浆固碎石水泥土搅拌组合桩模型试验装置及试验方法
【专利摘要】本发明公开了一种可视化浆固碎石水泥土搅拌组合桩模型试验装置及试验方法，其特征是它包括透明模型槽，透明模型槽内设有浆固碎石水泥土搅拌组合桩、模拟桩周土的透明土；透明模型槽上方设有安装在支架上包括钻机、钻杆、钻头的钻孔机构；透明模型槽外一侧设有激光源，透明模型槽外的正视面、俯视面设有可观察透明模型槽空间的数码相机，数码相机通过数据线与处理装置联接；本发明试验装置操作简便，可重复性强；配制的透明土与天然土土体性质的相似性好；试验方法可以可视化观测与测量不同桩周土体特性、钻头旋转半径、组合桩桩径和桩长情况下的浆固碎石水泥土搅拌组合桩的桩—土相互作用机理，可用来探索指导水泥土搅拌桩的设计与施工。
【专利说明】浆固碎石水泥土搅拌组合粧模型试验装置及试验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种建筑桩基础的模型试验，具体地说是一种浆固碎石水泥土搅拌组合桩模型试验装置及试验方法，特别是涉及一种可视化浆固碎石水泥土搅拌组合桩模型试验装置及试验方法。
【背景技术】
[0002]桩一土接触面的性质，直接影响桩侧摩阻力的发挥，桩侧摩阻力的大小也是直接影响软土地基中基桩承载力的决定性因素。水泥土搅拌桩由于其桩一土接触面好、施工便捷等技术优势，在工程界得到广泛应用；但是，水泥土搅拌桩整体承载力相对较低影响了其在很多方面的应用。因此，如何提高水泥土搅拌桩的整体承载力，成为工程界广泛关注的热点问题之一。
[0003]在岩土工程方面的模型试验中，研究土体内部变形规律和机理，对探索岩土工程问题本质具有重要意义。传统的土体变形测量方法是在土体内部埋设一系列传感器，得到某些离散点的位移，但是传感器容易受外界环境扰动的影响，测量结果往往不够准确，同时不能给出土体内部连续变形的整个位移场。现代数字图像技术也只局限于测量土体的宏观或边界变形，不能实现对土体内部变形的可视化。利用X-射线、Y-射线、计算机层析扫描(CAT扫描)及磁共振成像技术(MRI)虽然可以用来测量土体内部的连续变形，但昂贵的费用限制了这些技术的广泛应用。
[0004]全氟环状聚合物，英文名为Cytop，产品形状不规则，由日本旭硝子公司(网址http://www.agcce.eu.com/Cytop.asp)研发和生产,其折射率为1.34,透光率为95 % ,容重为2.03g/ cm 3，吸水性< 0.01 %，线膨胀系数7.4X 10?5 cm / cm /°C。主要应用于半导体制造中的保护膜涂料，通讯光纤等方面。
[0005]冰晶石(Cryolite)是一种矿物，化学名为六氟铝酸钠(Na3AlF6),单斜晶系，柱状晶体或块状体，无气味，易吸水受潮，熔点1009°C，摩氏硬度2.5，密度2.97 g /cm3?3.0g/cm3，折射率1.338?1.339，双折射率0.001，正光性，色散值0.024，玻璃光泽至油脂光泽，透明，无色、白色、褐色或红色，产于侵入片麻岩的花岗岩及伟晶岩脉中，主要产地为格陵兰，可用氢氟酸法、氟硅酸法、碳酸化法等方法人工合成。主要用作铝电解的助熔剂；也用作研磨产品的耐磨添加剂，可以有效提高砂轮耐磨，切，削力，延长砂轮使用寿命和存储时间；铁合金及沸腾钢的熔剂，有色金属熔剂，铸造的脱氧剂，链烯烃聚合催化剂，以及用于玻璃抗反射涂层，搪瓷的乳化剂，玻璃的乳白剂，焊材的助熔剂陶瓷业的填充剂，农药的杀虫剂等行业企业。
[0006]氟化钙，化学式为CaF2，俗称萤石或氟石，透明度高，无色结晶或白色粉末，难溶于水，微溶于无机酸，熔点1402°C，沸点2497°C，折射率为1.434，密度3.18g/cm3。可用碳酸钙或氢氧化钙用氢氟酸溶解，将所得溶液浓缩，或向钙盐水溶液中加入氟离子，得到氟化钙的胶状沉淀，经精制可得。实验室一般用碳酸钙与氢氟酸作用或用浓盐酸和氢氟酸反复处理萤石粉来制备氟化钙。主要用于冶金、化工和建材三大行业，其次用于轻工、光学、雕刻和国防工业。
[0007]由于全氟环状聚合物颗粒、冰晶石颗粒、氟化钙颗粒具有高透明度，高透光率、低折射率等特点，且其颗粒物理力学性质与天然土颗粒的物理力学性质相似，因此，可以在配制透明土中用作透明固体材料。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供一种可视化浆固碎石水泥土搅拌组合桩模型试验装置及试验方法，以可视化观测与测量不同桩周土体特性、钻头旋转半径、组合桩桩径和桩长情况下的浆固碎石水泥土搅拌组合桩的桩一土相互作用机理。
[0009]本发明是采用如下技术方案实现其发明目的的，一种浆固碎石水泥土搅拌组合桩模型试验装置，它包括透明模型槽，透明模型槽内设有浆固碎石水泥土搅拌组合桩、模拟桩周土的透明土 ；透明模型槽上方设有安装在支架上包括钻机、钻杆、钻头的钻孔机构；透明模型槽外一侧设有激光源，透明模型槽外的正视面、俯视面设有可观察透明模型槽空间的数码相机，数码相机通过数据线与处理装置联接；激光照射透明模型槽形成透明模型槽的竖向面或水平面的激光切面，由数码相机记录桩周土体散斑场变化及连续变形特征，分析不同桩周土体、钻头旋转半径、组合桩桩径和桩长情况下的浆固碎石水泥土搅拌组合桩的桩一土相互作用机理，完成整体浆固碎石水泥土搅拌组合桩的模型试验。
[0010]本发明所述的透明模型槽由透明有机玻璃制成，所述的钻杆、钻头由透明钢化玻璃制成。 [0011]当需制得模拟饱和砂土的透明土时，本发明所述透明土它由全氟环状聚合物与相同折射率的无色孔隙液体经备料、混配、抽真空步骤配制而成，所述全氟环状聚合物为粒径
0.25IM~2.0 mm的颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.34，密度2.03g/ cm3，透光率95 %，吸水性< 0.01 % ;所述透明土的物理特性为:密度1.53 g/ cm 3~2.0g/ cm 3，重度15kN/m3~20kN/m3，密实度20 %~80 % ;力学特性为:内摩擦角30。~31。，弹性模量8MPa~50MPa，泊松比0.2~0.45 ;所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种。
[0012]本发明所述的全氟环状聚合物颗粒0.25111111<粒径<0.5111111的为10 %~50 % , 0.5mm≤粒径< 1.0 mm的为10 %~50 % , 1.0 mm≤粒径< 1.5mm的为10 %~50 % , 1.5mm≤粒径≤2.0 mm的为10 %~50 %，以重量计,合计为100 %。
[0013]当需制得模拟饱和黏土的透明土时，本发明所述透明土它由全氟环状聚合物与相同折射率的无色孔隙液体经备料、混配、抽真空、固结步骤配制而成，所述全氟环状聚合物为粒径< 0.074 mm的颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.34，密度2.03g/ cm 3，透光率95%，吸水性< 0.01 % ;所述透明土的物理特性为:密度1.63g/ cm 3~2.0g/ cm 3，重度16kN/m3~20kN/m3，固结度OCR值0.8~3 ;力学特性为:凝聚力IkPa~3kPa，内摩擦角19。~22°，弹性模量5MPa~9MPa，泊松比0.20~0.35 ;所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种。
[0014]当需制得模拟饱和砂土的透明土时，本发明所述透明土它由冰晶石与相同折射率的无色孔隙液体经备料、混配、抽真空步骤配制而成，所述冰晶石为粒径0.25 IM~2.0 mm的颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.338~1.339，密度2.97g/ cm 3~3.0g/ cm 3 ;所述透明土的物理特性为:密度1.98g/ cm 3~2.5g/ cm 3，重度19kN/m3~25kN/m3，密实度20 %~80 % ;力学特性为:内摩擦角34°~35°，弹性模量12MPa~71MPa，泊松比0.2~0.45 ;所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种。
[0015]本发明所述的冰晶石颗粒0.25mm<粒径<0.5 mm的为10 %~50 %，0.5mm<粒径
<1.0 mm的为10 %~50 %，1.0 mm≤粒径< 1.5腿的为10 %~50 %，1.5 mm≤粒径≤2.0mm的为10 %~50 %，以重量计，合计为100 %。
