一种用于桩基承载实验的溶洞地质模型制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于桩基承载实验的溶洞地质模型制备方法，通过现场勘察和地质资料确定溶洞位置和形状；之后根据溶洞形状对导电线圈通电，制备溶洞芯模；之后在溶洞芯模外伸出的导电线圈和/或导线套上涂覆脱模剂的塑料管；选择相似材料浇注地质模型，在浇注过程中将溶洞芯模预埋在内，并安装实验数据收集装置和模拟桩基；待全部模型初凝并养护完毕，对溶洞芯模内导电线圈断电，磁场消失，磁流变材料恢复成流体，从塑料管流出，同时拉出导电线圈，之后拉出塑料管；采用相似材料制备填充圆柱填充在孔内，得到溶洞地质模型。本发明专利技术所用到的材料易得、成本较低，制备过程中操作简单，溶洞芯模溶解过程中对结构无损，所制得的溶洞地质模型模拟效果好。

【技术实现步骤摘要】
一种用于桩基承载实验的溶洞地质模型制备方法
本专利技术属于土木建筑工程领域，涉及一种模拟实验技术，具体涉及一种用于桩基承载实验的溶洞地质模型制备方法，可用于有溶洞研究需要的实验室、工地、学校等，提高溶洞的真实性，增强溶洞实验数据的准确性。
技术介绍
目前存在的溶洞塑造方法主要有内部填充泡沫再用酒精浸泡或者注入酒精或内部放置冰块融化，此方法具有以下缺点：(1)内部塑造溶洞情况不明，不能准确判断泡沫溶解情况也难以观察溶洞形成效果。(2)泡沫相对模拟的岩层强度很低，在浇筑的过程中很容易发生破坏，影响最终形成效果。(3)使用酒精透过开孔溶解泡沫，往往需要通过压缩机保持内部酒精流动，难以保持稳定溶解。(4)在浸泡的过程中模拟的岩层会和酒精发生水化反应，影响最后实验数据的准确性。(5)用泡沫进行填充，在其软化的过程中容易造成溶剂流通管堵孔。(6)用泡沫进行溶洞模拟时由于泡沫中间有缝隙，导致模拟岩层的浆液因为自重流入缝隙之中，模拟出来的溶洞和实际差距较大。(7)注入酒精法最后模具难以拆除，因模具具有一定强度，最终影响实验效果。磁流变材料是一种新型的功能材料，它会随着外部磁场的增大从液态逐渐转为固态。能在强磁场的作用下变得坚固。现今这种材料常常被运用于减震器、刹车器和阻尼器中，然而现有技术中还没有将该材料用于土建领域，如果能通过将此材料运用于溶洞模拟上，将解决上述问题，提供一种实用性较强的方案。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了针对上述问题而提出的一种新型模型实验溶洞的制备方法，解决现有技术中不能很好模拟溶洞地质环境的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种用于桩基承载实验的溶洞地质模型制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、通过现场勘察和地质资料，根据现场工程情况确定溶洞位置和形状；步骤2、根据溶洞形状制作模具，将磁流变材料和导电线圈放入模具内，对导电线圈通电，产生磁场，使得磁流变材料固化成型，拆除模具，得到溶洞芯模；步骤3、在溶洞芯模外伸出的导电线圈和/或导线套上塑料管，在塑料管外涂覆脱模剂；步骤4、根据地质资料选择相似材料浇注地质模型，制作用于浇注地质模型的模型箱，在模型箱内底部浇注底层模拟低风化岩层，并根据现场工程溶洞位置将溶洞芯模安装在相应的位置，塑料管的长度至少从溶洞芯模延伸到模型箱边缘或者模型箱外；步骤5、待底层模拟低风化岩层初凝后，在其上浇注中层模拟中风化岩层，并安装实验数据收集装置；步骤6、在中层模拟中风化岩层初凝后，在其上浇注上层模拟高风化岩层，并将模拟桩基安放在实际工程中的对应位置；步骤7、待全部模型初凝并养护完毕，对溶洞芯模内导电线圈断电，磁场消失，磁流变材料恢复成流体，从塑料管流出，同时拉出导电线圈，待磁流变材料完全流出后，拉出塑料管；步骤8、采用步骤4中的相似材料制备与塑料管同尺寸的填充圆柱，将填充圆柱填补入拉出塑料管后的孔内，完成溶洞地质模型制备。