一种采动区地表沉陷单桩静载荷模型试验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种采动区地表沉陷单桩静载荷模型试验装置，它包括一个周面至少前面是透明的模型槽，槽底作为承压板，在槽底上设有漏砂孔，槽底下面放置有挡孔板用于挡住漏砂孔，挡孔板用支撑柱进行支撑；模型槽中从底向上依次铺有砂土层、聚乙烯薄膜和黏土层，黏土层中预埋有模型桩，模型桩底部和周围预埋有土压力盒，的桩体上设有应变片，模顶设有加载装置，土压力盒和应变片连接在模型槽以外的数据采集仪上；在模型桩和黏土层的顶部分别设有百分表。利用本实用新型专利技术试验装置法可以比较精确地模拟多种采动区地表土体移动变形规律，可以模拟多种地质条件下的采动区地表变形过程，以及不同曲率变化过程。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于建筑领域的试验方法，特别涉及一种采动区地表沉陷试验方法。
技术介绍
由于建筑下采煤的迅速发展，导致采动区地表土体沉陷，地基承载力产生不同程度的变化，对于采动影响范围内的建筑物造成了巨大的损害，如采动区铁路、桥梁等基础都会受到不同程度的影响。地下煤层开采后，土体内部原有的力学平衡状态被改变，上覆岩层将产生不同程度的变形和破坏；当地下煤层开采面积达到一定范围之后，岩层移动和变形将扩展到地表，使得地表土体产生水平和竖向移动变形。地表土体沉陷对于开采影响范围内的建筑物桩基产生附加内力和变形，建筑物桩基和桩周土产生向下的位移，可能会产生桩侧负摩阻力，造成桩基承载性能降低，建筑物随桩基产生不均匀沉降，乃至开裂，危及人身财产安全。模型试验作为桩基承载特性分析的常用的研究手段，对于采动区桩基承载特性的研究具有非常重要的工程意义。然而，在本技术之前，对采动区地表沉陷过程中桩基承载特性的研究方法一般都是通过千斤顶升降的方式来模拟采动区地表沉陷规律，这种方法无法精确地模拟采动区地表沉陷过程中桩基的沉降特性，不具有连续性，而且通过杠杆或者液压千斤顶对桩顶的加载方式有着一定的局限性，不能一直保证桩基在移动过程中垂直受荷。申请人曾经申请了一种采动区桩基承载力透明土模型试验装置及试验方法，申请号2016100679543，该申请主要是通过漏砂法模拟因煤矿开采引起采动塌陷，从而模拟采动区地表土体沉陷过程，但是它只能定性反映采动引起的地表土体移动对桩基的影响，无法定量精确地模拟多种采动区地表土体移动变形规律；而且，该装置只能模拟地表负曲率沉降，无法进行正曲率沉降规律的模拟；另外，由于透明土只能模拟砂土，该装置也无法进行多种地质条件下的桩基沉降特性模型试验。因此，在本技术以前并没有可以很精确地模拟采动区地表沉陷过程中桩基的沉降特性的模型试验装置及其试验方法。
技术实现思路
为了克服现有地表沉陷模拟试验无法精确模拟采动区地表沉陷过程中桩基的沉降特性，本技术提出一种采动区地表沉陷单桩静载荷模型试验装置，该装置能实现不同情况下的多种地表沉降规律的模拟，包括地表正负曲率沉陷规律模拟，正曲率到负曲率过程中的模拟；而且可以随时停止沉陷，以便观察试验现象。