然后将承料套安装管埋置在测试土体中;
S3、取出承料套安装管,填充有支撑骨料的柔性承料套被单独留置于测试土体中;
S4、当完成模型试验后,在柔性承料套在取出前,向柔性承料套内注入高强速凝注浆料,至线形柔性防渗套形成刚性条状物;
S5、将埋置在土体中的线形柔性防渗套挖出,通过线形柔性防渗套的变形分析测试土体的位移变化。
本发明的有益效果体现在:本发明结构简单、成本低廉且使用方便,在开展试验过程中能够自行购买相关材料制作并使用;通过“柔变刚”的两阶段变形记录手段,保证了试验过程中拟测线位上的变形被有效记录,试验后土体移除不影响待测线位变形记录终值。本发明是一种记录地中位移的高效手段,为岩土及地下工程地中位移测试提供了重要参考。
在岩土及地下工程相似模型试验需要测试岩土体地中位移时,通过在填筑土体时事先埋置本装置(含承料套安装管);在完成土体填筑后、开始进行试验前,抽出承料套安装管使线形柔性防渗套在试验前处于直线状态;在试验过程中,装有支撑骨料的线形柔性防渗套形成的柔性条状物随着土体变形;在试验完成后通过注射高强速凝注浆料将支撑骨料固结成为刚性条状物,避免试验中支撑骨料和线形柔性防渗套所产生的表征土体位移的变形受到扰动,最后通过测试支撑骨料固结后的刚性条状物的形状来实现土体地中位移测试。
附图说明
图1为本发明测试装置结构示意图;
图2为本发明临时固定帽和刚性安装管连接示意图;
图3为本发明锚定球结构示意图;
图4为本发明卡扣结构示意图;
图5为本发明卡扣和帽体连接结构示意图;
图6为本发明柔性承料套变形前和变形后结构示意图;
附图标记说明:1、承料套安装管;2、柔性承料套;3、辅料;11、刚性安装管;12、临时固定帽;21、线形柔性防渗套;22、锚定球;31、支撑骨料;32、高强速凝注浆料;221、空心筒;121、帽体;122、卡扣;123、弹簧;1221、卡杆;1222、U型卡槽;1211、卡块;1212、固定块;2211、柱体。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
参见图1至图6。
本发明包括承料套安装管1、柔性承料套2和辅料3,所述承料皮套安装管1同轴套设在所述柔性承料套2的外表,用于将柔性承料套2临时固定在土体中,所述柔性承料套2内部填充有辅料3,所述辅料3用于辅助柔性承料套2在土体中的支撑和变形,这样设计,该装置通过柔性承料套2自身的线形特征可实现地中位移连续点位的测试。
在一实施例中,所述辅料3包括无粘结力的支撑骨料31和具有高渗性的高强速凝注浆料32,所述支撑骨料31用于支撑土体中的柔性承料套2,将柔性承料套2形成埋置于土体中的线形柔性条状物,并随土体的变形而自由变形;所述高强速凝注浆料32用于注入支撑骨料中将支撑骨料固结,从而将柔性承料套形成刚性条状物,当土体移除时,形成刚性条状物的柔性承料套不会发生变形。这样设计,在试验完成且土体变形停止后将高强速凝注浆料32注入柔性承料套2包裹的支撑骨料31中,由于支撑骨料31固结从而将变形后的柔性承料套2形成刚性条状物,避免试验中支撑骨料31和柔性承料套2所产生的表征土体位移的变形受到外界环境变化的扰动,最后通过测试固结后的刚性条状物的形状来实现土体地中位移测试。
在一实施例中,所述柔性承料套2包括线形柔性防渗套21和锚定球22,所述线形柔性防渗套21一端开口作为开放端用于装载辅料3,另一端与锚定球22上的柱体2211密封连接,所述锚定球22上的柱体2211可插入所述线形柔性防渗套21的另一端开口处,同时可选用强力胶将柱体2211和线形柔性防渗套21的另一端开口粘连在一起,加强线形柔性防渗套21和锚定球22的密封连接,所述锚定球22设有一定的重量,当取出承料套安装管1时,锚定球22防止线形柔性防渗套21随着承料套安装管1一起拔出,这样设计,保证了线形柔性防渗套21在土体中不会受到外力的影响发生移动,确保了测试数据的精确性。
