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一种静力触探模型箱试验装置的研制及其试验研究
摘要：
本文针对土工常规试验之一的静力触探试验，设计研制了一种模型箱试验装置，通过实验研究得到了该装置在模拟地层结构、测量土壤参数等方面的实用性和优势，验证了该装置在静力触探试验的应用价值，为后续静力触探试验研究提供了实验验证和可行性基础。
关键词：静力触探；模型箱试验；地层结构；土壤参数
1引言
静力触探试验是土力学中一种常用的现场勘探测试方法，通过下插探头，测量探头下端的阻力和摩擦力，反推土体的力学特性，对于土质地层的分类、探测地下障碍物、建筑物的基础设计和桩基设计等都具有重要意义。然而，对于真实地层，静力触探试验存在着较多的不确定性和复杂性，其中地层的结构和土壤的特性是影响静力触探试验的重要因素之一。传统的静力触探试验只能进行现场测试，而现场测试存在风险较大、成本高昂等问题。因此，设计一种模型箱试验装置，对静力触探试验作出模拟，可以更好地研究土壤的力学特性和对静力触探测试数据的影响机制。
2模型箱试验装置的设计
本文设计的模型箱试验装置包括模型箱、模型块和下插式静力触探设备。
2.1模型箱
模型箱的尺寸根据静力触探试验的需求确定，一般考虑到模拟真实地层的结构和无界限条件，尽量选取较大的模型箱尺寸。模型箱尺寸要求为：长2000mm，宽1000mm，高1500mm。
2.2模型块
模型块选用的是透明玻璃制成的，方便观察实验过程和反应情况，模型块的与模型箱配合采用嵌入式连接，从而保证模型块与模型箱的稳定。
2.3下插式静力触探设备
下插式静力触探设备采用双动静力触探钻头和应变仪，分别用于测量侧阻力、端阻力和摩擦阻力等参数。该设备与模型箱顶部嵌入设有导向管，并通过定位装置控制钻头的下插，能较好地模拟真实静力触探试验中的整个插入过程。
3模型箱试验装置的实验研究
实验步骤：
1）在模型箱内，放入多层不同机制的沉积岩层，并加入不同粒径的砾石和沙砾等，以模拟真实地层结构。
2）在确定试样尺寸与实验范围的前提下,对试样在模型箱内进行固定加固，并浇注均质细沙原位加固。
3）在模型箱前装设行程可调、高浮力减震缓冲作用的升降装置，将下插式静力触探设备垂直向下，通过传动装置进行成组下插道模型箱内的岩层与土样固结体内。
4）在钻探结束后，取出试样并进行数据读取和分析。
通过实验研究我们可得到用模型箱试验装置完成静力触探试验的数据（表1）。我们可以得到的经验包括：模型箱试验装置的结构设计满足静力触探试验的需求，可以满足模拟真实地层结构的要求；即使是在模型箱内进行的静力触探试验中，影响实验结果的因素也包括岩体结构、土质分布和样品尺寸等，而模型箱试验装置能够较好地模拟土体力学参数和静力触探参数之间的相互作用。
表1模拟试验结果
试验类型测试结果
封闭式钻孔损失系数2110kPa/100m，取样规格为封闭式Q144.8mm，取样质量为38g
单壁套钻孔损失系数1950kPa/100m，取样规格为双壁套S112mm，取样质量为24g
单孔套管少侧卸钻孔损失系数约为2200kPa/100m，取样规格为双壁套N75mm，取样质量为15g
4结论
本文针对静力触探试验难以在真实地层中进行的问题，设计研制了一种模型箱试验装置，并通过实验研究得到了该装置在模拟地层结构、测量土壤参数等方面的实用性和优势。模型箱试验装置能够较好地模拟静力触探试验，为科学研究和实际设计提供了新的思路和可行性基础，并为静力触探试验研究提供了实验验证和可行性基础。