一种大面积混凝土施工及养护过程地基变形影响模拟试验装置的制作方法

本实用新型涉及土木工程智能检测监测技术领域，尤其是一种大面积混凝土施工及养护过程地基变形影响模拟试验装置。

背景技术：

目前，针对软土地基大面积混凝土结构的无渗漏施工技术问题，其施工质量往往是关键。由于软土地基的土体特性，其沉降一般较大，在大面积混凝土结构施工后，处于不同龄期的混凝土结构都会因为软土地基的沉降受到变形作用，严重时会产生裂缝甚至断裂，从而导致混凝土结构的渗漏。然而，在既有的施工中并未有很好的应对方式，这是因为工程所处的软土地基的土体特性不同，即使是细小的差别亦会对混凝土结构的变形程度造成极大的影响。

技术实现要素：

本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种大面积混凝土施工及养护过程地基变形影响模拟试验装置，通过试验模型箱的设计配合变形模拟装置，人为干预实施地基差异沉降模拟条件，使不同龄期混凝土受到变形作用，观测各种不同试验条件下，混凝土裂缝发育状态、内部损伤和裂缝产状与分布、混凝土内部微结构的变化，从而研究致裂机理并提出防范变形裂缝的施工方法。

本实用新型目的实现由以下技术方案完成：

一种大面积混凝土施工及养护过程地基变形影响模拟试验装置，其特征在于：包括试验模型箱内设置有模拟地基土层，所述模拟地基土层设置在所述试验模型箱的箱体框架内部，所述模拟地基土层的上方可承接混凝土，在所述试验模型箱的箱体框架的底板为竖向位移可调底板，在所述竖向位移可调底板的下方设置有螺旋式行程调节器和竖向位移测量装置，所述螺旋式行程调节器与所述竖向位移可调底板相连并可使所述竖向位移可调底板产生竖向位移，所述竖向位移测量装置用于测量所述螺旋式行程调节器的动作行程。

所述试验模型箱的箱体框架由若干立柱、钢梁、固定横梁、竖向可调横梁、所述竖向位移可调底板构成，若干所述立柱间隔布置固定在所述竖向位移可调底板的上方，若干所述立柱的横向之间通过所述钢梁相连接固定，若干所述立柱的纵向之间通过所述固定横梁相连接，所述钢梁之间通过所述竖向可调横梁相连接；所述竖向可调横梁连接所述竖向位移可调底板，在所述竖向位移可调底板上开设有位移调节螺栓孔，所述位移调节螺栓孔用于所述螺旋式行程调节器相连接；所述立柱的侧面之间通过钢化玻璃封闭。

所述模拟地基土层包括海绵和干砂垫层，其中所述海绵铺设在所述试验模型箱的底部，所述干砂垫层铺设在所述海绵的上方。

所述试验模型箱的底部设置有支撑柱。

所述竖向位移测量装置为电阻式位移传感器。

本实用新型的优点是：能精准模拟大面积混凝土施工及养护过程地基变形影响，为实际施工提供参考，精度高；制造方便，简单，便于复用并且可根据不同工况进行简单的参数调整，实现精准模拟。

附图说明

图1为本实用新型的布置结构示意图；

图2为本实用新型中实验模型箱的截面构造示意图；

图3为本实用新型中试验模型箱的结构示意图；

图4为本实用新型中模拟沉降位移调节及其测量装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本实用新型特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-4所示，图中各标记分别1-16表示为：试验模型箱1、沉降位移调节点2、混凝土层3、砂垫层4、海绵垫层5、螺旋式行程调节器6、支撑柱7、立柱8、钢梁9、固定横梁10、竖向可调横梁11、位移调节螺栓孔12、竖向位移可调底板13、行程调节器固定装置14、电阻式位移传感器15、位移计固定装置16。

实施例：如图1所示，本实施例中大面积混凝土施工及养护过程地基变形影响模拟试验装置主体包括试验模型箱1，试验模型箱1可用于混凝土试验模型的构建，即试验模型箱1作为模拟大面积混凝土的主体。在试验模型箱1的底部间隔布置有沉降位移调节点2，该沉降位移调节点2作用于试验模型箱1，以对所模拟的大面积混凝土进行人工干预，从而实施地基差异沉降模拟，进而分析试验模型箱1内的大面积混凝土在不同龄期受到变形作用，观测各种不同试验条件下，混凝土的裂缝发育状态、内部损伤和裂缝产状与分布、混凝土内部微结构的变化，从而研究致裂机理并提出防范变形裂缝的施工方法，实现模拟试验意义。

具体地，如图2所示，在试验模型箱1的内部设置有模拟地基土层，该模拟地基土层由海绵垫层5和砂垫层4组合构成，其中海绵垫层5铺设在试验模型箱1的底部，砂垫层4铺设在海绵垫层5的上方；两者组合可承接混凝土层3，而且海绵垫层5和砂垫层4具有良好的透气散热性，避免浇筑过程中因混凝土的水化热造成裂缝。