在一实施例中,所述承料套安装管1包括刚性安装管11和临时固定帽12,所述刚性安装管11内套有所述柔性承料套2,所述临时固定帽12设有与刚性安装管11相对应的插孔,所述临时固定帽12插在刚性安装管11的顶端,用于柔性承料套2开放端穿过并对所述柔性承料套2的开放端临时固定,这样设计,柔性承料套2可通过刚性安装管11埋置在土体内,然后刚性安装管11和临时固定帽12在填筑完土要开始试验时一起取出,确保了柔性承料套2在试验开始前是无变形状态,而且该安装管结构简单可重复使用,经济实用性强。
在一实施例中,所述临时固定帽12包括帽体121、卡扣122和弹簧123,所述帽体121还设有与插孔相对应的伸出孔用于线形柔性防渗套21开放端伸出,所述卡扣122和弹簧123组成束紧结构设在帽体121上方且与帽体121上的伸出孔相对应,当线形柔性防渗套21完成装料后,通过挤压卡扣122将线形柔性防渗套21开放端束紧防止支撑骨料31溢出,这样设计,保证了线形柔性防渗套21内的支撑骨料31在安装后、注浆前不会漏出来,从而影响测试效果。
在一实施例中,所述支撑骨料31为无粘结力的具有良好渗透性的粒径在80目至100目之间的砂粒,所述高强速凝注浆料32为具有良好渗透性能的环氧树脂类注浆料;优选地,所述高强速凝注浆料32可采用市售的水泥面低粘度灌封胶,所述支撑骨料31可选用无粘结力的粒径在80目至100目的石英砂,这样设计,保证注浆料在支撑骨料31固化前能渗透到线形柔性防渗套21各个部位。
在一实施例中,所述锚定球22上端设有用于限制刚性安装管11滑动的空心筒221,这样设计,刚性安装管11不会晃动,提高刚性安装管11和线形柔性防渗套21在土体填筑过程中的整体性,测试效果更好;所述线形柔性防渗套21在注浆后形成的刚性条状物直径控制在5mm内,因为装有支撑骨料31的所述线形柔性防渗套21在注入高强速凝注浆料32后开始固化,在固化过程中线形柔性防渗套21会产生膨胀效果,在膨胀过后形成的刚性条状物直径宜控制在5mm内测试效果最好。
在一实施例中,所述帽体121上设有向两侧凸起的卡块1211和带有贯穿孔的固定块1212,所述卡扣122包括卡杆1221和设在卡杆1221端部的U型卡槽1222,所述U型卡槽1222卡入向两侧凸起的卡块1211中,同时卡杆1221从带有贯穿孔的固定块1212穿出,所述弹簧123套在卡杆1221上,并夹持于U型卡槽1222和固定块1212之间,通过所述弹簧123的回复力实现U型卡槽1222与卡块1211对线形柔性防渗套21的夹紧与松开,这样设计,达到了对线形柔性防渗套21开放端的束紧效果且机构简单经济实用。
在一实施例中,一种岩土及地下工程模型试验脉管式地中位移测试方法,所述测试方法包括以下步骤;
S1、向柔性承料套2填充无粘结力的支撑骨料31;
S2、将柔性承料套2套在承料套安装管1中,通过临时固定帽12束紧柔性承料套2的开放端,然后将承料套安装管1埋置在测试土体中;
S3、取出承料套安装管1,填充有支撑骨料31的柔性承料套2被单独留置于测试土体中;
S4、当完成模型试验后,在柔性承料套2在取出前,向柔性承料套2内注入高强速凝注浆料32,至线形柔性防渗套21形成刚性条状物;
S5、将埋置在土体中的线形柔性防渗套21挖出,通过线形柔性防渗套21的变形分析测试土体的位移变化。
应当理解本文所述的例子和实施方式仅为了说明,并不用于限制本发明,本领域技术人员可根据它做出各种修改和变化,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种岩土及地下工程模型试验脉管式地中位移测试装置,其特征在于,所述测试装置包括承料套安装管(1)、柔性承料套(2)和辅料(3),所述承料套安装管(1)同轴套设在所述柔性承料套(2)的外表,用于将柔性承料套(2)临时固定在土体中,所述柔性承料套(2)内部填充有辅料(3),所述辅料(3)用于辅助柔性承料套(2)在土体中的支撑和变形;
