【文章內(nèi)容簡介】 際工作狀態(tài)，進(jìn)行合理全面地構(gòu)思，建立與原形具有相似規(guī)律的模型，借助儀器和設(shè)備，人為地控制試驗條件，研究現(xiàn)場條件下的某一或某些情況時的受力變形特性。1）相似理論相似理論的理論基礎(chǔ)是相似三定理：①相似第一定理（相似正定理）：對相似的現(xiàn)象，其相似指標(biāo)等于1；或者表述為對相似的現(xiàn)象，其相似準(zhǔn)則的數(shù)值相同。②相似第二定理（相似π定理）：設(shè)一物理系統(tǒng)有n個物理量，其中有k個物理量的量綱是相互獨立的，那么這n個物理量可表示成是相似準(zhǔn)則π1，π2，…，πnk之間的函數(shù)關(guān)系。即③相似第三定理（相似逆定理）：對于同一類物理現(xiàn)象,如果單值量相似,而且由單值量所組成的相似準(zhǔn)則在數(shù)值上相等,則現(xiàn)象相似。2）相似準(zhǔn)則模型試驗的基本原則是使模型與原型具有全面相似性，即模型試驗的相似律，它是將模型試驗的各個物理量按一定的關(guān)系組合在一起，以全面代表實際原型。試驗僅從幾何相似和力學(xué)相似兩個角度進(jìn)行模擬。 ①幾何相似 幾何相似是模型與原形在形狀、大小即尺度上的相似關(guān)系，以尺度模型比mL表示，這關(guān)系到模型大小和試驗規(guī)模，所以尺度模型比是模型試驗中最主要的一項模型比。確定了尺度模型比后，其它物理量的模型比可通過尺度模型比表示或由尺度模型比導(dǎo)出。 ②力學(xué)相似力學(xué)相似主要包括彈性相似、強(qiáng)度相似和應(yīng)力相似三個方面。因水泥土梁的彎曲試驗只考慮幾何相似，在此對力學(xué)相似不作具體介紹。 水泥土梁尺寸選擇及試驗安排1）水泥土梁尺寸選擇。試驗選用水泥土梁根據(jù)相似理論的幾何相似準(zhǔn)則來模擬長18 m，直徑為850㎜的柱形樁?？紤]水泥土梁的強(qiáng)度不高，如果按1:10的比例的話，受試驗條件的限制，可能折斷水泥土梁，沒法進(jìn)行成功的試驗，故選擇了100㎜100㎜1200㎜的水泥土梁來進(jìn)行試驗。P 水泥土梁加載示意圖2）試驗安排。用砂土澆注100㎜100㎜1200㎜水泥土梁的模型兩根進(jìn)行彎曲試驗,來測量水泥土梁破壞時的極限撓度。其中水泥含量為20%,水為23%。梁的撓度試驗采取在梁的中間逐級加載的方法,加載方式為先均勻加載,加到一定程度時減少每次加載量,以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及科學(xué)性。并在梁的中間及離梁近端面1/3處固定百分表,以便讀取和記錄3個不同點在不同荷載作用下的撓度。撓度試驗設(shè)計的示意圖如圖13所示。3 試驗裝置和儀器。因有此試驗?zāi)壳皼]有形成系統(tǒng)的試驗方法，也沒有特定的裝置和儀器可以使用，故參考別的試驗，選用相對可行的試驗裝置和儀器。如收縮性試驗參考了混凝土干縮性試驗；滲透性試驗采用了混凝土抗?jié)B性試驗的抗?jié)B儀；梁的撓度則是用百分表來量度梁在受集中力作用下不同測點的撓度值。 試驗裝置和儀器試驗 主要裝置和儀器土樣制備碎土機(jī)、烘箱、托盤、鏝刀、棒槌收縮性試驗JJ—5型水泥膠砂攪拌機(jī) 4040160水泥膠砂軟練試模、燒杯、勺子、量筒、移液管、標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱、電子天平、弓子形螺旋測微器 ZS—15水泥砂漿振動臺滲透性試驗HS4型混凝土抗?jié)B儀、液壓拖模器、試模、水泥膠砂攪拌機(jī)燒杯、勺子、量筒、移液管、振動棒梁彎曲試驗CZ6A型磁性表座、百分表 UJZ—15型砂漿攪拌機(jī)、振動棒、砝碼、臺座、量筒、電子天平、臺秤、燒杯、勺子HS4型混凝土抗?jié)B儀適用于混凝土抗?jié)B性能的試驗和抗?jié)B標(biāo)號的測定。