如图2所示，在试验模型箱1的底部支点位置设置有支撑柱7，支撑柱7以将试验模型箱1支撑起一定高度，满足于螺旋式行程调节器6的安装高度需要。螺旋式行程调节器6作为地基差异沉降模拟的实施部件，其可通过顶推的方式向试验模型箱1施加顶推力，从而模拟地基差异沉降；其中地基差异沉降指的即是，沿图1所示的试验模型箱1的横向而言，安装螺旋式行程调节器6的位置（即沉降位移调节点2）的沉降量与其余位置的沉降量不同，从而模拟地基差异沉降。

如图3所示的试验模型箱1的俯视图，试验模型箱1由立柱8、钢梁9、固定横梁10、竖向可调横梁11、位移调节螺栓孔12、竖向位移可调底板13，其中立柱8为竖向支撑体，其间隔布置构成试验模型箱体1的箱体轮廓，沿试验模型箱1的横向的立柱8之间通过钢梁9相连接固定构成整体，沿试验模型箱1的纵向的立柱8之间则通过固定横梁10相连接固定整体。试验模型箱1的四周采用钢化玻璃封闭。

如图3所示，两排的相邻的钢梁9之通过竖向可调横梁11连成整体，竖向可调横梁11可在钢梁9的梁体范围内上下移动，两者之间可采用轨道、榫槽等滑动配合亦或是滚动配合的方式来进行活动连接。竖向可调横梁11的设置位置与固定横梁10的设置位置沿试验模型箱1的横向间隔布置，沿该试验模型箱1的高度方向错位布置。若干竖向可调横梁11连接有竖向位移可调底板13，竖向位移可调底板13上开设有与螺旋式行程调节器6的布设位置相对应的位移调节螺栓孔12，用于安装螺旋式行程调节器6。

如图4所示，螺旋式行程调节器6通过行程调节器固定装置14安装固定，并对准竖向位移可调底板13上的位移调节螺栓孔12的位置。螺旋式行程调节器6连接有电阻式位移传感器15，该电阻式位移传感器15用于测量螺旋式行程调节器6的顶推行程从而反映所模拟的地基差异沉降的沉降量，电阻式位移传感器15通过位移计固定装置16安装固定。

本实施例在具体实施时：在养护过程中，根据试验设计的情况，对不同区混凝土在制定养护期天数时调节螺旋式行程调节器6。

考虑地基变形的空间分布形式及沉降峰值位移的差异，本实施例中的模拟试验装置可针对任意地基沉降形式，通过数学回归获得三维曲面函数，然后依据该函数对应点位上地基沉降位移值，调节螺旋式行程调节器6（满足一定点位密度条件下），获得满足实际工程要求的地基沉降空间分布状态。

对于任意三维曲面形式的地基沉降状态，可通过给定的曲面函数（假设为已知或根据工程地质和其它地基检测结果获得），采用高斯插值方法，先求解出高斯点坐标，根据曲面函数计算出高斯点竖向位移作为模型控制点的模拟施加位移，从而模拟地基沉降及其对模型混凝土的影响。

在使用本实施例中的模拟试验装置时，首先根据工程现场实际（工程地质及水文地质、地基勘察成果资料），确定需要模拟的工程区域地基沉降类型、最大沉降量，并建立沉降模拟曲面函数。

选择合适场地，制作相同一定比例几何相似的试验模型箱1，铺设海绵和干砂垫层软质底层以模拟地基土层，试验模型箱1内铺设砂垫层4、海绵垫层5，所铺设的模拟地基土层的种类、层数及厚度等参数可以模拟实际施工场地内的情况为准且尽可能保障混凝土在浇筑后不会受到水化过热的影响。

计算确定模拟曲面位移控制点（高斯插值点）的坐标位置及其对应的竖向位移值，作为唯一模拟调控的依据。在试验模型箱1的下方的对应点按设计要求安装若干螺旋式行程调节器6并逐一连接电阻式位移传感器15并读取初读数。

之后，在试验模型箱1内的模拟地基土层上方浇筑混凝土层3（必要时安装模拟钢筋），并用电动振捣器振捣混凝土至密实、均匀，按施工规范将混凝土养护至模拟沉降龄期。在模拟试验时，混凝土层3为实际的试验对象，以分析其在施工及养护过程中受地基变形的影响。

根据位移曲面设置各控制点竖向位移值，调节螺旋式行程调节器6至设定位移值，保持竖向位移不变，养护至满龄以备后期内部质量检测分析，从而实现混凝土层3在不同龄期受到变形作用，观测各种不同试验条件下，混凝土的裂缝发育状态、内部损伤和裂缝产状与分布、混凝土内部微结构的变化，从而研究致裂机理并提出防范变形裂缝的施工方法，实现模拟试验意义。

虽然以上实施例已经参照附图对本实用新型目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本实用新型作出各种改进和变换，故在此不一一赘述。