[0016]当需制得模拟饱和黏土的透明土时，本发明所述透明土它由冰晶石与相同折射率的无色孔隙液体经备料、混配、抽真空、固结步骤配制而成，所述冰晶石为粒径< 0.074 mm的颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.338~1.339，密度2.97 g/ cm 3~3.0g/ cm 3 ;所述透明土的物理特性为:密度1.98g/ cm 3~2.5g/ cm 3，重度20kN/m3~26kN/m3，固结度OCR值0.8~3 ;力学特性为:凝聚力IkPa~3kPa，内摩擦角22°~26°，弹性模量5MPa~9MPa，泊松比0.20~0.35 ;所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种。
[0017]当需制得模拟饱和砂土的透明土时，本发明所述透明土它由氟化钙与相同折射率的无色孔隙液体经备料、混配、抽真空步骤配制而成，所述氟化钙为粒径0.25 IM~2.0 mm的颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.434，密度3.18g/ cm 3 ;所述透明土的物理特性为:密度1.98g/ cm 3~2.5g/ cm 3，重度19kN/m3~25kN/m3，密实度20 %~80 % ;力学特性为:内摩擦角34。~35。，弹性模量12MPa~7IMPa,泊松比0.2~0.45 ;所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或溴化钙溶液中的一种。
[0018]本发明所述的氟化钙颗粒0.25mm<粒径<0.5mm的为10 %~50 %，0.5mm<粒径
<1.0 mm的为10 %~50 %，1.0 mm≤粒径< 1.5腿的为10 %~50 %，1.5 mm≤粒径≤2.0mm的为10 %~50 % ,以重量计，合计为100 % ；
当需制得模拟饱和黏土的透明土时，本发明所述透明土它由氟化钙与相同折射率的无色孔隙液体经备料、混配、抽真空、固结步骤配制而成，所述氟化钙为粒径< 0.074 mm的颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.434，密度3.18g/ cm 3 ;所述透明土的物理特性为:密度1.98g/ cm 3~2.5g/ cm 3，重度20kN/m3~26kN/m3，固结度OCR值0.8~3 ;力学特性为:凝聚力I kPa~3kPa，内摩擦角22。~26。，弹性模量5MPa~9MPa，泊松比0.20~0.35 ;所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或溴化钙溶液或正12烷与甘油的混合物中的一种。
[0019]一种浆固碎石水泥土搅拌组合桩模型试验方法，它包括以下过程:
⑴建模:根据试验要求分别制作透明模型槽、模拟桩周土的透明土 ；所述的透明模型槽由透明有机玻璃制成，所述的钻杆、钻头由透明钢化玻璃制成；
⑵安装:在支架上安装好钻孔机构，透明模型槽外一侧安装好激光源，在透明模型槽外的正视面、俯视面分别安装数码相机，数码相机通过数据线与处理装置联接；打开激光源，检查其在透明土体内部形成的颗粒切面明亮度，调整激光角度，使切面垂直入射，打开数码相机，调整数码相机镜头，使其能涵括整个试验画面；
⑶试验:按照试验设计要求，振动沉管至设计深度后，往沉管内填筑透明碎石填料，振动上拔沉管，完成碎石桩的施工；激光照射透明模型槽形成切面，由数码相机记录土体内部位移规律；
然后，在碎石桩的中心位置由钻孔机构钻孔至设计深度，由数码相机记录土体内部位移规律；
接着，按照设计要求，旋转上拔钻头，并通过钻头上的注浆孔进行注浆施工至钻头完全拔出地表面，完成浆固碎石水泥土搅拌组合桩的施工；由数码相机记录土体内部位移规律；
⑷重复过程⑴~过程⑶，可通过处理装置分析不同桩周土体特性、钻头旋转半径、组合桩桩径和桩长情况下的浆固碎石水泥土搅拌组合桩的桩一土相互作用机理，完成整体浆固碎石水泥土搅拌组合桩的模型试验。
[0020]当需制得模拟饱和砂土的透明土时，本发明在过程⑴中，所述制作模拟桩周土的透明土包括备料、混配、抽真空步骤:
所述备料为选择粒径为0.25 IM~2.0 mm的全氟环状聚合物颗粒，其颗粒为不规则形状，清洗杂质并烘干，所述全氟环状聚合物折射率1.34，密度2.03g/ cm 3，透光率95 %，吸水性<0.01 % ;选择无色孔隙液体，调节溶液浓度，使孔隙液体的折射率与全氟环状聚合物的折射率一致；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种；
本发明所述全氟环状聚合物颗粒0.25 mm;^粒径< 0.5 mm的为10 %~50 % , 0.5 mm^粒径< 1.0 mm的为 10 % ~50 % , 1.0 mm;^粒径< 1.5 mm的为 10 % ~50 % , 1.5 mm;^粒径^ 2.0 mm的为10 %~50 %，以重量计，合计为100 %。
[0021]所述混配为根据试验条件与试样的尺寸大小计算确定全氟环状聚合物颗粒和孔隙液体的用量，先将全氟环状聚合物颗粒分层填入透明模型槽中，并分3~4次击实；然后在透明模型槽中注入孔隙液体；
或者先将调配好的孔隙液体装在透明模型槽中，并将全氟环状聚合物颗粒缓慢、均匀、分散地倒入透明模型槽中，倾倒过程中不断搅拌排出气泡，并保持全氟环状聚合物颗粒始终在孔隙液体液面以下；
所述抽真空为利用抽真空装置抽除全氟环状聚合物颗粒之间的气泡，利用吸球抽去高出全氟环状聚合物颗粒的孔隙液体，制得模拟饱和砂土的透明土，其物理特性为:密度1.538/0113~2.(^/0113，重度151^/1113~201^/1113，密实度20 % ~80 % ;力学特性为:内摩擦角30。~31。，弹性模量8MPa~50MPa,泊松比0.2~0.45。
[0022]当需制得模拟饱和黏土的透明土时，本发明在过程⑴中，所述制作模拟桩周土的透明土包括备料、混配、抽真空、固结步骤:
所述备料为选择粒径< 0.074 mm的全氟环状聚合物颗粒，其颗粒为不规则形状，清洗杂质并烘干，所述全氟环状聚合物折射率1.34，密度2.03g/ cm 3，透光率95 %，吸水性<0.01 % ;选择无色孔隙液体，调节溶液浓度，使孔隙液体的折射率与全氟环状聚合物的折射率一致；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种；所述混配为根据试验条件与试样的尺寸大小计算确定全氟环状聚合物颗粒和孔隙液体的用量，先将全氟环状聚合物颗粒分层填入透明模型槽中，并分3~4次击实；然后在透明模型槽中注入 孔隙液体；
或者先将调配好的孔隙液体装在透明模型槽中，并将全氟环状聚合物颗粒缓慢、均匀、分散地倒入透明模型槽中，倾倒过程中不断搅拌排出气泡，并保持全氟环状聚合物颗粒始终在孔隙液体液面以下；所述抽真空为利用抽真空装置抽除全氟环状聚合物颗粒之间的气泡，利用吸球抽去高出全氟环状聚合物颗粒的孔隙液体；
所述固结为在固结仪中进行固结，制得透明固体材料为全氟环状聚合物颗粒，模拟饱和黏土的透明土，其物理特性为:密度1.63g/ cm 3~2.0g/ cm 3，重度16kN/m3~20kN/m3，固结度OCR值0.8~3 ;力学特性为:凝聚力IkPa~3kPa，内摩擦角19°~22°，弹性模量5MPa ~9MPa,泊松比 0.20 ~0.35。
[0023]当需制得模拟饱和砂土的透明土时，本发明在过程⑴中，所述制作模拟桩周土的透明土包括备料、混配、抽真空步骤:
所述备料为选择粒径0.25 mm~2.0 mm的冰晶石颗粒，其颗粒为不规则形状，清洗杂质并烘干，所述冰晶石折射率1.338~1.339，密度2.97g/ cm 3~3.0g/ cm 3 ;选择无色孔隙液体，调节溶液浓度，使孔隙液体的折射率与冰晶石的折射率一致；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种；
所述的冰晶石颗粒0.25 mm;^粒径< 0.5 mm的为10 %~50 % , 0.5 mm;^粒径< 1.0 mm的为10 %~50 % , 1.0 mm≤粒径< 1.5 mm的为10 %~50 % , 1.5 mm;≤粒径≤2.0 mm的为10 %~50 %，以重量计，合计为100 % ；
所述混配为根据试验条件与试样的尺寸大小计算确定冰晶石颗粒和孔隙液体的用量，先将冰晶石颗粒分层填入透明模型槽中，并分3~4次击实；然后在透明模型槽中注入孔隙液体；