因混凝土和水泥土咬合面滲透性試驗沒有現(xiàn)成的裝置可以利用，且抗?jié)B儀能自動加壓上水，能在一定程度上模擬成地下咬合樁的工作環(huán)境，故混凝土和水泥土咬合面滲透性試驗嘗試性的采用了抗?jié)B儀進(jìn)行試驗。 抗?jié)B儀總裝圖1箱頭架；2水泵；3水包；4放水閥；5安全閥；6注水閥；7螺栓8泵體；9供水管；10放（進(jìn)）水閥；11壓力表；12抗?jié)B試模；13試模座；14臺面；15水箱HS4型抗?jié)B儀的最大工作壓力為4MPa，電機(jī)功率為120W，工作方式為電動和手動加壓兩用，外形尺寸為1050㎜900㎜660㎜，重量為200kg左右，一次性可進(jìn)行6個試樣的試驗?？?jié)B儀采用的試模幾何尺寸為上口直徑174㎜，下口直徑185㎜，高度162㎜。成形模幾何尺寸上口直徑175㎜，下口直徑185㎜，高度150㎜?？?jié)B儀主要由箱體、水泵、水包、臺面、管道系統(tǒng)組成（）。1）箱體箱體（）是由各種型鋼焊接而成，通過螺栓（7）把箱架和箱頭架連成一體，箱頭架上安裝面板，面板上有安裝電接點壓力表（11），進(jìn)水閥和放水閥（10）等，箱頭架內(nèi)裝有（9）供水管；箱架內(nèi)裝有水泵（2）、水包（3）,其上部安裝試模座（13）和抗?jié)B試模（12）。箱架右側(cè)安有水箱（15）,用于向水泵供水。各部件之間由紫銅管道連接。 箱體后部的孔是用來搖手的。停電時，搖手從此處插入水泵出軸，順時針可搖動水泵，達(dá)到手動加壓的目的。2）水泵水泵的參數(shù)：柱塞直徑12 mm，柱塞行程10 mm， L/min。 水泵裝配圖1電機(jī)；2小齒輪軸；3大齒輪；4偏心輪；5連桿；6拉桿；7柱塞；8泵體水泵（）安裝在箱底部與電機(jī)（1）連接，傳動時通過小齒輪軸（2）傳遞大齒輪（3）驅(qū)動偏心輪（4），通過連桿（5）和拉桿（6），驅(qū)使柱塞（7）在泵體（8）內(nèi)做往復(fù)運動，水從水箱中靠大氣壓進(jìn)入水泵，從水泵出來的壓力水則進(jìn)入水包。當(dāng)水泵初次試驗時，可能因為內(nèi)部殘留空氣存在，不能形成水壓，這時抽出柱塞放氣。3）水包水包（）安裝在箱架底部，與水泵相鄰，它是一段無縫鋼管加封頭焊制成的，用于穩(wěn)定系統(tǒng)中的水壓。試驗時應(yīng)打開閥（6）向水包中注水，加滿水后即可擰緊。閥（4）是用于放空系統(tǒng)中的水，試驗時應(yīng)擰緊，待需要時再擰開放水。安全閥（5）是由其中的彈簧來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的安全壓力的，出廠時已調(diào)至不小于最大工作壓力。 試驗流程土樣準(zhǔn)備材料配制、攪拌、澆注、振搗、抹平烘干、粉碎烘干、密封保存試樣制作養(yǎng) 護(hù)試驗 試驗流程示意圖各個試驗的流程總體上一樣，都經(jīng)過土樣準(zhǔn)備、試樣制作和養(yǎng)護(hù)、試驗幾個過程。 土樣準(zhǔn)備試驗所用土有兩種：淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、砂性土（粗砂和細(xì)砂）。三種土樣分別來自同一工地，因此其工程性質(zhì)和初始邊界條件基本相同。擾動土樣的制備滿足GB/T50123—1999《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》：擾動土樣同一組試樣的密度與要求的密度之差不得大于177。，一組試樣的含水率與要求的含水率之差不得大于177。