本技术采用以下技术方案实现：一种采动区地表沉陷单桩静载荷模型试验装置，该试验装置包括一个带支撑腿的模型槽，模型槽的周面至少前面是透明的，模型槽的槽底作为承压板，在槽底上设有若干规则排列的漏砂孔，槽底下面放置有挡孔板用于挡住漏砂孔，挡孔板用若干支撑柱进行支撑；模型槽中从底向上依次铺有砂土层和黏土层，砂土层和黏土层之间用聚乙烯薄膜隔开；黏土层中预埋有周面为粗糙面的模型桩，模型桩的底部和周围预埋有土压力盒，模型桩的桩体上设有应变片，模型桩的顶部设有加载装置，土压力盒和应变片连接在模型槽以外的数据采集仪上；在模型桩和黏土层的顶部分别设有百分表，用于分别测量模型桩和黏土层的位移量；为了方便操作，上述的挡孔板设置有多块，多块组合在一起放置在槽底，挡孔板的布置量根据预试验的地表沉降曲线而定，保证漏砂时使砂土层和黏土层之间的聚乙烯薄膜符合曲线的形状。挡孔板的材料应保证既有硬度又可以卷曲，比如家用的凉席材料。为了便于拆卸，上述的模型槽是分体式，即在一个无底槽体底部设有承压板，承压板上设有规则排列的漏砂孔。上述模型槽的无底槽体优选由钢化玻璃材料制成。上述的加载装置优选是在模型桩顶部设有横担，通过插梢把横担和模型桩连接在一起，横担上设有托盘，砝码放置在托盘里。上述的粗糙面模型桩可在PVC管周面粘结上砂粒制成。上述的模型槽内壁面为滑动面，滑动面是在模型槽内壁面涂抹润滑油形成。上述采动区地表沉陷单桩静载荷模型试验装置的试验方法如下:第一步，在模型槽正面上描绘预试验的地表沉降曲线；第二步，制作模型桩，要求桩体直径为模型槽宽度的十分之一；桩顶高度超过模型槽高度，模型桩周面为粗糙面；第三步，在模型桩的桩体上粘贴应变片，对模型槽内壁面涂抹润滑油使之成为滑动面；第四步，根据地表沉降曲线确定挡孔板数量，将地表沉降曲线按照谷峰和谷底进行划段，要求相邻的谷峰和谷底对应一块挡孔板，然后在装置底座上排列布置挡孔板，支撑柱对挡孔板进行支撑，使之紧贴承压板，多块挡孔板组合在一起形成一个整体；当模型槽是分体式时，首先将承压板放置支撑柱上，再将无底槽体放置在承压板上，使承压板成为模型槽的槽底，随后放置挡孔板和支撑柱；第五步，向模型槽依次铺设砂土层和黏土层，砂土层和黏土层之间用聚乙烯薄膜隔开；要求砂土层铺设高度大于描绘预试验的地表沉降曲线高度；在铺设黏土层时预埋上模型桩，模型桩的底部和周围预埋上土压力盒；第六步，填埋土之后，静置3-5天使土体固结；第七步，土层固结稳定之后，在模型桩的顶部安装加载装置；将土压力盒和应变片连接在模型槽以外的数据采集仪上；在模型桩顶部和黏土层表面安装百分表，用于测量模型桩和黏土层的位移量；第八步，对模型桩进行分级加载，每级加载4-6kg，共分四次加载，中间间隔半个小时；加载过程中数据采集仪记录桩身应变和桩周土压力，百分表显示模型桩及黏土表层的位移量；第九步，加载完成之后，待桩土相对稳定(即数据采集仪上桩身应变和桩周土压力波动较小，百分表读数不变)后，进行地表采动模拟，按照沉降曲线图进行漏砂沉降：首先撤离第一段沉降曲线对应的挡孔板下面的支撑柱，抽出挡孔板露出漏砂孔进行漏砂，在漏砂过程中，注意不同点的漏砂速度，使砂土层和黏土层之间的聚乙烯薄膜达到描绘预试验的地表沉降曲线位置；沉降过程中数据采集仪记录桩身应变和桩周土压力，百分表显示模型桩及黏土层的位移量；第十步，按照第九步进行步骤继续进行地表沉降模拟下一道沉降曲线图，直至所有每曲线模拟完成；每次沉降间隔为一小时；第十一步，使用origin软件对采集到的数据进行处理。进一步，在第二步制作粗糙面的模型桩时，可在PVC管周面粘结上砂粒制成。