或者先将调配好的孔隙液体装在容器中，并将冰晶石颗粒缓慢、均匀、分散地倒入容器中，倾倒过程中不断搅拌排出气泡，并保持冰晶石颗粒始终在孔隙液体液面以下；
所述抽真空为利用抽真空装置抽除冰晶石颗粒之间的气泡，利用吸球抽去高出冰晶石颗粒的孔隙液体，制得模拟饱和砂土的透明土，其物理特性为:密度1.98 g/cm3~2.5g/cm3，重度19kN/m3~25kN/m3，密实度20 %~80 % ;力学特性为:内摩擦角34°~35°，弹性模量12MPa~7IMPa,泊松比0.2~0.45。
[0024]当需制得模拟饱和黏土的透明土时，在过程⑴中，所述制作模拟桩周土的透明土包括备料、混配、抽真空、固结步骤:
所述备料为选择粒径< 0.074 mm的冰晶石颗粒，其颗粒为不规则形状，清洗杂质并烘干，所述冰晶石折射率1.338~1.339，密度2.97 g / cm 3~3.0 g/ cm 3 ;选择无色孔隙液体，调节溶液浓度，使孔隙液体的折射率与冰晶石的折射率一致；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种；
所述混配为根据试验条件与试样的尺寸大小计算确定冰晶石颗粒和孔隙液体的用量，先将冰晶石颗粒分层填入透明模型槽中，并分3~4次击实；然后在透明模型槽中注入孔隙液体；
或者先将调配好的孔隙液体装在透明模型槽中，并将冰晶石颗粒缓慢、均匀、分散地倒入透明模型槽中，倾倒过程中不断搅拌排出气泡，并保持冰晶石颗粒始终在孔隙液体液面以下；
所述抽真空为利用抽真空装置抽除冰晶石颗粒之间的气泡，利用吸球抽去高出冰晶石颗粒的孔隙液体；
所述固结为在固结仪中进行固结，制得模拟饱和黏土的透明土，其物理特性为:密度1.98g/ cm 3~2.5g/ cm 3，重度20kN/m3~26kN/m3，固结度OCR值0.8~3 ;力学特性为:凝聚力IkPa~3kPa，内摩擦角22。~26。，弹性模量5MPa~9MPa，泊松比0.20~0.35。
[0025]当需制得模拟饱和砂土的透明土时，本发明在过程⑴中，所述制作模拟桩周土的透明土包括备料、混配、抽真空步骤:
所述备料为选择粒径为0.25 mm~2.0 mm的氟化钙颗粒，其颗粒为不规则形状，清洗杂质并烘干，所述氟化钙折射率1.434，密度3.18g/ cm 3 ;选择无色孔隙液体，调节溶液浓度，使孔隙液体的折射率与氟化钙的折射率一致；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或溴化钙溶液中的一种；
所述的氟化钙颗粒0.25 mm<粒径< 0.5 mm的为10 %~50 %，0.5 mm<粒径< 1.0 mm的为10 %~50 % , 1.0 mm;^粒径< 1.5 mm的为10 %~50 % , 1.5 mm;^粒径≤2.0 mm的为10 %~50 %，以重量计，合计为100 % ；
所述混配为根据试验条件与试样的尺寸大小计算确定氟化钙颗粒和孔隙液体的用量，先将氟化钙颗粒分层填入透明模型槽中，并分3~4次击实；然后在透明模型槽中注入孔隙液体；
或者先将调配好的孔隙液体装在容器中，并将氟化钙颗粒缓慢、均匀、分散地倒入容器中，倾倒过程中不断搅拌排出气泡，并保持氟化钙颗粒始终在孔隙液体液面以下；
所述抽真空为利用抽真空装置抽除氟化钙颗粒之间的气泡，利用吸球抽去高出氟化钙颗粒的孔隙液体 ，制得模拟饱和砂土的透明土，其物理特性为:密度1.98 g/ cm3~2.5g/ cm3，重度19kN/m3~25kN/m3，密实度20 %~80 % ;力学特性为:内摩擦角34°~35°，弹性模量12MPa~7IMPa,泊松比0.2~0.45。
[0026]当需制得模拟饱和黏土的透明土时，在过程⑴中，所述制作模拟桩周土的透明土包括备料、混配、抽真空、固结步骤:
所述备料为选择粒径< 0.074 mm的氟化钙颗粒，其颗粒为不规则形状，清洗杂质并烘干，所述氟化钙折射率1.434，透光率95 %，容重3.18g/ cm 3 ;选择无色孔隙液体，调节溶液浓度，使孔隙液体的折射率与氟化钙的折射率一致；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或溴化钙溶液或正12烷与甘油的混合物中的一种；
所述混配为根据试验条件与试样的尺寸大小计算确定氟化钙颗粒和孔隙液体的用量，先将氟化钙颗粒分层填入透明模型槽中，并分3~4次击实；然后在透明模型槽中注入孔隙液体；
或者先将调配好的孔隙液体装在容器中，并将氟化钙颗粒缓慢、均匀、分散地倒入容器中，倾倒过程中不断搅拌排出气泡，并保持氟化钙颗粒始终在孔隙液体液面以下；
所述抽真空为利用抽真空装置抽除氟化钙颗粒之间的气泡，利用吸球抽去高出氟化钙颗粒的孔隙液体；
所述固结为在固结仪中进行固结，制得模拟饱和黏土的透明土，其物理特性为:密度
1.98g/ cm 3~2.5g/ cm 3，重度20kN/m3~26kN/m3，固结度OCR值0.8~3 ;力学特性为:凝聚力I kPa~3kPa，内摩擦角22。~26。，弹性模量5MPa~9MPa，泊松比0.20~0.35。
[0027]本发明在过程⑶中，所述的透明碎石填料为粒径4.5 mm~5.0 mm的全氟环状聚合物颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.34，密度2.03g/ cm 3，透光率95 %，吸水性< 0.01%。[0028]本发明在过程⑶中，所述的透明碎石填料为粒径4.5 mm~5.0 mm的冰晶石颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.338~1.339，密度2.97 g / cm 3~3.0g/ cm 3。
[0029]本发明在过程⑶中，所述的透明碎石填料为粒径4.5 mm~5.0 mm的氟化钙颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.434，密度3.18g/ cm 3。
[0030]由于采用上述技术方案，本发明较好的实现了发明目的，试验装置操作简便，易于实现，可重复性强；可用来模拟复杂 的地质条件，提高人们对岩土工程问题本质的认识，特别是对于探索水泥土搅拌桩桩一土相互作用的本质，指导水泥土搅拌桩的设计与施工具有
重要意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1是本发明试验装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
[0033]实施例1:(透明固体材料为全氟环状聚合物)
由图1可知，一种浆固碎石水泥土搅拌组合桩模型试验装置，它包括透明模型槽1，透明模型槽I内设有浆固碎石水泥土搅拌组合桩、模拟桩周土 2的透明土 ；透明模型槽I上方设有安装在支架12上包括钻机7、钻杆5、钻头6的钻孔机构；透明模型槽I外一侧设有激光源，透明模型槽I外的正视面、俯视面设有可观察透明模型槽I空间的数码相机10，数码相机10通过数据线与处理装置11联接；激光照射透明模型槽I形成透明模型槽I的竖向面或水平面的激光切面，由数码相机10记录桩周土体散斑场变化及连续变形特征，分析不同桩周土体、钻头旋转半径、组合桩桩径和桩长情况下的浆固碎石水泥土搅拌组合桩的桩一土相互作用机理，完成整体浆固碎石水泥土搅拌组合桩的模型试验。
[0034]本发明所述的透明模型槽I由透明有机玻璃制成，所述的钻杆5、钻头6由透明钢化玻璃制成。
[0035]所述激光源包括激光器8、线性转化器9，激光器8为内腔式氦氖激光器，功率为50mff~500mW (本实施例为500mW);所述的线性转换器9可以将点光源转化为线性光源，且线性转化器9转化成的线性光源可以旋转方向；
本发明所述数码相机10为高清高速数码相机，其分辨率为50 w~500w (本实施例为500w)，帧曝光，帧数25，曝光时间10μ8 ~ IOs (本实施例为10μ8)ο
[0036]当需制得模拟饱和砂土的透明土时，本发明所述透明土它由全氟环状聚合物与相同折射率的无色孔隙液体经备料、混配、抽真空步骤配制而成，所述全氟环状聚合物为粒径
0.25 mm~2.0 mm的颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.34，密度2.03g/ cm3，透光率95 %，吸水性< 0.01 % ;所述透明土的物理特性为:密度1.53 g/ cm 3~2.0g/ cm 3，重度15kN/m3~20kN/m3，密实度20 %~80 % ;力学特性为:内摩擦角30。~31。，弹性模量8MPa~50MPa，泊松比0.2~0.45 ;所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种。