1%。土樣準(zhǔn)備過程包括現(xiàn)場取土、風(fēng)干、烘干、粉碎、烘干保存五個過程。現(xiàn)場取來的土由于含水量太大，采用天然晾干的方式將其晾干，因天然晾干需要的時間比較長，所以等晾到一定程度就用將土塊碾散，在放入烘箱烘干。隨后將烘干的土樣通過帶有孔徑2mm分析篩的土壤粉碎機(jī)，取篩下足夠試驗用的土樣，充分拌勻。為了使試驗中的土含水量相同，將粉碎好的土放進(jìn)烘箱在（105177。2）℃下烘干8h，然后放進(jìn)聚乙烯袋密封保存。 水泥土收縮性試驗試樣制作和養(yǎng)護(hù)按照試驗規(guī)劃和設(shè)計，根據(jù)不同配置方法分別稱量土、水泥、水和外加劑。由于濕土中加入水泥漿很難用人工拌和均勻，因此，先將干土、水泥放在攪拌鍋內(nèi)用攪拌鏟人工拌和均勻，然后將水和外加劑倒入攪拌鍋內(nèi)，與先前已拌好的干水泥土再次人工拌和，直到稍均勻后將攪拌鍋放到攪拌機(jī)的底座上，使用攪拌機(jī)機(jī)械攪拌90S。在選定水泥膠砂軟練試模（40 mm40 mm160mm）內(nèi)先裝入一半試料（裝料前需在潔凈的試模內(nèi)刷一道機(jī)油，以防試件與試模粘連；同時為防止試模滲漏，可用軟紙作墊圈墊在試模底部）用鏝刀輕輕插搗，并隨時用鏝刀沿試模內(nèi)壁插磨數(shù)次以防試樣產(chǎn)生麻面，然后將試模放在振動臺上振動直到上表面泛出灰漿；再裝入其余的水泥土后振動到上表面泛出灰漿。最后將試樣表面刮平，蓋上塑料薄膜防止水分蒸發(fā)過快（同時做上標(biāo)記以防不同試件混淆）。 試樣成型一天后，進(jìn)行拆模、編號，然后將試樣放在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)架上養(yǎng)護(hù)。其中標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室的溫度為（20177。3）。C，相對濕度大于90%。 混凝土與水泥土咬合樁模型試樣制作和養(yǎng)護(hù) 按照試驗計劃，根據(jù)不同配置方法分別稱量土、水泥、水和膨脹劑。由于濕土中加入水泥漿很難用人工拌和均勻，因此先將干土、水泥放在攪拌鍋內(nèi)用攪拌鏟人工拌和均勻，然后將再將剩余的水（有外加劑時外加劑宜后放）倒入攪拌鍋內(nèi)，與先前已拌好的干水泥土再次人工拌和，直到稍均勻后將攪拌鍋放到水泥膠砂攪拌機(jī)的底座上，使用攪拌機(jī)機(jī)械攪拌90S。將攪拌均勻的水泥土拌和物分兩次放入試模的一邊（在試模中間首先放入梯形玻璃隔板，一邊先放入袋裝的砂土，以防在另一邊插搗水泥土?xí)r，使玻璃隔板受力傾倒）每次都要插搗（一般每層插搗25次）到水泥土泛灰漿為止。待整個試模的一邊裝滿水泥土拌和物并插搗密實后摸平表面，蓋上塑料薄膜，送養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)。一部分水泥土試樣養(yǎng)護(hù)3天，一部分養(yǎng)護(hù)7天。按試驗規(guī)劃養(yǎng)護(hù)完成后，再攪拌混凝土澆注試模的剩余部分（澆注前應(yīng)先對澆注好的水泥土面進(jìn)行毛面處理，使混凝土面與水泥土面充分咬合）?；炷翑嚢璨捎妙A(yù)拌水泥沙漿法，先將水泥、砂和水充分?jǐn)嚢?，再投入石子攪拌成均勻的混凝土，然后把攪拌好的混凝土?次裝入試模的另一邊，每裝一次插搗25次，并保證每次插搗密實（若不夠密實則繼續(xù)插搗）。等混凝土裝滿試模，并插搗密實時，抹平試樣表面，蓋上塑料薄膜，送養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)。當(dāng)試模養(yǎng)護(hù)一晝夜后，取出試樣，用拆模器拆模。