进一步，在第八步对模型桩进行分级加载中，使用砝码加载。进一步，在第五步向模型槽内铺设砂土层时，采用常规的“砂雨法”进行平铺。进一步，在第五步向模型槽内铺设黏土层时，采用干密度法控制土体均质性。本技术的优点是：本技术提出的采动区地表沉陷单桩静载荷模型试验装置及试验方法可以比较精确地模拟多种采动区地表土体移动变形规律，可以模拟多种地质条件下的采动区地表变形过程，以及不同曲率变化过程，包括地表正、负曲率变化的模拟，正曲率到负曲率变化的模拟；可以观测采动地表沉陷过程中土体的移动变形情况，可以监测模型桩和桩周土体的位移变化情况；该模型装置的加载方式采用砝码加载，可以保证土体沉陷过程中对模型桩的竖向恒压加载；装置尺寸小，试验准备时间短，提高了科研效率。而以上优点中，普通的单桩静载荷模型试验难以进行采动地表移动变形规律的模拟，采动模拟试装置的土层中无法埋设模型桩。下面结合附图对本技术的具体实施方式进行详细描述。附图说明图1为本技术试验装置示意图；图2为模型桩结构示意图；图3为加载装置示意图；图4为“砂雨法”填砂示意图。图中，1-模型槽，2-支撑柱，3-承压板，4-砂土层，5-聚乙烯薄膜，6-加载装置，7-土压力盒，8-应变片，9-百分表，10-模型桩，11-挡孔板，12-漏砂孔，13-漏斗，14-地表沉降本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采动区地表沉陷单桩静载荷模型试验装置，其特征在于，它包括一个带支撑腿的模型槽，模型槽的周面至少前面是透明的，模型槽的槽底作为承压板，在槽底上设有若干规则排列的漏砂孔，槽底下面放置有挡孔板用于挡住漏砂孔，挡孔板用若干支撑柱进行支撑；模型槽中从底向上依次铺有砂土层和黏土层，砂土层和黏土层之间用聚乙烯薄膜隔开；黏土层中预埋有周面为粗糙面的模型桩，模型桩的底部和周围预埋有土压力盒，模型桩的桩体上设有应变片，模型桩的顶部设有加载装置，土压力盒和应变片连接在模型槽以外的数据采集仪上；在模型桩和黏土层的顶部分别设有百分表，用于分别测量模型桩和黏土层的位移量。

【技术特征摘要】
2016.06.28 CN 20161050312361.一种采动区地表沉陷单桩静载荷模型试验装置，其特征在于，它包括一个带支撑腿的模型槽，模型槽的周面至少前面是透明的，模型槽的槽底作为承压板，在槽底上设有若干规则排列的漏砂孔，槽底下面放置有挡孔板用于挡住漏砂孔，挡孔板用若干支撑柱进行支撑；模型槽中从底向上依次铺有砂土层和黏土层，砂土层和黏土层之间用聚乙烯薄膜隔开；黏土层中预埋有周面为粗糙面的模型桩，模型桩的底部和周围预埋有土压力盒，模型桩的桩体上设有应变片，模型桩的顶部设有加载装置，土压力盒和应变片连接在模型槽以外的数据采集仪上；在模型桩和黏土层的顶部分别设有百分表，用于分别测量模型桩和黏土层的位移量。2.如权利要求1所述的采动区地表沉陷单桩静载荷模型试验装置，其特征在于，所述的挡孔板设置有多块，多块组合在一起放置在槽底，挡孔板的布置量根据预试验的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张敏霞，徐平，高帅，李壮文，闫芙蓉，崔文杰，牛月君，张素菊，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：新型
国别省市：河南;41