本发明提供一种模拟桩周黏土地层原位应力场的试验装置及方法，包括：具有用于容纳黏土层的腔体的固结模型箱，腔体内设有上功能层和下功能层，上功能层位于黏土层的上层，下功能层位于黏土层的下层；腔体内沿竖向设有模型桩，模型桩的下端从上功能层插入至黏土层；与固结模型箱相连的强渗流生成机构，强渗流生成机构生成强渗流对固结模型箱的黏土层渗透加载，使黏土层发生固结；数据监测与采集部件用于采集并监控固结模型箱的土体固结全过程中的沉降值和孔压值，以判断土体固结进度。本发明能有效地模拟桩周黏土地层的原位应力状态，可在此基础上进一步开展缩尺模型试验研究，在海洋工程、岩土工程等领域具备良好应用前景。
1.一种模拟桩周黏土地层原位应力场的试验装置，其特征在于，包括：
固结模型箱，所述固结模型箱具有用于容纳黏土层的腔体，所述腔体内设有上功能层和下功能层，其中，所述上功能层位于所述黏土层的上层，所述上功能层用于防止发生水力劈裂及阻止土体向上流失，所述下功能层位于所述黏土层的下层，所述下功能层用于确保所述黏土层底面负压均匀及阻止砂砾流失；所述腔体内沿竖向设有模型桩，所述模型桩的下端从所述上功能层插入至所述黏土层；
强渗流生成机构，所述强渗流生成机构与所述固结模型箱相连，所述强渗流生成机构对所述固结模型箱的黏土层渗透加载产生渗流力，使所述黏土层发生固结，用以模拟桩周黏土地层原位应力场；
数据监测与采集部件，所述数据监测与采集部件用于采集并监控所述固结模型箱内土体固结全过程中的沉降值和孔压值，以判断土体固结进度；
所述上功能层由上层至下层依次设置硬质多孔板、第一滤纸板；所述下功能层由上层到下层依次设置第二滤纸板、反滤层和土工织物层；
强渗流产生机构包括：真空泵和真空水箱，其中，真空水箱与真空泵通过第一管路相连，真空水箱与固结模型箱底部开设的第二通孔通过第二管路相连，经真空泵对真空水箱抽气使固结模型箱腔体的水、气抽排出至真空水箱内；
第一管路上设有用于调节真空水箱真空度的压力调节阀；真空水箱上设有用于监测真空水箱真空度的气压表；第二管路上设有止水阀，用于连通或断开第二管路。
2.根据权利要求1所述的模拟桩周黏土地层原位应力场的试验装置，其特征在于，所述数据监测与采集部件包括位移计和孔压计，其中，所述位移计与所述硬质多孔板相连，用于采集土体固结全过程中的沉降值；所述孔压计设置于所述固结模型箱侧壁上，用于采集土体固结全过程中的孔压值。
3.根据权利要求1所述的模拟桩周黏土地层原位应力场的试验装置，其特征在于，所述固结模型箱为上部敞口式的长方形结构，所述固结模型箱的侧壁上设有用于安装孔压计的第一通孔；
所述固结模型箱的底面设有第二通孔，所述第二通孔与所述强渗流生成机构相连用以排水排气；
4.根据权利要求3所述的模拟桩周黏土地层原位应力场的试验装置，其特征在于，所述固结模型箱的侧壁沿竖向均匀分布多排第一通孔，实现对土体不同深度处的孔压值监测。
5.根据权利要求3所述的模拟桩周黏土地层原位应力场的试验装置，其特征在于，所述强渗流产生机构包括：真空泵；
真空水箱，所述真空水箱与所述真空泵通过第一管路相连，所述真空水箱与所述第二通孔通过第二管路相连，经所述真空泵对所述真空水箱抽真空，使所述固结模型箱腔体的水、气排出至所述真空水箱内。
6.根据权利要求3所述的模拟桩周黏土地层原位应力场的试验装置，其特征在于，所述第一管路上设有用于调节所述真空水箱真空度的压力调节阀；
所述真空水箱上设有气压表，用于监测所述真空水箱的真空度；
7.根据权利要求3所述的模拟桩周黏土地层原位应力场的试验装置，其特征在于，所述真空水箱为柱状结构，所述柱状结构包括：侧壁，所述侧壁为透明材质制成的筒状结构，所述侧壁上设有刻度值；
上盖板，所述上盖板设置于所述侧壁的上端面，所述上盖板与所述侧壁的上端面通过第一连接件相连，且所述上盖板与所述侧壁的上端面之间密封配合；
下盖板，所述下盖板设置于所述侧壁的下端面，所述下盖板与所述侧壁的下端面通过第二连接件相连，且所述下盖板与所述侧壁的下端面之间密封配合；所述下盖板的下表面设有垫脚，所述垫脚位置与所述固结模型箱底面高度一致，保证二者无水头差。