[0037]本发明所述的全氟环状聚合物颗粒0.25 mm<粒径< 0.5 mm的为10 %~50 %，0.5mm≤粒径< 1.0 mm的为10 %~50 % , 1.0 mm≤粒径< 1.5腿的为10 %~50 % , 1.5mm≤粒径≤2.0 mm的为10 %~50 %，以重量计,合计为100 %。
[0038]本实施例选择全氟环状聚合物颗粒0.25 mm<粒径< 0.5 mm的为30 %，0.5 mm<粒径< 1.0 mm的为 30 % , 1.0 mm;^粒径< 1.5 mm的为 20 % , 1.5 mm;^粒径≤ 2.0 mm的为 20 %，以重量计，合计为100 %，将其混合均匀；孔隙液体为糖溶液，所述的糖为蔗糖。调制溶液浓度(本实施例浓度为5 %)，利用阿贝折射仪测定蔗糖溶液在试验温度(本实施例为20°C)下的折射率(本实施例为1.34)，使其与全氟环状聚合物的折射率一致。
[0039]一种浆固碎石水泥土搅拌组合桩模型试验方法，它包括以下过程:
⑴建模:根据试验要求分别制作透明模型槽1、模拟桩周土 2的透明土 ；所述的透明模型槽I由透明有机玻璃制成，所述的钻杆5、钻头6由透明钢化玻璃制成；
⑵安装:在支架12上安装好钻孔机构，透明模型槽I外一侧安装好激光源，在透明模型槽I外的正视面、俯视面分别安装数码相机10，数码相机10通过数据线与处理装置11联接；打开激光源，检查其在透明土体内部形成的颗粒切面明亮度，调整激光角度，使切面垂直入射，打开数码相机10，调整数码相机10镜头，使其能涵括整个试验画面； 所述激光源包括激光器8、线性转化器9，激光器8为内腔式氦氖激光器，功率为50mff~500mW (本实施例为500mW);所述的线性转换器9可以将点光源转化为线性光源，且线性转化器9转化成的线性光源可以旋转方向；
本发明所述数码相机10为高清高速数码相机，其分辨率为50 w~500w (本实施例为500w)，帧曝光，帧数25，曝光时间10μ8 ~ IOs (本实施例为10μ8)ο
[0040]当需制得模拟饱和砂土的透明土时，本发明在过程⑴中，所述制作模拟桩周土 2的透明土包括备料、混配、抽真空步骤:
所述备料为选择粒径为0.25 mm~2.0 mm的全氟环状聚合物颗粒，其颗粒为不规则形状，清洗杂质并烘干，所述全氟环状聚合物折射率1.34，密度2.03g/ cm 3，透光率95 %，吸水性<0.01 % ;选择无色孔隙液体，调节溶液浓度，使孔隙液体的折射率与全氟环状聚合物的折射率一致；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种；
本发明所述全氟环状聚合物颗粒0.25 mm;^粒径< 0.5 mm的为10 %~50 % , 0.5 mm^粒径< 1.0 mm的为 10 % ~50 % , 1.0 mm;^粒径< 1.5 mm的为 10 % ~50 % , 1.5 mm;^粒径^ 2.0 mm的为10 %~50 %，以重量计，合计为100 %。
[0041]本实施例选择全氟环状聚合物颗粒0.25 mm;^粒径< 0.5 mm的为30 %，0.5 mm;^粒径< 1.0 mm的为 30 % , 1.0 mm;^粒径< 1.5 mm的为 20 % , 1.5 mm;^粒径≤ 2.0 mm的为 20 %，
以重量计，合计为100 %，将其混合均匀；孔隙液体为糖溶液，所述的糖为蔗糖。调制溶液浓度(本实施例浓度为5 %)，利用阿贝折射仪测定蔗糖溶液在试验温度(本实施例为20°C)下的折射率(本实施例为1.34)，使其与全氟环状聚合物的折射率一致。
[0042]所述混配为根据试验条件与试样的尺寸大小计算确定全氟环状聚合物颗粒和孔隙液体的用量，先将全氟环状聚合物颗粒分层填入透明模型槽中，并分3~4次击实；然后在透明模型槽中注入孔隙液体；
本实施例在透明模型槽I中填入一定量后，对全氟环状聚合物颗粒进行预压；分3次击实，控制试样的密实度为30 % ;然后在透明模型槽I中注入孔隙液体，静置24小时；
所述抽真空为利用抽真空装置抽除全氟环状聚合物颗粒之间的气泡，利用吸球抽去高出全氟环状聚合物颗粒的孔隙液体，制得模拟饱和砂土的透明土，其物理特性为:密度1.538/0113~2.(^/0113，重度151^/1113~201^/1113，密实度20 % ~80 % ;力学特性为:内摩擦角30。~31。，弹性模量8MPa~50MPa,泊松比0.2~0.45。
[0043]本实施例所制透明土的物理特性为:密度1.53g/ cm3，重度15kN/m3，密实度30 % ；力学特性为:内摩擦角30°，弹性模量8 MPa,泊松比0.4。
[0044]⑶试验:按照试验设计要求，振动沉管4至设计深度后，往沉管4内填筑透明碎石填料3，振动上拔沉管4，完成碎石桩的施工；激光照射透明模型槽I形成切面，由数码相机10记录土体内部位移规律；
在过程⑶中，所述的透明碎石填料3为粒径4.5 IM~5.0 mm的全氟环状聚合物颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.34，密度2.03g/cm3，透光率95 %，吸水性<0.01 %。
[0045]然后，在碎石桩的中心位置由钻孔机构钻孔至设计深度，由数码相机10记录土体内部位移规律； 接着，按照设计要求，旋转上拔钻头6，并通过钻头6上的注浆孔进行注浆施工至钻头6完全拔出地表面，完成浆固碎石水泥土搅拌组合桩的施工；由数码相机10记录土体内部位移规律；
所述激光器8和线性转化器9可在透明模型槽I的任意位置形成透明模型槽I的竖向面或水平面的激光切面。
[0046]当激光照射透明模型槽I形成透明模型槽I的竖向面的激光切面时，由安装在透明模型槽I正视面的数码相机10记录；当激光照射透明模型槽I形成透明模型槽I的水平面的激光切面时，由安装在透明模型槽I俯视面的数码相机10记录。
[0047]试验中，利用PIV技术(Particle Image Velocimetry粒子图像测速法)结合图像处理软件PIVview2C对数码相机6采集的图片资料进行处理。
[0048]⑷重复过程⑴~过程⑶，可通过处理装置11分析不同桩周土体特性、钻头6旋转半径、组合桩桩径和桩长情况下的浆固碎石水泥土搅拌组合桩的桩一土相互作用机理，完成整体浆固碎石水泥土搅拌组合桩的模型试验。
[0049]本发明当不填筑碎石材料时，为常规搅拌桩可视化模型试验过程；当采用双向钻头形式时，可以可视化模拟双向搅拌桩模型试验过程。
[0050]实施例2:(透明固体材料为全氟环状聚合物)
在过程⑴中，选择全氟环状聚合物颗粒0.25 粒径< 0.5 mm的为10 % , 0.5 粒径< 1.0 mm的为 30 % , 1.0 mm;^粒径< 1.5 mm的为 30 % , 1.5 mm;^粒径≤ 2.0 mm的为 30 %，以重量计，合计为100 %，将其混合均匀；所述孔隙液体为氯化钠溶液，其浓度为5 % ；混配时，先将调配好的孔隙液体装在透明模型槽I中，并将全氟环状聚合物颗粒缓慢、均匀、分散地倒入透明模型槽I中，倾倒过程中不断搅拌排出气泡，并保持全氟环状聚合物颗粒始终在孔隙液体液面以下；
本实施例所制透明土的物理特性为:密度1.65g/ cm 3，重度17kN/m3，密实度40 % ;力学特性为:内摩擦角31。，弹性模量20MPa,泊松比0.25。
[0051]余同实施例1。
[0052]实施例3:(透明固体材料为全氟环状聚合物)
在过程⑴中，选择全氟环状聚合物颗粒0.25 粒径< 0.5 mm的为10 % , 0.5 粒径< 1.0 mm的为 40 % , 1.0 mm;^粒径< 1.5 mm的为 35 % , 1.5 mm;^粒径≤ 2.0 mm的为 15 %，以重量计，合计为100 %，将其混合均匀；所述孔隙液体为酒精溶液，其浓度为15 % ；混配时，控制试样其密实度为40 %。
[0053]本实施例所制透明土的物理特性为:密度1.83 g/ cm 3，重度17.5kN/m3,密实度40% ;力学特性为:内摩擦角31°，弹性模量15MPa，泊松比0.32。
[0054]余同实施例1。
[0055]实施例4:(透明固体材料为全氟环状聚合物)
