一種巖溶樁基抗震測試試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種巖溶粧基抗震測試試驗(yàn)裝置的制造方法，屬于巖溶粧基抗震測試領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]中國是一個地震多發(fā)國家，而且是全球大陸地震最頻繁、地震災(zāi)害最嚴(yán)重的國家。大陸VI?IX度地震區(qū)占國土面積的80%以上，其中很大一部分為巖溶分布區(qū)。隨著中國的快速發(fā)展，在巖溶地區(qū)的工程建設(shè)越來越多。巖溶地區(qū)工程地質(zhì)條件復(fù)雜，石芽密布的地表以及溶洞的存在都破壞了地基的完整性。特別是當(dāng)?shù)卣饋砼R的時候，溶洞的存在更是加劇了地震的作用。因此，對巖溶地區(qū)的地震特點(diǎn)進(jìn)行研究是非常有必要的。
[0003]由于巖溶地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，分布著大量溶洞，因此在巖溶地區(qū)進(jìn)行公路橋梁粧基施工時，粧基底部難免會出現(xiàn)一個甚至多個溶洞的情況。如果溶洞埋置深度較淺，可以選擇讓粧基穿過溶洞，如果溶洞埋置深度較深，一般要求將粧基作用在溶洞頂板之上，因此考慮溶洞一粧基共同作用體系的穩(wěn)定性是工程實(shí)踐中的一個關(guān)鍵問題。溶洞頂板安全厚度的確定對粧基的穩(wěn)定性、工程的安全性以及工程造價都有著直接的影響，合理地選取溶洞頂板安全厚度起著至關(guān)重要的作用。影響溶洞頂板安全厚度的因素眾多，包括地質(zhì)強(qiáng)度指數(shù)、溶洞尺寸、粧徑、上覆巖土體物理參數(shù)、單粧荷載等，目前針對地震作用下粧基下伏溶洞頂板破壞還沒有較好的測試試驗(yàn)裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種巖溶粧基抗震測試試驗(yàn)裝置的制造方法。
[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種巖溶粧基抗震測試試驗(yàn)裝置的制造方法，包括以下步驟:
(1)制作模具框:采用四塊有機(jī)玻璃板圍成可拆裝的方形模具框；
(2)預(yù)制溶洞模型:先將模具框固定在平面上;接著將預(yù)定直徑的半球形模具固定于平面上且位于模具框的正中間；然后稱量預(yù)定質(zhì)量的模型相似材料倒入模具框中，在保證模型密度的前提下進(jìn)行分層壓實(shí)；之后拆分模具框，取出半球形模具，自然風(fēng)干，即可形成一個半溶洞模型；按同樣的方法制作另一個半溶洞模型，將一個半溶洞模型反扣于另一個半溶洞模型之上，二者的接觸面上撒上模型相似材料，施加壓力使兩個半溶洞模型連接成一體的溶洞模型，之后風(fēng)干備用；
(3)制作模型箱、模型粧和粧帽:先采用四塊有機(jī)玻璃板作為側(cè)板和一塊有機(jī)玻璃板作為底板組合成一個無蓋的模型箱，再采用一塊有機(jī)玻璃板作為平臺，在平臺上開設(shè)供螺栓穿過以與振動臺表面螺栓孔連接的安裝孔，最后將模型箱底部固定于平臺表面的正中間；接著分別采用有機(jī)玻璃制作柱形的模型粧以及與模型粧上端部配合的粧帽；
(4)填充模型箱:填充之前在模型箱內(nèi)側(cè)與振動方向垂直的兩個面分別鋪設(shè)一層泡沫板;填充時采用分層填充法，稱量預(yù)定質(zhì)量的模型相似材料倒入模型箱內(nèi)，并進(jìn)行壓實(shí)磨平;待模型相似材料填充到預(yù)定位置時將溶洞模型固定于模型箱的正中間，在溶洞模型的周邊繼續(xù)填充模型相似材料并壓實(shí)；
(5)固定模型粧:在溶洞模型固定填充之后，將模型粧固定于溶洞頂板的中央位置上，繼續(xù)填充模型相似材料，使模型粧下端部嵌入模型相似材料預(yù)定深度；
(6)安裝粧帽:待整體模型干燥之后，在模型粧上端部裝上用于安放砝碼以進(jìn)行上部荷載施加的粧帽。
