本发明专利技术公开了一种对穿越溶洞的桩基进行加载试验的装置及其制备方法，其优点在于洞顶岩体和承桩岩体相互扣合且被承台岩体二次浇注完全包裹，模拟出了完全封闭的溶洞结构；构成岩体模型的承桩岩体、洞顶岩体、后浇固桩层和承台岩体都由同样的岩层相似材料所制成，整体性更好，溶洞一圈轮廓的材料的力学性能一致；承台岩体向下从四围完全包裹住承桩岩体的全部，使得承桩岩体顶面的抗剪效能好，进一步提高岩体模型整体性，降低二次浇注的不利影响；综上，本申请更加真实的模拟了桩基在岩溶强发育区情况，还原度高，因而加载多种负荷后测得的参数更为准确，更严谨的开展穿越溶洞型桩基室内模型试验研究，能够更好的指导岩溶地区桩基的设计和施工。区桩基的设计和施工。区桩基的设计和施工。
【技术实现步骤摘要】
对穿越溶洞的桩基进行加载试验的装置及其制备方法
[0001]本专利技术涉及桩基承载力学模型试验领域，尤其是涉及一种对穿越溶洞的桩基进行加载试验的装置及该装置的制备方法。
技术介绍
[0002]为研究桩基的力学性能，技术人员常采用室内模拟的方式。用pvc管、等比例缩小的混凝土柱、铝合金管等作为模型桩以模拟PC/PHC管桩、成孔灌注桩、钢管桩等多种桩体，模型桩桩体上不同深度设有应力片；用石英砂、滑石粉、膨润土等混合体构成土层相似材料来模拟土层，用石英砂、重晶石粉、石膏、水泥和水等以一定比例混合以构成岩层相似材料来模拟岩层；浇注岩层相似材料并将模型桩下段预埋在岩层相似材料内，以形成带模型桩的岩体模型，再用吊机将该岩体模型吊运至模型箱内，并向模型箱内的岩体模型上覆土层相似材料，从而建立桩体、土层和岩层的完整模型，并对模型桩桩体施加多种荷载，通过测量不同荷载模式下的模型桩桩体的竖向位移量、水平位移量、桩体不同深度测量点的应力应变值等参数，对桩基的工作机理和受力性能进行综合分析，为后续桩基的设计应用和实际施工提供依据。
[0003]而在岩溶强发育区进行桩基施工时，常会在岩层中遭遇到中空的溶洞，若溶洞顶板岩层承载力足够，则正常施工，但如果溶洞顶板不足承载桩基荷载时，桩基就必须向下穿越溶洞，并以溶洞下方的稳定岩层作为持力层。由于该桩基要穿越溶洞，其承载形式和破坏模式比桩体下部全部承载在普通岩层基础中更为复杂，因此，构建出穿越溶洞的桩基的模型，并对该模型进行室内加载模拟试验，对其施加各种荷载，采集各种荷载下不同高度的应力应变数据，从而建立数学模型并对其进行相应研究，明确穿越溶洞型桩基承载机理，可以更好的指导岩溶强发育区桩基的设计和施工，因此具有重大的工程意义和经济价值。
[0004]现有技术中，研发人员尝试了多种方式方法来模拟穿越溶洞的桩基以对其进行加载试验，但效果均不够理想。
[0005]其中一种室内模型的模拟溶洞采用隧道型，如公开号为CN214883927U的中国技术专利《模拟溶洞基桩受力变形的室内模型试验装置》中，先搭设四块侧板和底板，其中前后侧板间固定横向延伸的矩形模芯，再向四个侧板与底板之间的空间内浇筑混凝土（岩层相似材料），待其硬化拆除前后侧板后抽走横向的模芯，从而形成两头畅通的模拟溶洞。但该溶洞本质上是前后贯通的隧道，而非真正的溶洞，这种模型与真实工况的岩溶强发育区的四周完全封闭的溶洞力学性能、荷载分布、破坏模式均差别巨大，仿真度和还原度均低，获取的数据参考价值低，难以准确指导岩溶强发育区桩基的设计和施工。
[0006]另有一种室内模型的模拟溶洞采用盒体型，该室内模型包括中空木盒、贯穿木盒并与木盒固定的模型桩和包覆在木盒外围的由岩层相似材料浇筑而成的岩体模型，其思路为采用中空木盒构成空心的溶洞，将模型桩与木盒插接固定密封后外围浇筑岩层相似材料，但上述室内模型的木盒浇筑完成后不拿出来，滞留在岩体模型内部，所以，可以通俗的理解为，该室内模型的溶洞的分界面存在一层木板，与真实情况的完全中空的溶洞存在较
大的差异，从客观上来说，该桩基与木盒密封连接的结构本质上构建出的是带中空木模的异形桩，其力学性能、荷载分布、具体结构与岩层内完全中空的溶洞不一致，还原度低，获得数据参考性弱，与真实状况相去甚远，同样难以指导岩溶强发育区桩基设计和施工的实际应用。
[0007]还有一种室内模型的模拟溶洞采用流失型，该室内模型包括岩层相似材料浇筑而成的岩体模型及其内部设置的由相变材料流失后形成的溶洞，如申请号为CN202011358359.8的中国专利技术专利申请，就是以磁流变材料为相变材料，通电时施加磁场使其为固态，断电后变为液态流出，从而在岩体模型内形成中空的溶洞；当然，还有更通俗的方式，如浇注岩体模型时预埋冰块作为相变材料，待岩体模型硬化后，冰块融化成水流出，从而形成中空溶洞。上述方式均存在同一个极大的缺陷，即岩体模型硬化溶洞成型后液态的相变材料如何排出的问题，一般都是留孔排除水或磁流变液，但留孔孔径无论大小都有后患，若用于排放相变材料的孔过小的话，水或磁流变液很难排出，必然有相当一部分相变材料残留粘接在溶洞壁上难以清除，这样会破坏溶洞周边材料的单一性和整体性，导致溶洞周围一层材料与其它部位的岩层相似材料的密度、强度、粘度等力学性能不统一，与上述木盒滞留的情况相似，降低还原度；但若将排放相变材料的孔径做大，则又变成了前述隧道形溶洞的情况了，即便后期用一根圆柱体塞住排泄孔，但圆柱体和普通的岩体模型两者完全是相互独立毫不粘连的个体，根本就不是整体结构，其力学性能、荷载分布、破坏模式与真实状况相去甚远，还原度和参考价值低，亟待改进。