8.一种模拟桩周黏土地层原位应力场的试验方法，其特征在于，包括：采用所述的权利要求1‑7任一项所述的模拟桩周黏土地层原位应力场的试验装置进行，按照以下步骤执行：S1：在固结模型箱的腔体内壁涂抹润滑介质，从下而上依次放入下功能层、黏土层和上功能层，将模型桩插入黏土层中，之后向所述腔体内加入无气水并使水面高于所述上功能层的上表面，并在试验期间使水面高度保持不变；在所述固结模型箱上安装数据监测与采集部件，用于采集土体固结全过程中的沉降值和孔压值；
S2：将强渗流生成机构与所述固结模型箱相连，通过所述强渗流生成机构对所述固结模型箱的黏土层渗透加载产生渗流力，使所述黏土层在上下面压力差作用下开始排水固结；
S3：调节所述强渗流生成机构的真空度，对黏土层分级进行渗透加载，同时通过所述数据监测与采集部件采集土体固结全过程中的沉降值和孔压值并输出至外部终端；
S4：当黏土层在设定时间内沉降值小于0.1mm时，判断为土体固结完成，读取沉降值与有限应变理论沉降对比，当二者数值相差在设定值范围内，即判断为在1g条件下成功模拟桩周黏土地层原位应力场。
9.根据权利要求8所述的模拟桩周黏土地层原位应力场的试验方法，其特征在于，所述S2：将强渗流生成机构与所述固结模型箱相连，通过所述强渗流生成机构生成强渗流对所述固结模型箱腔体内的黏土层渗透加载，其中，将强渗流生成机构与所述固结模型箱相连包括：将真空泵与真空箱通过第一管路相连，并在第一管路上安装压力调节阀，用以调节真空水箱的真空度，控制渗流力大小；在所述真空水箱上安装气压表，用于监测所述真空水箱的真空度；将所述真空水箱与所述固结模型箱腔体通过第二管路相连，并在所述第二管路上安装止水阀；待所述强渗流生成机构与所述固结模型箱连接完成后，打开所述真空泵，调节所述压力调节阀，使所述真空水箱达到所需真空度，之后打开所述止水阀，此时土体在上下面压力差作用下开始排水固结。
一种模拟桩周黏土地层原位应力场的试验装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及土木工程模型试验领域，具体地，涉及一种模拟桩周黏土地层原位应力场的试验装置及方法。
背景技术
[0002] 为开采能源，海上风电基础，油气开采平台等的安装使用基本都在海底中浅层土进行，所以研究在海底浅中层土中基础或平台的服役性能，对于海洋资源的开发利用有重要的意义。由于基础、平台体型巨大，若是在原位进行试验研究，有难度大，机会少，耗费人力物力多等限制条件。所以，需要在试验室条件下模拟出海洋原位土体应力场条件。
[0003] 一种模拟桩周黏土地层原位应力场的试验装置及方法，通过水在土体中的渗流提供给黏土土颗粒的体积力，可模拟海洋原位土体的应力场。此外，渗流固结的土样，亦可为离心机试验做准备，可减少在离心机中固结时间；还可将桩基础、沉垫基础等置于此试验装置中，并与水槽试验相结合，探究波浪作用下基础周边海床响应等。
[0004] 经对现有技术文献的检索发现，李广信，方磊等人在1997年介绍了渗流力模型试验的基本原理与装置，它利用水在土体中渗流时，对土颗粒的拖拽作用提供体积力，在向下渗流的过程中，其模型比为n＝i+1，i为水力梯度。Fox在《Analysis of Hydraulic Gradient Effects for Laboratory Hydraulic Conductivity Testing》(Geotechnical Testing Journal)中提出了一个理论模型，描述了水力梯度对渗透性的影响，并推导出土样在渗流力试验条件下，渗透系数随土样高度变化的关系式，根据该表达式，给出了相应的孔压、有效应力、孔隙比、水力梯度和渗透性的分布方程。
[0005] 渗流产生渗流体积力的机理已经得到理论证实，本专利将渗流产生体积力的原理应用到黏土地层的原位应力场模拟中。
发明内容
[0006] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种模拟桩周黏土地层原位应力场的试验装置及方法。