拆模時盡量保證試樣受力均勻，避免損壞成型試樣。拆模后立即把試樣送回養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)28天。 水泥土梁模型的制作和養(yǎng)護(hù)1）水泥土梁模型的制作 水泥土模型梁制作包括水泥土配制、水泥土攪拌、梁的澆注（包括振搗、抹平）等。其澆注方法參照混凝土澆注的具體規(guī)定。①水泥土配制水泥土在配合比設(shè)計時，須考慮設(shè)計強(qiáng)度、并要求有較好的可行性和經(jīng)濟(jì)性。本試驗水泥土配制為：含水量為20%；水泥摻入量23%；M（粗砂）：M（細(xì)砂）=9:1。在配比以前，必須對土的含水量、水泥的型號、出廠日期、強(qiáng)度以及其它的必要性指標(biāo)進(jìn)行檢查，確保材料符合試驗規(guī)范要求。另外，水泥土所用材料的計量必須準(zhǔn)確，各材料稱量的偏差不得超過試驗方法標(biāo)準(zhǔn)的要求。%。臺秤和電子天平有以下要求：稱量限度為5000g，最小分度值1g；稱量限度為1000g，；稱量入為500g，；稱量入為200g。②水泥土攪拌要獲得均勻的水泥土，必須對原材料進(jìn)行充分?jǐn)嚢琛Ｔ囼灢捎玫臄嚢铏C(jī)是水泥砂漿攪拌機(jī)，每次攪拌量為其容積的50%左右。攪拌時間從開始投料到結(jié)束為4min（試驗表明4min已使得材料均勻性很好）。投料的順序可以理解為二次投料法。即先使土和水泥充分?jǐn)噭?，再加水（外加劑摻入水中）。目的是使得土和水泥混合均勻，不產(chǎn)生水泥塊或土塊。③水泥土梁澆注水泥土梁的澆注前，應(yīng)先檢查模板的尺寸、軸線。為防止水的滲出，在模板的內(nèi)側(cè)放一層薄塑料薄膜防水滲流。水泥土梁的澆注采用連續(xù)澆注方式，中間不能間歇。每次澆注的水泥土盡量與前面的混合均勻。且控制兩次之間的時間間隔不超過10min。水泥土漿入模后，呈松散狀態(tài)，其中含有孔隙和氣泡。試驗中利用振動棒，采用人工搗實的方法，進(jìn)行內(nèi)部插搗。插搗時盡量均勻采點。每根水泥土梁分兩次，每次在同一位置插搗的延續(xù)時間一般為10～15s。澆注結(jié)束后，將水泥土梁的表面抹平。另外考慮水泥土的收縮，～1cm。2）水泥土梁養(yǎng)護(hù)水泥土梁澆注完成后視情況2～3天后進(jìn)行脫模養(yǎng)護(hù)。與水泥土試塊一樣，水泥土梁的養(yǎng)護(hù)采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。即在溫度為（20177。3）℃和相對濕度為90%以上的潮濕環(huán)境下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。 試驗 水泥土收縮性試驗 水泥土收縮性試樣 水泥土收縮性試驗要求在試樣成型一天后用小刀在試樣兩端面的中心處挖個小孔，然后粘上環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑并貼上小鋼珠()，等鋼珠粘牢時用弓型螺旋測微計初次測量兩小鋼珠之間的遠(yuǎn)端距離（每次測量應(yīng)重復(fù)三次，取算術(shù)平均數(shù)作為初次測定長度）及質(zhì)量，并記錄。測完后重新蓋上塑料薄膜并送養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)，以后就按照試驗規(guī)劃，養(yǎng)護(hù)128天后各測量一次（每次測定前用濕巾覆蓋試樣，以保持與原試樣條件相似的狀態(tài)）。 混凝土與水泥土咬合樁試樣滲透性試驗 按照試驗規(guī)劃與設(shè)計，混凝土與水