当需制得模拟饱和黏土的透明土时，本发明所述透明土它由全氟环状聚合物与相同折射率的无色孔隙液体经备料、混配、抽真空、固结步骤配制而成，所述全氟环状聚合物为粒径< 0.074 mm的颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.34，密度2.03g/ cm3，透光率95 %，吸水性< 0.01 % ;所述透明土的物理特性为:密度1.63g/ cm 3~2.0g/ cm 3，重度16kN/m3~20kN/m3，固结度OCR值0.8~3 ;力学特性为:凝聚力IkPa~3kPa，内摩擦角19°~22。，弹性模量5MPa~9MPa，泊松比0.20~0.35 ;所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种。
[0056]本实施例选择粒径< 0.074 mm的全氟环状聚合物颗粒；孔隙液体为糖溶液，所述的糖为蔗糖。调制溶液浓度(本实施例浓度为5 %)，利用阿贝折射仪测定蔗糖溶液在试验温度(本实施例为20°C)下的折射率(本实施例为1.34)，使其与全氟环状聚合物的折射率一致。
[0057]当需制得模拟饱和黏土的透明土时，本发明在过程⑴中，所述制作模拟桩周土 2的透明土包括备料、混配、抽真空、固结步骤:
所述备料为选择粒径< 0.074 mm的全氟环状聚合物颗粒，其颗粒为不规则形状，清洗杂质并烘干，所述全氟环状聚合物折射率1.34，密度2.03g/ cm 3，透光率95 %，吸水性<0.01 % ;选择无色孔隙液体，调节溶液浓度，使孔隙液体的折射率与全氟环状聚合物的折射率一致；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种；本实施例选择粒径< 0.074 mm的全氟环状聚合物颗粒；孔隙液体为糖溶液，所述的糖为蔗糖。调制溶液浓度(本实施例浓度为5 %)，利用阿贝折射仪测定蔗糖溶液在试验温度(本实施例为20°C)下的折射率(本实施例为1.34)，使其与全氟环状聚合物的折射率一致。
[0058]所述混配为根据试验条件与试样的尺寸大小计算确定全氟环状聚合物颗粒和孔隙液体的用量，先将全氟环状聚合物颗粒分层填入透明模型槽中，并分3~4次击实；然后在透明模型槽中注入孔隙液体；
本实施例在透明模型槽I中填入一定量后，对全氟环状聚合物颗粒进行预压；分3次击实，控制试样的密实度为30 % ;然后在透明模型槽I中注入孔隙液体，静置24小时；
所述抽真空为利用抽真空装置抽除全氟环状聚合物颗粒之间的气泡，利用吸球抽去高出全氟环状聚合物颗粒的孔隙液体；
所述固结为在固结仪中进行固结，制得透明固体材料为全氟环状聚合物颗粒，模拟饱和黏土的透明土，其物理特性为:密度1.63g/ cm 3~2.0g/ cm 3，重度16kN/m3~20kN/m3，固结度OCR值0.8~3 ;力学特性为:凝聚力IkPa~3kPa，内摩擦角19°~22°，弹性模量5MPa ~9MPa,泊松比 0.20 ~0.35。
[0059]本实施例所制透明土的物理特性为:密度1.73 g/ cm 3，重度17kN/m3，固结度OCR值2.0 ;力学特性为:凝聚力3kPa，内摩擦角20。，弹性模量9MPa，泊松比0.35。
[0060] 余同实施例1。
[0061]实施例5:(透明固体材料为全氟环状聚合物)
在过程⑴中，所述孔隙液体为氯化钠溶液，其浓度为5 % ；
混配时，先将调配好的孔隙液体装在透明模型槽I中，并将全氟环状聚合物颗粒缓慢、均匀、分散地倒入透明模型槽I中，倾倒过程中不断搅拌排出气泡，并保持全氟环状聚合物颗粒始终在孔隙液体液面以下；
本实施例所制透明土的物理特性为:密度1.83g/cm3，重度18kN/m3，固结度OCR值1.0 ;力学特性为:凝聚力2kPa，内摩擦角19。，弹性模量6MPa，泊松比0.35。
[0062]余同实施例1、4。
[0063]实施例6:(透明固体材料为全氟环状聚合物)
在过程⑴中，所述孔隙液体为溴化钙溶液，其浓度为3 % ；
本实施例所制透明土的物理特性为:密度2.0g/ cm 3，重度20kN/m3，固结度OCR值2 ;力学特性为:凝聚力3kPa，内摩擦角22。，弹性模量9MPa，泊松比0.25。
[0064]余同实施例1、4。
[0065]实施例7:(透明固体材料为冰晶石)
当需制得模拟饱和砂土的透明土时，本发明所述透明土它由冰晶石与相同折射率的无色孔隙液体经备料、混配、抽真空步骤配制而成，所述冰晶石为粒径0.25 mm~2.0 mm的颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.338~1.339，密度2.97g/ cm 3~3.0g/ cm 3 ;所述透明土的物理特性为:密度1.98g/ cm 3~2.5g/ cm 3，重度19kN/m3~25kN/m3，密实度20 %~80 % ;力学特性为:内摩擦角34°~35°，弹性模量12MPa~71MPa，泊松比0.2~0.45 ;所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种。
[0066]本发明所述的冰晶石颗粒0.25mm;^粒径<0.5 mm的为10 %~50 % ,0.5mm;^粒径
<1.0 mm的为10 %~50 %，1.0 mm≤粒径< 1.5腿的为10 %~50 %，1.5 mm≤粒径≤2.0mm的为10 %~50 %，以重量计，合计为100 %。
[0067]本实施例选择密度2.97g/ cm 3、折射率1.338的冰晶石颗粒，0.25 mm<粒径< 0.5mm的为 30 % , 0.5 mm;^粒径< 1.0 mm的为 30 % , 1.0 mm;^粒径< 1.5 mm的为 20 % , 1.5 mm^粒径< 2.0 mm的为20 %，以重量计，合计为100 %，将其混合均匀；孔隙液体为糖溶液,所述的糖为蔗糖。调制溶液浓度(本实施例浓度为3.5 %)，利用阿贝折射仪测定蔗糖溶液在试验温度(本实施例为20°C)下的折射率(本实施例为1.338)，使其与冰晶石的折射率一致。
[0068]当需制得模拟饱和砂土的透明土时，本发明在过程⑴中，所述制作模拟桩周土 2的透明土包括备料、混配、抽真空步骤:
所述备料为选择粒径0.25 mm~2.0 mm的冰晶石颗粒，其颗粒为不规则形状，清洗杂质并烘干，所述冰晶石折射率1.338~1.339，密度2.97g/ cm 3~3.0g/ cm 3 ;选择无色孔隙液体，调节溶液浓度，使孔隙液体的折射率与冰晶石的折射率一致；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种；
所述的冰晶石颗粒0.25 mm;^粒径< 0.5 mm的为10 %~50 % , 0.5 mm;^粒径< 1.0 mm的为10 %~50 % , 1.0 mm≤粒径< 1.5 mm的为10 %~50 % , 1.5 mm;^粒径≤2.0 mm的为10 %~50 %，以重量计，合计为100 % ；本实施例选择密度2.97g/ cm 3、折射率1.338的冰晶石颗粒，0.25 粒径< 0.5 mm的为 30 % , 0.5 mm;^粒径< 1.0 mm的为 30 % , 1.0 mm;^粒径< 1.5 mm的为 20 % , 1.5 mm;^粒径< 2.0 mm的为20 %，以重量计，合计为100 %，将其混合均匀；孔隙液体为糖溶液，所述的糖为蔗糖。调制溶液浓度(本实施例浓度为3.5 %)，利用阿贝折射仪测定蔗糖溶液在试验温度(本实施例为20°C)下的折射率(本实施例为1.338)，使其与冰晶石的折射率一致。
[0069]所述混配为根据试验条件与试样的尺寸大小计算确定冰晶石颗粒和孔隙液体的用量，先将冰晶石颗粒分层填入透明模型槽I中，并分3~4次击实；然后在透明模型槽I中注入孔隙液体；
本实施例在透明模型槽I中填入一定量后，对冰晶石颗粒进行预压；分3次击实，控制试样的密实度为50 % ;然后在透明模型槽I中注入孔隙液体，静置24小时；
所述抽真空为利用抽真空装置抽除冰晶石颗粒之间的气泡，利用吸球抽去高出冰晶石颗粒的孔隙液体，制得模拟饱和砂土的透明土，其物理特性为:密度1.98 g/cm3~2.5g/cm3，重度19kN/m3~25kN/m3，密实度20 %~80 % ;力学特性为:内摩擦角34°~35°，弹性模量12MPa~7IMPa,泊松比0.2~0.45。
[0070]本实施例所制透明土的物理特性为:密度1.98g/ cm3，重度19kN/m3，密实度50 % ；力学特性为:内摩擦角34。，弹性模量20MPa,泊松比0.4。
[0071]在过程⑶中，所述的透明碎石填料3为粒径4.5 mm~5.0 mm的冰晶石颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1 .338~1.339，密度2.97g/ cm 3~3.0g/ cm 3。