[0007] 本发明第一个方面提供一种模拟桩周黏土地层原位应力场的试验装置，包括：
[0008] 固结模型箱，所述固结模型箱具有用于容纳黏土层的腔体，所述腔体内设有上功能层和下功能层，其中，所述上功能层位于所述黏土层的上层，所述上功能层用于防止发生水力劈裂及阻止土体向上流失，所述下功能层位于所述黏土层的下层，所述下功能层用于确保所述黏土层底面负压均匀及阻止砂砾流失；所述腔体内沿竖向设有模型桩，所述模型桩的下端从所述上功能层插入至所述黏土层；
[0009] 强渗流生成机构，所述强渗流生成机构与所述固结模型箱相连，所述强渗流生成机构对所述固结模型箱的黏土层渗透加载产生渗流力，使所述黏土层发生固结，用以模拟桩周黏土地层原位应力场；
[0010] 数据监测与采集部件，所述数据监测与采集部件用于采集并监控所述固结模型箱内土体固结全过程中的沉降值和孔压值，以判断土体固结进度。
[0011] 优选地，所述上功能层由上层至下层依次设置硬质多孔板、第一滤纸板；所述下功能层由上层到下层依次设置第二滤纸板、反滤层和土工织物层。
[0012] 优选地，所述数据监测与采集部件包括位移计和孔压计，其中，所述位移计与所述硬质多孔板相连，用于采集土体固结全过程中的沉降值；所述孔压计设置于所述固结模型箱侧壁上，用于采集土体固结全过程中的孔压值。
[0013] 优选地，所述固结模型箱为上部敞口式的长方形结构，所述固结模型箱的侧壁上设有用于安装所述孔压计的第一通孔；
[0014] 所述固结模型箱的底面设有第二通孔，所述第二通孔与所述强渗流生成机构相连用以排水排气；
[0015] 所述固结模型箱底部设有用以抬高底面的支撑部。
[0016] 优选地，所述固结模型箱的侧壁沿竖向均匀分布多排第一通孔，实现对土体不同深度处的孔压值监测。
[0017] 优选地，所述强渗流产生机构包括：
[0018] 真空泵；
[0019] 真空水箱，所述真空水箱与所述真空泵通过第一管路相连，所述真空水箱与所述第二通孔通过第二管路相连，经所述真空泵对所述真空水箱抽真空，使所述固结模型箱腔体的水、气排出至所述真空水箱内。
[0020] 优选地，所述第一管路上设有用于调节所述真空水箱真空度的压力调节阀；
[0021] 所述真空水箱上设有气压表，用于监测所述真空水箱的真空度；
[0022] 所述第二管路上设有止水阀。
[0023] 优选地，所述真空水箱为柱状结构，所述柱状结构包括：
[0024] 侧壁，所述侧壁为透明材质制成的筒状结构，所述侧壁上设有刻度值；
[0025] 上盖板，所述上盖板设置于所述侧壁的上端面，所述上盖板与所述侧壁的上端面通过第一连接件相连，且所述上盖板与所述侧壁的上端面之间密封配合；
[0026] 下盖板，所述下盖板设置于所述侧壁的下端面，所述下盖板与所述侧壁的下端面通过第二连接件相连，且所述下盖板与所述侧壁的下端面之间密封配合；所述下盖板的下表面设有垫脚，所述垫脚位置与所述固结模型箱底面高度一致，保证二者无水头差。
[0027] 本发明第二个方面提供一种模拟桩周黏土地层原位应力场的试验方法，包括：采用所述的模拟桩周黏土地层原位应力场的试验装置进行，按照以下步骤执行：
[0028] S1：在固结模型箱的腔体内壁涂抹润滑介质，从下而上依次放入下功能层、黏土层和上功能层，将模型桩插入黏土层中，之后向所述腔体内加入无气水并使水面高于所述上功能层的上表面，并在试验期间使水面高度保持不变；在所述固结模型箱上安装数据监测与采集部件，用于采集土体固结全过程中的沉降值和孔压值；
[0029] S2：将强渗流生成机构与所述固结模型箱相连，通过所述强渗流生成机构对所述固结模型箱的黏土层渗透加载产生渗流力，使所述黏土层在上下面压力差作用下开始排水固结；
[0030] S3：调节所述强渗流生成机构的真空度，对黏土层分级进行渗透加载，同时通过所述数据监测与采集部件采集土体固结全过程中的沉降值和孔压值并输出至外部终端；
[0031] S4：当黏土层在设定时间内沉降值小于0.1mm时，判断为土体固结完成，读取沉降值与有限应变理论沉降对比，当二者数值相差在设定值范围内，即判断为在1g条件下成功模拟桩周黏土地层原位应力场。