[0008]再者，制备好带穿越溶洞的桩基的岩体模型后，还需要将其吊运至一人高的模型箱内，并向箱体内的岩体模型上覆土层相似材料，从而建立桩体、土层和岩层的完整模型，以对其施加各种荷载，而试验完成后，则需要将模型箱土体刨出，再吊运出岩体模型，而岩体模型非常厚重，需要专业吊机才能吊运，故操作繁琐费力。
技术实现思路
[0009]本专利技术所要解决的一个技术问题是提供一种对穿越溶洞的桩基进行加载试验的装置，该装置的岩体模型内部模拟出的溶洞结构完全中空，更贴近真实状况，能更准确的模拟岩溶强发育区的岩体情况，以便于更好的开展穿越溶洞型桩基室内模型试验研究。
[0010]本专利技术的一种技术解决方案为：一种对穿越溶洞的桩基进行加载试验的装置，包括相互固定的模型桩与岩体模型，岩体模型的内部设有模拟溶洞，所述模型桩穿过模拟溶洞；岩体模型上覆土层相似材料；所述岩体模型包括由岩层相似材料制成的用于支承模型桩的承桩岩体和由岩层相似材料制成的洞顶岩体，以及由岩层相似材料浇筑而成的承台岩体；所述承桩岩体中部设有溶洞腔体，溶洞腔体的上部设有开口，溶洞腔体的底面设有嵌桩孔；所述洞顶岩体下凸的底部与溶洞腔体的开口相契合，所述洞顶岩体的中间设有穿桩孔，所述模型桩穿过穿桩孔，所述模型桩的下段插在嵌桩孔内，溶洞腔体的底面上浇注有一层由岩层相似材料构成的用于粘结模型桩下段与嵌桩孔孔壁的后浇固桩层，后浇固桩层、溶洞腔体侧壁和洞顶岩体底面共同构建出所述的模拟溶洞；承台岩体的横截面和高度大于承桩岩体的横截面和高度，承台岩体向下包裹住模型桩的中段、洞顶岩体和承桩岩体的顶面及四围。
[0011]本专利技术所要解决的另一个技术问题是提供一种上述对穿越溶洞桩基进行加载试
验的装置的制备方法，施工简便，且制备出的岩体模型其内部溶洞结构完全中空，更贴近真实状况，能更准确的模拟岩溶强发育区的地质情况，以便于更好的开展穿越溶洞型桩基室内模型试验研究。
[0012]本专利技术的另一个技术解决方案为：一种对穿越溶洞桩基进行加载试验的装置的制备方法，具体包括如下步骤：S1. 分别制备模型桩，以及由岩层相似材料模制而成的承桩岩体和洞顶岩体；S2. 将模型桩的底端插入承桩岩体的嵌桩孔内，在溶洞腔体的底面、模型桩的外围浇筑一层岩层相似材料，部分岩层相似材料流入模型桩与嵌桩孔孔壁之间的空隙中，待岩层相似材料凝结形成后浇固桩层时使模型桩下段通过后浇本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种对穿越溶洞的桩基进行加载试验的装置，包括相互固定的模型桩（1）与岩体模型（2），岩体模型（2）的内部设有模拟溶洞，所述模型桩（1）穿过模拟溶洞；岩体模型（2）上覆土层相似材料（5）；其特征在于，所述岩体模型（2）包括由岩层相似材料制成的用于支承模型桩（1）的承桩岩体（21）和由岩层相似材料制成的洞顶岩体（25），以及由岩层相似材料浇筑而成的承台岩体（26）；所述承桩岩体（21）中部设有溶洞腔体（22），溶洞腔体（22）的上部设有开口，溶洞腔体（22）的底面设有嵌桩孔（24）；所述洞顶岩体（25）下凸的底部与溶洞腔体（22）的开口相契合，所述洞顶岩体（25）的中间设有穿桩孔（25
‑
1），所述模型桩（1）穿过穿桩孔（25
‑
1），所述模型桩（1）的下段插在嵌桩孔（24）内，溶洞腔体（22）的底面上浇注有一层由岩层相似材料构成的用于粘结模型桩（1）下段与嵌桩孔（24）孔壁的后浇固桩层（23），后浇固桩层（23）、溶洞腔体（22）侧壁和洞顶岩体（25）底面共同构建出所述的模拟溶洞；承台岩体（26）的横截面和高度大于承桩岩体（21）的横截面和高度，承台岩体（26）向下包裹住模型桩（1）的中段、洞顶岩体（25）和承桩岩体（21）的顶面及四围。2.根据权利要求1所述的对穿越溶洞的桩基进行加载试验的装置，其特征在于：溶洞腔体（22）的开口设有渐收的下锥面（22
‑
1），洞顶岩体（25）下沿设有渐收的上锥面（25
‑
2），上锥面（25
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2）搁置在下锥面（22
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1）上且两个锥面间隙形成锥形环缝，且上锥面（25
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2）下端设有一圈封闭锥形环缝下口的檐台（25
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3）。...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜鹏，周德泉，刘晓玲，王创业，海军，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：
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