[0072]余同实施例1。
[0073]实施例8:(透明固体材料为冰晶石)
在过程⑴中，选择密度3.0g/cm3、折射率1.339的冰晶石颗粒，0.25mm<粒径< 0.5 mm的为 10 % , 0.5 mm≤粒径< 1.0 mm的为 35 %，1.0 mm≤粒径< 1.5 mm的为 35 %，1.5 mm^粒径< 2.0 mm的为20 %，以重量计，合计为100 %，将其混合均匀；所述孔隙液体为氯化钠溶液，调制溶液浓度(本实施例浓度为4.2 %)，利用阿贝折射仪测定氯化钠溶液在试验温度(本实施例为20°C)下的折射率(本实施例为1.339)，使其与冰晶石的折射率一致。
[0074]混配时，先将调配好的孔隙液体装在透明模型槽I中，并将冰晶石颗粒缓慢、均匀、分散地倒入透明模型槽I中，倾倒过程中不断搅拌排出气泡，并保持冰晶石颗粒始终在孔隙液体液面以下；
余同实施例1、7。
[0075]实施例9:(透明固体材料为冰晶石)
在过程⑴中，选择密度3.0g/cm3、折射率1.338的冰晶石颗粒，0.25mm<粒径< 0.5 mm的为 25 % , 0.5 mm≤粒径< 1.0 mm的为 25 %，1.0 mm≤粒径< 1.5 mm的为 25 %，1.5 mm^粒径< 2.0 mm的为25 %，以重量计，合计为100 %，将其混合均匀；所述孔隙液体为酒精溶液，其浓度为12 % ；
混配时，控制试样其密实度为60 %。
[0076]本实施例所制透明土的物理特性为:密度2.3g/ cm 3，重度23kN/m3，密实度60 % ；力学特性为:内摩擦角35。，弹性模量45MPa，泊松比0.35。
[0077]余同实施例1、7。
[0078]实施例10:(透明固体材料为冰晶石) 当需制得模拟饱和黏土的透明土时，本发明所述透明土它由冰晶石与相同折射率的无色孔隙液体经备料、混配、抽真空、固结步骤配制而成，所述冰晶石为粒径< 0.074 IM的颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.338?1.339，密度2.97 g/ cm 3?3.0g/ cm 3 ;所述透明土的物理特性为:密度1.98g/ cm 3?2.5g/ cm 3，重度20kN/m3?26kN/m3，固结度OCR值
0.8?3 ;力学特性为:凝聚力IkPa?3kPa，内摩擦角22。?26。，弹性模量5MPa?9MPa，泊松比0.20?0.35 ;所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种。
[0079]本实施例选择密度2.97g/ cm 3、折射率1.338、粒径< 0.074 mm的冰晶石颗粒；孔隙液体为糖溶液，所述的糖为蔗糖。调制溶液浓度(本实施例浓度为3.5 %)，利用阿贝折射仪测定蔗糖溶液在试验温度(本实施例为20°C)下的折射率(本实施例为1.338)，使其与冰晶石的折射率一致。
[0080]当需制得模拟饱和黏土的透明土时，在过程⑴中，所述制作模拟桩周土 2的透明土包括备料、混配、抽真空、固结步骤:
所述备料为选择粒径< 0.074 mm的冰晶石颗粒，其颗粒为不规则形状，清洗杂质并烘干，所述冰晶石折射率1.338?1.339，密度2.97 g / cm 3?3.0 g/ cm 3 ;选择无色孔隙液体，调节溶液浓度，使孔隙液体的折射率与冰晶石的折射率一致；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种；
本实施例选择密度2.97g/ cm 3、折射率1.338、粒径< 0.074 mm的冰晶石颗粒；孔隙液体为糖溶液，所述的糖为蔗糖。调制溶液浓度(本实施例浓度为3.5 %)，利用阿贝折射仪测定蔗糖溶液在试验温度(本实施例为20°C)下的折射率(本实施例为1.338)，使其与冰晶石的折射率一致。
[0081]所述混配为根据试验条件与试样的尺寸大小计算确定冰晶石颗粒和孔隙液体的用量，先将冰晶石颗粒分层填入透明模型槽I中，并分3?4次击实；然后在透明模型槽I中注入孔隙液体；
本实施例在透明模型槽I中填入一定量后，对冰晶石颗粒进行预压；分3次击实，以控制试样的密度；然后在透明模型槽I中注入孔隙液体，静置24小时；
所述抽真空为利用抽真空装置抽除冰晶石颗粒之间的气泡，利用吸球抽去高出冰晶石颗粒的孔隙液体；
所述固结为在固结仪中进行固结，制得模拟饱和黏土的透明土，其物理特性为:密度
1.98g/ cm 3?2.5g/ cm 3，重度20kN/m3?26kN/m3，固结度OCR值0.8?3 ;力学特性为:凝聚力IkPa?3kPa，内摩擦角22。?26。，弹性模量5MPa?9MPa，泊松比0.20?0.35。
[0082]本实施例所制透明土的物理特性为:密度2.0g/ Cm 3，重度21kN/m3，固结度OCR值
0.8 ;力学特性为:凝聚力IkPa,内摩擦角23。，弹性模量5MPa，泊松比0.30。
[0083]在过程⑶中，所述的透明碎石填料3为粒径4.5 mm?5.0 mm的冰晶石颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.338?1.339，密度2.97g/ cm 3?3.0g/ cm 3。
[0084]余同实施例1。
[0085]实施例11:(透明固体材料为冰晶石)
在过程⑴中，选择密度3.0g/ cm 3、折射率1.338、粒径< 0.074 mm的冰晶石颗粒；所述孔隙液体为氯化钠溶液，其浓度为4.1 % ;混配时，先将调配好的孔隙液体装在透明模型槽I中，并将冰晶石颗粒缓慢、均匀、分散地倒入透明模型槽I中，倾倒过程中不断搅拌排出气泡，并保持冰晶石颗粒始终在孔隙液体液面以下；
本实施例所制透明土的物理特性为:密度2.3g/cm3，重度24kN/m3，固结度OCR值1.5 ；力学特性为:凝聚力3kPa，内摩擦角23。，弹性模量8MPa，泊松比0.25。
[0086]余同实施例1、10。
[0087]实施例12:(透明固体材料为冰晶石)
在过程⑴中，选择密度3.0g/ cm 3、折射率1.338、粒径< 0.074 mm的冰晶石颗粒；所述孔隙液体为溴化钙溶液，其浓度为I % ;
本实施例所制透明土的物理特性为:密度2.3g/ cm 3，重度26kN/m3，固结度OCR值2 ;力学特性为:凝聚力3kPa，内摩擦角6。，弹性模量9MPa，泊松比0.25。
[0088]余同实施例1、10。
[0089]实施例13:(透明固体材料为氟化钙)
当需制得模拟饱和砂土 的透明土时，本发明所述透明土它由氟化钙与相同折射率的无色孔隙液体经备料、混配、抽真空步骤配制而成，所述氟化钙为粒径0.25 mm~2.0 mm的颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.434，密度3.18g/ cm 3 ;所述透明土的物理特性为:密度1.98g/cm3~2.5g/cm3，重度19kN/m3~25kN/m3，密实度20 %~80 % ;力学特性为:内摩擦角34°~35°，弹性模量12MPa~71MPa，泊松比0.2~0.45 ;所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或溴化钙溶液中的一种。
[0090]本发明所述的氟化钙颗粒0.25mm<粒径<0.5 mm的为10 %~50 %，0.5mm<粒径
<1.0 mm的为10 %~50 %，1.0 mm≤粒径< 1.5腿的为10 %~50 %，1.5 mm≤粒径≤2.0mm的为10 %~50 % ,以重量计，合计为100 % ；
本实施例选择氟化钙颗粒0.25 mm<粒径< 0.5 mm的为30 % , 0.5 mm<粒径< 1.0 mm的为20 %，1.0 mm;^粒径< 1.5 mm的为20 %，1.5 mm;^粒径≤2.0 mm的为30 %，以重量计，合计为100 %，将其混合均匀；孔隙液体为糖溶液，所述的糖为蔗糖。调制溶液浓度(本实施例浓度为56 %)，利用阿贝折射仪测定蔗糖溶液在试验温度(本实施例为20°C)下的折射率(本实施例为1.434)，使其与氟化钙的折射率一致。
[0091]当需制得模拟饱和砂土的透明土时，本发明在过程⑴中，所述制作模拟桩周土 2的透明土包括备料、混配、抽真空步骤:
所述备料为选择粒径为0.25 mm~2.0 mm的氟化钙颗粒，其颗粒为不规则形状，清洗杂质并烘干，所述氟化钙折射率1.434，密度3.18g/ cm 3 ;选择无色孔隙液体，调节溶液浓度，使孔隙液体的折射率与氟化钙的折射率一致；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或溴化钙溶液中的一种；