[0032] 优选地，所述S2：将强渗流生成机构与所述固结模型箱相连，通过所述强渗流生成机构生成强渗流对所述固结模型箱腔体内的黏土层渗透加载，其中，将强渗流生成机构与所述固结模型箱相连包括：将真空泵与真空箱通过第一管路相连，并在第一管路上安装压力调节阀，用以调节真空水箱的真空度，控制渗流力大小；在所述真空水箱上安装气压表，用于监测所述真空水箱的真空度；将所述真空水箱与所述固结模型箱腔体通过第二管路相连，并在所述第二管路上安装止水阀；待所述强渗流生成机构与所述固结模型箱连接完成后，打开所述真空泵，调节所述压力调节阀，使所述真空水箱达到所需真空度，之后打开所述止水阀，此时土体在上下面压力差作用下开始排水固结。
[0033] 与现有技术相比，本发明具有如下至少一种的有益效果：
[0034] 本发明上述装置，利用渗透吸力产生的压力差，在固结模型箱内产生渗流力，可在1g环境下生成超重力场，能有效地模拟桩周黏土地层的原位应力状态，并可在此基础上进一步开展缩尺模型试验研究；与传统的离心机模型试验装置相比，制作简单，经济实惠，模型箱尺寸受限制小，亦可同时进行多个模型箱试验，缩短单位试验时长，并可自由调节真空度，从而引发不同大小的水力梯度，改变模型缩尺比例。
[0035] 本发明上述装置，解决了大型海洋地层原位试验研究难度大、机会少，耗费人力物力多等限制因素无法进行原位试验的问题，能够模拟海洋中浅层土体的原位应力场，数据准确，方法有效且简便。
附图说明
[0036] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0037] 图1是本发明一优选实施例的模拟桩周黏土地层原位应力场的试验装置的结构示意图；
[0038] 图2是本发明一优选实施例的固结模型箱的腔体与数据监测与采集部件相连的示意图；
[0039] 图3a是本发明一优选实施例的真空水箱的结构示意图；
[0040] 图3b是本发明一优选实施例的真空水箱的上盖板的结构示意图；
[0041] 图3c是本发明一优选实施例的真空水箱的下盖板的结构示意图；
[0042] 图4是本发明一优选实施例的固结模型箱的结构示意图；
[0043] 图中标记分别表示为：1为真空泵、2为压力调节阀、3为气压表、4为真空水箱、5为止水阀、6为位移计、7为硬质多孔板、8a为第一滤纸板、8b为第二滤纸板、9为孔压计、10为固结模型箱、11为反滤层、12为土工织物层、13为模型桩、14为数据采集仪、41为上盖板、42为侧壁、43为下盖板、44为垫脚、411为第一螺丝孔、412为第一密封垫圈、431为第二螺丝孔、432为第二密封垫圈、10‑1为第一通孔、10‑2为第二通孔。
具体实施方式
[0044] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0045] 参照图1所示，为本发明一优选实施例的模拟桩周黏土地层原位应力场的试验装置，包括：固结模型箱10、强渗流生成机构和数据监测与采集部件。
[0046] 固结模型箱10具有用于容纳黏土层的腔体，腔体内设有上功能层和下功能层，其中，上功能层位于黏土层的上层，上功能层用于防止发生水力劈裂及黏土体向上流失；下功能层位于黏土层的下层，下功能层用于保证黏土层底面负压均匀及防止砂砾流失。腔体内沿竖向设有模型桩13，模型桩13的下端从上功能层插入至黏土层；强渗流生成机构与结模型箱相连，强渗流生成机构对固结模型箱10的黏土层渗透加载产生渗流力，使固结模型箱10的黏土层发生固结，用以模拟桩周黏土地层原位应力场，原位应力场是指土体不排水抗剪强度随着土体深度线性增加的应力场。
[0047] 数据监测与采集部件用于采集并监控固结模型箱10内土体固结全过程中的沉降值、孔压值，以判断土体固结进度。作为一优选方式，在条件允许的情况下，在采集孔压值时，同步采集土体固结全过程中的土压力值，实现对土体固结的应力值分析。