进一步地，所述溶洞芯模在底层模拟低风化岩层初凝前安装，底层模拟低风化岩层初凝后起到对溶洞芯模固定定位作用。进一步地，所述导电线圈为细丝线圈。进一步地，步骤5中，所述实验数据收集装置包括土压力盒和应变计，所述土压力盒和应变计在中层模拟中风化岩层初凝前通过外力安装在所需测量位置。进一步地，步骤6中，所述模拟桩基在上层模拟高风化岩层初凝前通过外力安装在相应位置。进一步地，在步骤5中浇注中层模拟中风化岩层时，通过调压器增大导电线圈两端电压，提高磁场强调，从而提高溶洞芯模的强度。进一步地，步骤2中，所述溶洞芯模在降低导电线圈电压的情况下能通过绝缘手套重新塑形。进一步地，步骤8中，在导电线圈断电后，采用强磁铁在塑料管口处吸附，加速磁流变材料流出。进一步地，步骤2和步骤3中，制作多个溶洞芯模，将多个溶洞芯模的导电线圈串联起来或者多个溶洞芯模的导电线圈采用一根导电丝绕制而成。本专利技术工作原理为：首先在模型箱中浇筑底层模拟低风化岩层，浇筑完毕在其未初凝时将通电后的磁流变液材料和塑料小管放入模拟溶洞位置。待底层模拟低风化岩层初凝后，进行布置土压力盒、光纤等数据收集装置。然后再进行中层模拟中风化岩层浇筑，待到模拟中风化岩层初凝后进行上层模拟低风化岩层浇筑。待全部模型养护好后，将磁流变液材料内的电圈线断电，去除其强度，进而使溶洞成型。在使用强电磁材料将磁流体吸出模型。最后使用预制的同材料孔径的模型将开孔堵上。本专利技术有益效果是：(一)磁流变材料能通过磁场强弱调整固液状态，在初凝之前通过升高电压来保证磁流变材料强度不会被上层土体自重破坏，等待模型初步凝固，降低电压使磁流变材料转为液体，不存在发生水化反应影响实验精度，保证了实验的准确可靠。(二)本专利技术还可以模拟串珠式溶洞，超大型溶洞等多种溶洞，比泡沫模拟出来的溶洞，更平滑，更加贴合实际。(三)本专利技术十分灵活，利用磁流变材料在一定磁场下可达到失去流动性又有良好塑造效果的泥巴状的特性，可根据现场施工和实验需要，使用绝缘材料覆盖双手直接对溶洞芯模进行塑性调整操作，免去预制模具或裁剪泡沫所耗费的金钱和时间。(四)和现阶段模型实验相比，可以使溶洞成型更加平滑，同时没有酒精融化泡沫、冰块融化等方法产生的水化效应，使得模型的误差较小，整体模型凝固后将电圈断电，磁流变材料便会恢复到液态，去除其刚度，此时模型内的溶洞成型，因运用磁流变材料在不同磁场下刚度不同得特性，可以起到模型塑造速度快、效果稳定、贴合实际特点。本专利技术所使用到的材料易得、成本较低，即使是磁流变材料也大量运用于阻尼器、工业制造当中。(五)本专利技术通过塑料管结合强磁铁将磁流变材料基本可以完全排除，基本消除了液体对溶洞可能造成的影响。(六)解决了之前技术中塑造溶洞材料难去除的难题，提高了实验精度。(七磁流体材料非常稳定，与岩层发生反应的速度很慢，在浇筑完到初凝的这段时间不会过多的影响模型箱的精度。(八)磁流变液材料主要由镍，Fe3O4等材料构成，性质稳定，极大的缩减了塑造材料和岩层产生的水化效应。同时之后可用预制岩层模型将开孔堵住，使整个模型不产生结构效应。整个施工方法可以起到排出塑造溶洞材料，不破坏模型强度，提高实验精度的效果。附图说明图1为本专利技术实施例中溶洞芯模制备过程示意图(磁流变材料处于液态)。图2为本专利技术实施例中溶洞芯模结构示意图(磁流变材料处于固态)。图3为本专利技术实施例中浇注底层模拟低风化岩层后溶洞芯模安装示意图。图4为本专利技术实施例中溶洞芯模与调压器相连示意图。