[0006]優(yōu)選的，步驟(2)在預(yù)制溶洞模型時，在溶洞模型內(nèi)布置位于溶洞周圍的應(yīng)變片。
[0007]優(yōu)選的，步驟(2)在預(yù)制溶洞模型時，在溶洞模型的溶洞頂板沿溶洞中軸線從下往上間隔布置多個應(yīng)變片，具體布置方法是在模具框內(nèi)的模型相似材料每一層壓實(shí)后布置一個應(yīng)變片。
[0008]優(yōu)選的，步驟(2)在預(yù)制溶洞模型時，待其中任一個半溶洞模型風(fēng)干之后在其接觸面上對稱布置多個應(yīng)變片。
[0009]優(yōu)選的，步驟(2)在預(yù)制溶洞模型時，在溶洞模型的溶洞底板沿溶洞中軸線布置一個應(yīng)變片，具體布置方法是在模具框內(nèi)的模型相似材料分層壓實(shí)過程中布置一個應(yīng)變片。
[0010]優(yōu)選的，步驟(3)在制作平臺時，在平臺表面上布置一個加速度計(jì)。
[0011]優(yōu)選的，步驟(4)在填充模型箱時，在模型箱內(nèi)沿溶洞中軸線和/或靠近于溶洞中軸線從下往上間隔布置多個加速度計(jì)，具體布置方法是在模型箱內(nèi)的模型相似材料分層壓實(shí)過程中進(jìn)行布置。
[0012]優(yōu)選的，步驟(5)在固定模型粧之前，在模型粧底部布置一個土壓力盒。
[0013]優(yōu)選的，步驟(5)在固定模型粧之前，在模型粧對應(yīng)于泡沫板的兩側(cè)位置從下往上分別間隔粘貼多個應(yīng)變片。
[0014]優(yōu)選的，步驟(6)在安裝粧帽之前，在模型粧頂部粘貼一個應(yīng)變片。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:該制作方法簡單可靠、易于實(shí)現(xiàn)且制作成本低，通過該制作方法制作出來的巖溶粧基抗震測試試驗(yàn)裝置具有設(shè)計(jì)新穎、結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、測試容易、測試效率高且測試成本低的優(yōu)點(diǎn)，特別適用于影響溶洞頂板安全厚度的地質(zhì)強(qiáng)度指數(shù)、溶洞尺寸、粧徑、上覆巖土體物理參數(shù)、單粧荷載等因素的測試，為地震作用下粧基下伏溶洞頂板破壞提供了較好的測試試驗(yàn)裝置，以便于合理地選取溶洞頂板安全厚度，保證工程安全可靠。
【附圖說明】
[0016]圖1為模型粧的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為一個半溶洞模型的制作示意圖。
[0018]圖3為一個半溶洞模型的分離示意圖。
[0019]圖4為另一個半溶洞模型的制作示意圖。
[0020]圖5為另一個半溶洞模型的分離示意圖。
[0021 ]圖6為兩個半溶洞模型的連接示意圖。
[0022]圖7為溶洞模型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖8為模型箱的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖9為試驗(yàn)工況一的原理示意圖。
[0025]圖10為試驗(yàn)工況二的原理示意圖。
[0026]圖11為巖溶粧基抗震測試試驗(yàn)裝置的主視剖面圖。
[0027]圖12為巖溶粧基抗震測試試驗(yàn)裝置的俯視示意圖。
[0028]圖中標(biāo)記:1_模型箱，2-模型粧，3-平臺，31-安裝孔，4-泡沫板，5-模型相似材料，6-溶洞模型，61-溶洞，62-頂板，63-—個半溶洞模型，64-另一個半溶洞模型，7-粧帽，8-加速度計(jì)，9-應(yīng)變片，10-土壓力盒，11-模具框，12-半球形模具。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為了讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下。
[0030]如圖1?12所示，一種巖溶粧基抗震測試試驗(yàn)裝置的制造方法，包括以下步驟:
(1)制作模具框11:采用四塊有機(jī)玻璃板圍成可拆裝的方形模具框11;
(2)預(yù)制溶洞模型6:先將模具框11固定在平面上;接著將預(yù)定直徑的半球形模具12固定于平面上且位于模具框11的正中間；然后稱量預(yù)定質(zhì)量的模型相似材料5倒入模具框11中，在保證模型密度的前提下進(jìn)行分層壓實(shí);之后拆分模具框11，取出半球形模具12，自然風(fēng)干，即可形成一個半溶洞模型63;按同樣的方法制作另一個半溶洞模型63，將一個半溶洞模型63反扣于另一個半溶洞模型64之上，二者的接觸面上撒上模型相似材料5，施加壓力使兩個半溶洞模型連接成一體的溶洞模型6，之后風(fēng)干備用；
(3)制作模型箱1、模型粧2和粧帽7:先采用四塊有機(jī)玻璃板作為側(cè)板和一塊有機(jī)玻璃板作為底板組合成一個無蓋的模型箱I，再采用一塊有機(jī)玻璃板作為平臺3，在平臺3上開設(shè)供螺栓穿過以與振動臺表面螺栓孔連接的安裝孔31，最后將模型箱I底部固定于平臺3表面的正中間;接著分別采用有機(jī)玻璃制作柱形的模型粧2以及與模型粧2上端部配合的粧帽7;
(4)填充模型箱1:填充之前在模型箱I內(nèi)側(cè)與振動方向垂直的兩個面(如左右振動，則是左右內(nèi)側(cè)面)分別鋪設(shè)一層泡沫板4;填充時采用分層填充法，稱量預(yù)定質(zhì)量的模型相似材料5倒入模型箱I內(nèi)，并進(jìn)行壓實(shí)磨平;待模型相似材料5填充到預(yù)定位置時將溶洞模型6固定于模型箱I的正中間，在溶洞模型6的周邊繼續(xù)填充模型相似材料5并壓實(shí)；
(5)固定模型粧2:在溶洞模型6固定填充之后，將模型粧2固定于溶洞61頂板62的中央位置上，繼續(xù)填充模型相似材料5，使模型粧2下端部嵌入模型相似材料5預(yù)定深度；
(6)安裝粧帽7:待整體模型干燥之后，在模型粧2上端部裝上用于安放砝碼以進(jìn)行上部荷載施加的粧帽7。
[0031]在滿足相似理論的前提下，應(yīng)用適合的配合比材料，制作巖溶粧基的相似模型，結(jié)合選定的地震波加載工況，對模型關(guān)鍵部位布置測點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的測量和分析，從而真實(shí)的反應(yīng)溶洞61頂板62及周邊巖體的破壞情況。試驗(yàn)可考慮頂板62厚度和溶洞61大小等工況對粧基穩(wěn)定性的影響，例如兩個工況進(jìn)行試驗(yàn)，工況一:保證溶洞61直徑為3倍粧徑的前提下，分別確定頂板62厚度在1-4倍粧徑的情況下對其進(jìn)行試驗(yàn)，如圖9所示;工況二:保證頂板62厚度2倍粧徑的情況下，溶洞61直徑在2-5倍粧徑的情況下變化進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如圖10所示。
[0032]在巖溶粧基模型試驗(yàn)中，容易發(fā)生破壞的部位是巖溶頂板62，且破壞發(fā)生在溶洞模型6內(nèi)部，不易觀察。因此測得的數(shù)據(jù)越多，內(nèi)部的破壞模式就越容易被計(jì)算出來，但是過多的傳感器和預(yù)埋線路會破壞模型的完整性，從而影響試驗(yàn)的效果，結(jié)合這兩者的矛盾性，應(yīng)盡可能地減少傳感器的布設(shè)，只在關(guān)鍵部位進(jìn)行測試。下面以工況二的直徑為4倍粧徑(6cm)的溶洞61為例。
[0033]在本發(fā)明實(shí)施例中，步驟(I)中的模具框11內(nèi)部尺寸為長15cmX寬15cm X高6cm，采用有機(jī)玻璃板制作，有利于保證溶洞61的完整性，其中兩塊有機(jī)玻璃板的兩邊分別通過螺釘鎖在另外兩塊有機(jī)玻璃板的兩端，拆分模具框11時只需取下螺釘即可。步驟(2)可將模具框11固定在桌面上，選擇直徑為6cm的半球形模具12，所述半球形模具12優(yōu)先選用半球形泡沫，由于頂板62厚度為2倍粧徑(3cm)，因此半溶洞模型的高度為6cm，整個溶洞模型6的尺寸為長15cm X寬15cm