[0048] 上述装置在具体实施时，根据具体试验需求，在固结模型箱10内加入黏土体与水，利用渗透吸力产生的压力差，在固结模型箱10内产生渗流力，可在1g环境下生成超重力场，能有效地模拟桩周黏土地层的原位应力状态，并可在此基础上进一步开展缩尺模型试验研究，在海洋工程、岩土工程等领域具备良好应用前景。
[0049] 在其它部分优选实施例中，参照图2所示，上功能层由上层至下层依次包括硬质多孔板7、第一滤纸板8a，其中，硬质多孔板7用于防止发生水力劈裂，第一滤纸板8a是为了防止黏土体向上流失；下功能层由上层到下层依次包括：第二滤纸板8b、反滤层11和土工织物层12，其中，反滤层11可以为砂垫层。第二滤纸板8b是用于防止黏土层与反滤层11混合，反滤层11用于保证黏土层底面负压均匀，土工织物层12是为了防止反滤层11砂砾流失。
[0050] 在其它部分优选实施例中，参照图2所示，数据监测与采集部件包括位移计6和孔压计，其中，位移计6与硬质多孔板7相连，用于采集土体固结全过程中的沉降值；孔压计9设置于固结模型箱10的侧壁上，用于采集土体固结全过程中的孔压值。作为一优选方式，在固结模型箱10的侧壁上还设有土压力计，用于采集土体固结全过程中的土压力值。通过数据监测与采集部件将采集的土体固结全过程中的沉降值、孔压值和土压力值输出至外部终端设备。数据监测与采集部件还包括数据采集仪14，用于记录位移计6、孔压计9和土压力计采集的数据并将所采集的数据传输至外部终端。
[0051] 在其它部分优选实施例中，结合图2、图4所示，固结模型箱10为长方形箱体，长方形箱体的上部为敞口式且完全敞开。长方形箱体的侧壁上开设有第一通孔10‑1，第一通孔10‑1用于安装孔压计9和土压力计。在一实例中，长方形箱体的长宽高分别为700mm、200mm、
400mm。
[0052] 在长方形箱体的底面设有第二通孔10‑2，第二通孔10‑2与强渗流生成机构相连用以排水排气。作为一优选方式，在长方形箱体的底面均匀布置两个或以上孔位，用以排水排气。当设置多个孔位时，将每个孔位均与真空水箱4连接，保证长方形箱体底面的孔压尽可能均匀，再通过反滤层11对负压的扩散，使得传递到黏土层底部的负压均匀。
[0053] 长方形箱体底部设有支撑部，用以抬高长方形箱体底面。作为一优选方式，支撑部包括在长方形箱体底部的四个角的位置上分别安装垫脚44。
[0054] 在其它部分优选实施例中，参照图4所示，固结模型箱10的侧壁沿竖向均匀分布多排第一通孔10‑1，每排可以设置一个或两个孔位。通过沿竖向设置多排第一通孔10‑1，即可实现对不同深度处的孔压值监测。
[0055] 在其它部分优选实施例中，强渗流产生机构包括：真空泵1和真空水箱4，其中，真空水箱4与真空泵1通过第一管路相连，真空水箱4与第二通孔10‑2通过第二管路相连，经真空泵1对真空水箱4抽气使固结模型箱10腔体的水、气抽排出至真空水箱4内。
[0056] 在其它部分优选实施例中，第一管路上设有用于调节真空水箱4真空度的压力调节阀2；真空水箱4上设有用于监测真空水箱4真空度的气压表；第二管路上设有止水阀5，用于连通或断开第二管路。在具体实施时，当真空水箱4的真空度达到所需真空度时，打开止水阀5，固结模型箱10腔体内的土体在上下面压力差作用下开始排水固结。作为一优选方式，第一管路、第二管路均可采用PU管道。将真空泵1、压力调节阀2、真空水箱4、止水阀5、固结模型箱10依次通过PU管道和气动插头相连。在具体实施时，在固结模型箱10底部的第二通孔10‑2处设置有第一气动插头，保证第二通孔10‑2与第二管路连接后不会漏水漏气；第二管路上止水阀5两侧分别设置有第二气动插头，用来将止水阀5和PU管道连接；真空水箱4底部第二螺丝孔431处设有第三气动插头，再和PU管道相连到止水阀5；真空水箱4上部两个第一螺丝孔411设有第四气动插头，用于连接PU管道，相应管道再分别连接到气压表3和压力调节阀2；压力调节阀2两侧分别设置有第五气动插头，用于连接PU管道；真空泵1上也设有第六气动插头，用于连接第一管路。