图5为本专利技术实施例中浇注中层模拟中风化岩层示意图。图6为本专利技术实施例中浇注上层模拟高风化岩层示意图。图7为本专利技术实施例中安装模拟桩基示意图。图8为本专利技术实施例中溶洞地质模型浇注完成示意图。图9为本专利技术实施例中导电线圈断电，利用强磁铁吸出磁流变材料示意图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于桩基承载实验的溶洞地质模型制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、通过现场勘察和地质资料，根据现场工程情况确定溶洞位置和形状；/n步骤2、根据溶洞形状制作模具，将磁流变材料和导电线圈放入模具内，对导电线圈通电，产生磁场，使得磁流变材料固化成型，拆除模具，得到溶洞芯模；/n步骤3、在溶洞芯模外伸出的导电线圈和/或导线套上塑料管，在塑料管外涂覆脱模剂；/n步骤4、根据地质资料选择相似材料浇注地质模型，制作用于浇注地质模型的模型箱，在模型箱内底部浇注底层模拟低风化岩层，并根据现场工程溶洞位置将溶洞芯模安装在相应的位置，塑料管的长度至少从溶洞芯模延伸到模型箱边缘或者模型箱外；/n步骤5、待底层模拟低风化岩层初凝后，在其上浇注中层模拟中风化岩层，并安装实验数据收集装置；/n步骤6、在中层模拟中风化岩层初凝后，在其上浇注上层模拟高风化岩层，并将模拟桩基安放在实际工程中的对应位置；/n步骤7、待全部模型初凝并养护完毕，对溶洞芯模内导电线圈断电，磁场消失，磁流变材料恢复成流体，从塑料管流出，同时拉出导电线圈，待磁流变材料完全流出后，拉出塑料管；/n步骤8、采用步骤4中的相似材料制备与塑料管同尺寸的填充圆柱，将填充圆柱填补入拉出塑料管后的孔内，完成溶洞地质模型制备。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于桩基承载实验的溶洞地质模型制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、通过现场勘察和地质资料，根据现场工程情况确定溶洞位置和形状；
步骤2、根据溶洞形状制作模具，将磁流变材料和导电线圈放入模具内，对导电线圈通电，产生磁场，使得磁流变材料固化成型，拆除模具，得到溶洞芯模；
步骤3、在溶洞芯模外伸出的导电线圈和/或导线套上塑料管，在塑料管外涂覆脱模剂；
步骤4、根据地质资料选择相似材料浇注地质模型，制作用于浇注地质模型的模型箱，在模型箱内底部浇注底层模拟低风化岩层，并根据现场工程溶洞位置将溶洞芯模安装在相应的位置，塑料管的长度至少从溶洞芯模延伸到模型箱边缘或者模型箱外；
步骤5、待底层模拟低风化岩层初凝后，在其上浇注中层模拟中风化岩层，并安装实验数据收集装置；
步骤6、在中层模拟中风化岩层初凝后，在其上浇注上层模拟高风化岩层，并将模拟桩基安放在实际工程中的对应位置；
步骤7、待全部模型初凝并养护完毕，对溶洞芯模内导电线圈断电，磁场消失，磁流变材料恢复成流体，从塑料管流出，同时拉出导电线圈，待磁流变材料完全流出后，拉出塑料管；
步骤8、采用步骤4中的相似材料制备与塑料管同尺寸的填充圆柱，将填充圆柱填补入拉出塑料管后的孔内，完成溶洞地质模型制备。


2.如权利要求1所述溶洞地质模型制备方法，其特征在于：所述溶洞芯模在底层模拟低风化岩层...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖衡林，李晨旭，刘永莉，李丽华，薛田甜，刘志杰，徐静，陈智，郭斌，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42