所述的氟化钙颗粒0.25 mm<粒径< 0.5 mm的为10 %~50 %，0.5 mm<粒径< 1.0 mm的为10 %~50 % , 1.0 mm;^粒径< 1.5 mm的为10 %~50 % , 1.5 mm;^粒径≤2.0 mm的为10 %~50 %，以重量计，合计为100 % ；
本实施例选择氟化钙颗粒0.25 mm<粒径< 0.5 mm的为30 % , 0.5 mm<粒径< 1.0 mm的为20 %，1.0 mm;^粒径< 1.5 mm的为20 %，1.5 mm;^粒径≤2.0 mm的为30 %，以重量计，合计为100 %，将其混合均匀；孔隙液体为糖溶液，所述的糖为蔗糖。调制溶液浓度(本实施例浓度为56 %)，利用阿贝折射仪测定蔗糖溶液在试验温度(本实施例为20°C)下的折射率(本实施例为1.434)，使其与氟化钙的折射率一致。
[0092]所述混配为根据试验条件与试样的尺寸大小计算确定氟化钙颗粒和孔隙液体的用量，先将氟化钙颗粒分层填入透明模型槽I中，并分3~4次击实；然后在透明模型槽I中注入孔隙液体；
本实施例在透明模型槽I中填入一定量后，对氟化钙颗粒进行预压；分3次击实，控制试样的密实度为30 % ;然后在透明模型槽I中注入孔隙液体，静置24小时；
所述抽真空为利用抽真空装置抽除氟化钙颗粒之间的气泡，利用吸球抽去高出氟化钙颗粒的孔隙液体，制得模拟饱和砂土的透明土，其物理特性为:密度1.98 g/ cm3~2.5g/ cm3，重度19kN/m3~25kN/m3，密实度20 %~80 % ;力学特性为:内摩擦角34°~35°，弹性模量12MPa~7IMPa,泊松比0.2~0.45。
[0093]本实施例所制透明土的物理特性为:密度2.lg/ Cm 3，重度21kN/m3，密实度30 % ；力学特性为:内摩擦角34°，弹性模量17MPa，泊松比0.35。
[0094]在过程⑶中，所述的透明碎石填料3为粒径4.5 mm~5.0 mm的氟化钙颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.434，密度3.18g/ cm 3。
[0095]余同实施例1。
[0096]实施例14:(透明固体材料为氟化钙)
在过程⑴中，选择氟化钙颗粒0.25 mm<粒径< 0.5 mm的为20 % , 0.5 mm<粒径< 1.0mm的为30 % , 1.0 mm;≤粒径< 1.5 mm的为30 % , 1.5 mm;^粒径≤2.0 mm的为20 % ,以重量计，合计为100 %，将其混合均匀；所述孔隙液体为氯化钠溶液，其浓度为54 % ；
混配时，先将调配好的孔隙液体装在透明模型槽I中，并将氟化钙颗粒缓慢、均匀、分散地倒入透明模型槽I中，倾倒过程中不断搅拌排出气泡，并保持氟化钙颗粒始终在孔隙液体液面以下；
本实施例所制透明土的物理特性为:密度2.0g/ cm 3，重度20kN/m3，密实度40 % ;力学特性为:内摩擦角34。，弹性模量20MPa,泊松比0.4。
[0097]余同实施例1、13。
[0098]实施例15:(透明固体材料为氟化钙)
在过程⑴中，选择氟化钙颗粒0.25 mm<粒径< 0.5 mm的为10 % , 0.5 mm<粒径< 1.0mm的为40 % , 1.0 mm;≤粒径< 1.5 mm的为35 % , 1.5 mm;≤粒径≤2.0 mm的为15 %，以重量计，合计为100 %，将其混合均匀；所述孔隙液体为溴化钙溶液，其浓度为45 % ；
混配时，控制试样其密实度为50 %。
[0099]本实施例所制透明土的物理特性为:密度1.53g/ cm3，重度15kN/m3，密实度50 % ；力学特性为:内摩擦角35。，弹性模量25MPa，泊松比0.3。
[0100]余同实施例1、13。
[0101]实施例16:(透明固体材料为氟化钙)
当需制得模拟饱和黏土的透明土时，本发明所述透明土它由氟化钙与相同折射率的无色孔隙液体经备料、混配、抽真空、固结步骤配制而成，所述氟化钙为粒径≤ 0.074 IM的颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.434，密度3.18g/ cm 3 ;所述透明土的物理特性为:密度
1.98g/ cm 3~2.5g/ cm 3，重度20kN/m3~26kN/m3，固结度OCR值0.8~3 ;力学特性为:凝聚力I kPa?3kPa，内摩擦角22。?26。，弹性模量5MPa?9MPa，泊松比0.20?0.35 ;所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或溴化钙溶液或正12烷与甘油的混合物中的一种。
[0102]本实施例选择粒径< 0.074 mm的氟化钙颗粒；孔隙液体为糖溶液，所述的糖为蔗糖。调制溶液浓度(本实施例浓度为56 %)，利用阿贝折射仪测定蔗糖溶液在试验温度(本实施例为20°C)下的折射率(本实施例为1.434)，使其与氟化钙的折射率一致。
[0103]当需制得模拟饱和黏土的透明土时，在过程⑴中，所述制作模拟桩周土 2的透明土包括备料、混配、抽真空、固结步骤:
所述备料为选择粒径< 0.074 mm的氟化钙颗粒，其颗粒为不规则形状，清洗杂质并烘干，所述氟化钙折射率1.434，透光率95 %，容重3.18g/ cm 3 ;选择无色孔隙液体，调节溶液浓度，使孔隙液体的折射率与氟化钙的折射率一致；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或溴化钙溶液或正12烷与甘油的混合物中的一种；
本实施例选择粒径< 0.074mm的氟化钙颗粒；孔隙液体为糖溶液，所述的糖为蔗糖。调制溶液浓度(本实施例浓度为56 % )，利用阿贝折射仪测定蔗糖溶液在试验温度(本实施例为20°C)下的折射率(本实施例为1.434)，使其与氟化钙的折射率一致。
[0104]所述混配为根据试验条件与试样的尺寸大小计算确定氟化钙颗粒和孔隙液体的用量，先将氟化钙颗粒分层填入透明模型槽I中，并分3?4次击实；然后在透明模型槽I中注入孔隙液体；
本实施例在透明模型槽I中填入一定量后，对氟化钙颗粒进行预压；分3次击实，以控制试样的密度；然后在透明模型槽I中注入孔隙液体，静置24小时；
所述抽真空为利用抽真空装置抽除氟化钙颗粒之间的气泡，利用吸球抽去高出氟化钙颗粒的孔隙液体；
所述固结为在固结仪中进行固结，制得模拟饱和黏土的透明土，其物理特性为:密度
1.98g/ cm 3?2.5g/ cm 3，重度20kN/m3?26kN/m3，固结度OCR值0.8?3 ;力学特性为:凝聚力I kPa?3kPa，内摩擦角22。?26。，弹性模量5MPa?9MPa，泊松比0.20?0.35。
[0105]本实施例所制透明土的物理特性为:密度1.98g/cm3，重度20kN/m3，固结度OCR值
0.8 ;力学特性为:凝聚力I kPa，内摩擦角22°，弹性模量5MPa，泊松比0.35。
[0106]在过程⑶中，所述的透明碎石填料3为粒径4.5 mm?5.0 mm的氟化钙颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.434，密度3.18g/ cm 3。
[0107]余同实施例1。
[0108]实施例17:(透明固体材料为氟化钙)
在过程⑴中，所述孔隙液体为氯化钠溶液，其浓度为54 % ；
混配时，先将调配好的孔隙液体装在透明模型槽I中，并将氟化钙颗粒缓慢、均匀、分散地倒入透明模型槽I中，倾倒过程中不断搅拌排出气泡，并保持氟化钙颗粒始终在孔隙液体液面以下；
本实施例所制透明土的物理特性为:密度2.3g/cm3，重度23kN/m3，固结度OCR值1.5 ；力学特性为:凝聚力2 kPa，内摩擦角23。，弹性模量8MPa，泊松比0.30。
[0109]余同实施例1、16。
[0110]实施例18:(透明固体材料为氟化钙)
在过程⑴中，所述孔隙液体为溴化钙溶液，其浓度为45 % ；本实施例所制透明土的物理特性为:密度2.18/0113，重度211^/1113，固结度00?值1.0;力学特性为:凝聚力IkPa,内摩擦角22。，弹性模量6MPa，泊松比0.30。
[0111]余同实施例1、16。
[0112]实施例19:(透明固体材料为氟化钙)
在过程⑴中，所述孔隙液体为正12烷(折射率为1.421)与甘油(折射率为1.473)的混合物，通过调整正12烷与甘油的的质量比来改变混合油的折射率，使其与氟化钙颗粒的折射率一致；本实施例正12烷与甘油的的质量比为1:3 ；