[0057] 在其它部分优选实施例中，真空水箱4为柱状结构。参照图3a所示，真空水箱4由侧壁42、上盖板41和下盖板43拼接而成。侧壁42为透明材质制成的筒状结构，侧壁42上设有刻度值；作为一优选方式，透明材质为高强度的玻璃。上盖板41设置于侧壁42的上端面，上盖板41与侧壁42的上端面通过第一连接件相连，且在上盖板41与侧壁42的上端面之间安装第一密封垫圈412，使上盖板41与侧壁42的上端面之间实现密封配合。在一具体实例中，侧壁42的尺寸参数为：筒状结构高度为1500mm，内外径分别为391mm和400mm。
[0058] 下盖板43设置于侧壁42的下端面，下盖板43与侧壁42的下端面通过第二连接件相连，且在下盖板43与侧壁42的下端面之间设有第二密封垫圈432，在下盖板43与侧壁42的下端面之间实现密封配合；在下盖板43的下表面上安装垫脚44，垫脚44位置与固结模型箱10底面高度一致，保证二者无水头差。
[0059] 作为一优选方式，上盖板41和下盖板43均可以采用金属材质。第一连接件、第二连接件均采用高强度的螺栓杆。将侧壁42、上盖体41及下盖体43通过四根高强度螺栓杆旋紧连接固定在一起，保证整体稳定性及密封性。参照图3b所示，在上盖板41上开设有两个第一螺丝孔411，用于分别连接压力调节阀2、气压表3等。参照图3c所示，在下盖板43上开设有第二螺丝孔431，用于连接止水阀5。
[0060] 另一实施例提供一种模拟桩周黏土地层原位应力场的试验方法，包括：采用上述的的模拟桩周黏土地层原位应力场的试验装置进行，按照以下步骤执行：
[0061] S1：结合图1、图2所示，在固结模型箱10的腔体内壁涂抹润滑介质(可以采用市售的润滑油)，从下而上依次放入土工织物12、砂垫层11、滤纸板8、黏土体(即黏土层)、滤纸板8及硬质多孔板7；将模型桩13插入黏土层中，之后向腔体内加入无气水并使水面高于上功能层的上表面，并在试验期间使水面高度保持不变；在固结模型箱10的侧壁上安装孔压计9和土压力计，用于采集土体固结全过程中的孔压值和土压力值；在固结模型箱10的上部安装位移计6，并将位移计6与硬质多孔板7相连接，用于采集土体固结全过程中的沉降值。
[0062] S2：将强渗流生成机构与固结模型箱10相连，通过强渗流生成机构对固结模型箱10腔体内的黏土层渗透加载产生渗流力，使黏土层在上下面压力差作用下开始排水固结。
[0063] S3：调节强渗流生成机构的真空度，对黏土层分级进行渗透加载(即控制渗流力从小到大变化)，同时通过数据监测与采集部件采集土体固结全过程中的沉降值、孔压值和土压力值并输出至外部计算机。
[0064] S4：当土体在48小时内沉降值小于0.1mm时，判断为土体固结完成，读取沉降值与有限应变理论沉降对比，当二者数值相差在设定值范围内，即判断为在1g条件下成功模拟桩周黏土地层原位应力场。
[0065] 上述S3中对黏土层分级真空加载：通过控制不同的真空度来控制黏土层中产生的渗流力，即控制渗流力从小到大变化。采用分级真空加载可以防止水力劈裂，同时防止初始渗透力过大导致黏土体向上流失。因为如果不分级真空加载，而是直接采用较大的真空度，渗流力过大会导致黏土层发生水力劈裂和土体向上流失。
[0066] 在其它部分优选实施例中，S2：将强渗流生成机构与固结模型箱10相连，通过强渗流生成机构生成强渗流对固结模型箱10腔体内的黏土层渗透加载，其中，将强渗流生成机构与固结模型箱10相连包括：将真空泵1与真空箱通过第一管路相连，并在第一管路上安装压力调节阀2，用以调节真空水箱4的真空度，控制渗流力大小；在真空水箱4上安装气压表3，用于监测真空水箱4的真空度；将真空水箱4与固结模型箱10腔体通过第二管路相连，并在第二管路上安装止水阀5；待强渗流生成机构与固结模型箱10连接完成后，打开真空泵1，调节压力调节阀2，使真空水箱4达到所需真空度，之后打开止水阀5，此时黏土层土体在上下面压力差作用下开始排水固结。
[0067] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质。