所述辅料(3)包括支撑骨料(31)和高强速凝注浆料(32),所述支撑骨料(31)用于支撑土体中的柔性承料套(2),将柔性承料套(2)形成埋置于土体中的线形柔性条状物,并随土体的变形而自由变形;所述高强速凝注浆料(32)用于注入支撑骨料(31)中将支撑骨料(31)固结,从而将柔性承料套(2)形成刚性条状物,当土体移除时,形成刚性条状物的柔性承料套(2)不会发生变形;
所述柔性承料套(2)包括线形柔性防渗套(21)和锚定球(22),所述线形柔性防渗套(21)一端开口作为开放端用于装载辅料(3),另一端与锚定球(22)密封连接,所述锚定球(22)用于固定埋置在土体中的线形柔性防渗套(21);
所述支撑骨料(31)为粒径在80目至100目之间的砂粒,所述高强速凝注浆料(32)为环氧树脂类注浆料。
2.如权利要求1所述的岩土及地下工程模型试验脉管式地中位移测试装置,其特征在于,所述承料套安装管(1)包括刚性安装管(11)和临时固定帽(12),所述刚性安装管(11)内套有所述柔性承料套(2),所述临时固定帽(12)设有与刚性安装管(11)相对应的插孔,所述临时固定帽(12)插在刚性安装管(11)的顶端,用于柔性承料套(2)开放端穿过并对所述柔性承料套(2)的开放端临时固定。
3.如权利要求2所述的岩土及地下工程模型试验脉管式地中位移测试装置,其特征在于,所述临时固定帽(12)包括帽体(121)、卡扣(122)和弹簧(123),所述帽体(121)还设有与插孔相对应的伸出孔用于线形柔性防渗套(21)开放端伸出,所述卡扣(122)和弹簧(123)组成束紧结构设在帽体(121)上方且与帽体(121)上的伸出孔相对应,当线形柔性防渗套(21)完成装料后,通过挤压卡扣(122)将线形柔性防渗套(21)开放端束紧防止支撑骨料(31)溢出。
4.如权利要求1或2所述的岩土及地下工程模型试验脉管式地中位移测试装置,其特征在于,所述锚定球(22)上设有用于限制刚性安装管(11)滑动的空心筒(221),所述线形柔性防渗套(21)在注浆后形成的刚性条状物直径控制在5mm内。
5.如权利要求3所述的岩土及地下工程模型试验脉管式地中位移测试装置,其特征在于,所述帽体(121)上设有向两侧凸起的卡块(1211)和带有贯穿孔的固定块(1212),所述卡扣(122)包括卡杆(1221)和设在卡杆(1221)端部的U型卡槽(1222),所述U型卡槽(1222)卡入向两侧凸起的卡块(1211)中,同时卡杆(1221)从带有贯穿孔的固定块(1212)穿出,所述弹簧(123)套在卡杆(1221)上,并夹持于U型卡槽(1222)和固定块(1212)之间,通过所述弹簧(123)的回复力实现U型卡槽(1222)与卡块(1211)对线形柔性防渗套(21)的夹紧与松开。
6.一种岩土及地下工程模型试验脉管式地中位移测试方法,其特征在于,包括如权利要求1所述的测试装置,所述测试方法包括以下步骤;
S1、向柔性承料套(2)填充支撑骨料(31);
S2、将柔性承料套(2)套在承料套安装管(1)中,然后将承料套安装管(1)埋置在测试土体中;
S3、取出承料套安装管(1),填充有支撑骨料(31)的柔性承料套(2)被单独留置于测试土体中;
S4、当完成模型试验后,在柔性承料套(2)在取出前,向柔性承料套(2)内注入高强速凝注浆料(32),至线形柔性防渗套(21)形成刚性条状物;
S5、将埋置在土体中的线形柔性防渗套(21)挖出,通过线形柔性防渗套(21)的变形分析测试土体的位移变化。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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