本实施例所制透明土的物理特性为:密度2.3g/cm3，重度23kN/m3，固结度OCR值1.5 ；力学特性为:凝聚力3kPa，内摩擦角26。，弹性模量8MPa，泊松比0.35。
[0113]余同实施例1、16。
【权利要求】
1.一种浆固碎石水泥土搅拌组合桩模型试验装置，其特征是它包括透明模型槽，透明模型槽内设有浆固碎石水泥土搅拌组合桩、模拟桩周土的透明土；透明模型槽上方设有安装在支架上包括钻机、钻杆、钻头的钻孔机构；透明模型槽外一侧设有激光源，透明模型槽外的正视面、俯视面设有可观察透明模型槽空间的数码相机，数码相机通过数据线与处理装置联接；激光照射透明模型槽形成透明模型槽的竖向面或水平面的激光切面，由数码相机记录桩周土体散斑场变化及连续变形特征，分析不同桩周土体、钻头旋转半径、组合桩桩径和桩长情况下的浆固碎石水泥土搅拌组合桩的桩一土相互作用机理，完成整体浆固碎石水泥土搅拌组合桩的模型试验。
2.根据权利要求1所述的浆固碎石水泥土搅拌组合桩模型试验装置，其特征是所述的透明模型槽由透明有机玻璃制成，所述的钻杆、钻头由透明钢化玻璃制成。
3.根据权利要求1或2所述的浆固碎石水泥土搅拌组合桩模型试验装置，其特征是所述透明土它由全氟环状聚合物与相同折射率的无色孔隙液体经备料、混配、抽真空步骤配制而成，所述全氟环状聚合物为粒径0.25 mm~2.0 mm的颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.34，密度2.03g/cm3，透光率95 %，吸水性<0.01 % ;所述透明土的物理特性为:密度1.53 g/ cm 3~2.0g/ cm 3，重度15kN/m3~20kN/m3，密实度20 %~80 % ;力学特性为:内摩擦角30°~31°，弹性模量8MPa~50MPa，泊松比0.2~0.45 ;所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种。
4.根据权利要 求3所述的浆固碎石水泥土搅拌组合桩模型试验装置，其特征是所述的全氟环状聚合物颗粒0.25 mm<粒径< 0.5 mm的为10 %~50 %，0.5 mm<粒径< 1.0 mm的为10 %~50 %，1.0 mm≥粒径< 1.5 mm的为10 %~50 %，1.5 mm≥粒径≥2.0 mm的为10%~50 %，以重量计，合计为100 %。
5.根据权利要求1或2所述的浆固碎石水泥土搅拌组合桩模型试验装置，其特征是所述透明土它由全氟环状聚合物与相同折射率的无色孔隙液体经备料、混配、抽真空、固结步骤配制而成，所述全氟环状聚合物为粒径< 0.074 mm的颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.34，密度2.03g/cm3，透光率95 %，吸水性<0.01 % ;所述透明土的物理特性为:密度1.63g/ cm 3~2.0g/ cm 3，重度16kN/m3~20kN/m3，固结度OCR值0.8~3 ;力学特性为:凝聚力IkPa~3kPa,内摩擦角19。~22。，弹性模量5MPa~9MPa,泊松比0.20~0.35 ;所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种。
6.一种浆固碎石水泥土搅拌组合桩模型试验方法，其特征是它包括以下过程: ⑴建模:根据试验要求分别制作透明模型槽、模拟桩周土的透明土 ；所述的透明模型槽由透明有机玻璃制成，所述的钻杆、钻头由透明钢化玻璃制成； ⑵安装:在支架上安装好钻孔机构，透明模型槽外一侧安装好激光源，在透明模型槽外的正视面、俯视面分别安装数码相机，数码相机通过数据线与处理装置联接；打开激光源，检查其在透明土体内部形成的颗粒切面明亮度，调整激光角度，使切面垂直入射，打开数码相机，调整数码相机镜头，使其能涵括整个试验画面； ⑶试验:按照试验设计要求，振动沉管至设计深度后，往沉管内填筑透明碎石填料，振动上拔沉管，完成碎石桩的施工；激光照射透明模型槽形成切面，由数码相机记录土体内部位移规律； 然后，在碎石桩的中心位置由钻孔机构钻孔至设计深度，由数码相机记录土体内部位移规律； 接着，按照设计要求，旋转上拔钻头，并通过钻头上的注浆孔进行注浆施工至钻头完全拔出地表面，完成浆固碎石水泥土搅拌组合桩的施工；由数码相机记录土体内部位移规律； ⑷重复过程⑴~过程⑶，可通过处理装置分析不同桩周土体特性、钻头旋转半径、组合桩桩径和桩长情况下的浆固碎石水泥土搅拌组合桩的桩一土相互作用机理，完成整体浆固碎石水泥土搅拌组合桩的模型试验。
7.根据权利要求6所述的浆固碎石水泥土搅拌组合桩模型试验方法，其特征是在过程⑴中，所述制作模拟桩周土的透明土包括备料、混配、抽真空步骤: 所述备料为选择粒径为0.25 mm~2.0 mm的全氟环状聚合物颗粒，其颗粒为不规则形状，清洗杂质并烘干，所述全氟环状聚合物折射率1.34，密度2.03g/ cm 3，透光率95 %，吸水性<0.01 % ;选择无色孔隙液体，调节溶液浓度，使孔隙液体的折射率与全氟环状聚合物的折射率一致；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种； 所述混配为根据试验条件与试样的尺寸大小计算确定全氟环状聚合物颗粒和孔隙液体的用量，先将全氟环状聚合物颗粒分层填入透明模型槽中，并分3~4次击实；然后在透明模型槽中注入孔隙液体； 或者先将调配好的孔隙液体装在透明模型槽中，并将全氟环状聚合物颗粒缓慢、均匀、分散地倒入透明模型槽中，倾倒过程中不断搅拌排出气泡，并保持全氟环状聚合物颗粒始终在孔隙液体液面以下 所述抽真空为利用抽真空装置抽除全氟环状聚合物颗粒之间的气泡，利用吸球抽去高出全氟环状聚合物颗粒的孔隙液体，制得模拟饱和砂土的透明土，其物理特性为:密度1.538/0113~2.(^/0113，重度151^/1113~201^/1113，密实度20 % ~80 % ;力学特性为:内摩擦角30。~31。，弹性模量8MPa~50MPa,泊松比0.2~0.45。
8.根据权利要求7所述的浆固碎石水泥土搅拌组合桩模型试验方法，其特征是所述全氟环状聚合物颗粒0.25 mm<粒径< 0.5 mm的为10 %~50 %，0.5 mm<粒径< 1.0 mm的为10 %~50 % , 1.0 mm≤粒径< 1.5 mm的为10 %~50 % , 1.5腿≤粒径≤2.0 mm的为10 %~50 %，以重量计，合计为100 %。
9.根据权利要求6所述的浆固碎石水泥土搅拌组合桩模型试验方法，其特征是在过程⑴中，所述制作模拟桩周土的透明土包括备料、混配、抽真空、固结步骤: 所述备料为选择粒径< 0.074 mm的全氟环状聚合物颗粒，其颗粒为不规则形状，清洗杂质并烘干，所述全氟环状聚合物折射率1.34，密度2.03g/ cm 3，透光率95 %，吸水性<0.01 % ;选择无色孔隙液体，调节溶液浓度，使孔隙液体的折射率与全氟环状聚合物的折射率一致；所述的孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液中的一种； 所述混配为根据试验条件与试样的尺寸大小计算确定全氟环状聚合物颗粒和孔隙液体的用量，先将全氟环状聚合物颗粒分层填入透明模型槽中，并分3~4次击实；然后在透明模型槽中注入孔隙液体； 或者先将调配好的孔隙液体装在透明模型槽中，并将全氟环状聚合物颗粒缓慢、均匀、分散地倒入透明模型槽中，倾倒过程中不断搅拌排出气泡，并保持全氟环状聚合物颗粒始终在孔隙液体液面以下； 所述 抽真空为利用抽真空装置抽除全氟环状聚合物颗粒之间的气泡，利用吸球抽去高出全氟环状聚合物颗粒的孔隙液体； 所述固结为在固结仪中进行固结，制得透明固体材料为全氟环状聚合物颗粒，模拟饱和黏土的透明土，其物理特性为:密度1.63g/ cm 3~2.0g/ cm 3，重度16kN/m3~20kN/m3，固结度OCR值0.8~3 ;力学特性为:凝聚力IkPa~3kPa，内摩擦角19°~22°，弹性模量5MPa ~9MPa,泊松比 0.20 ~0.35。
10.根据权利要求6或7或8或9所述的浆固碎石水泥土搅拌组合桩模型试验方法，其特征是在过程⑶中，所述的透明碎石填料为粒径4.5 mm~5.0 mm的全氟环状聚合物颗粒，其颗粒为不规则形状，折射率1.34，密度2.03g/cm3，透光率95 %，吸水性<0.01 %。
【文档编号】G01B11/00GK103940981SQ201410177577
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】孔纲强, 曹兆虎 申请人:湖南城市学院