一種基坑模型試驗裝置的製作方法

2023-06-07 07:48:26

專利名稱：一種基坑模型試驗裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種模型試驗裝置，尤其是涉及一種方便架設支撐杆件和挖土的基坑模型試驗裝置。
背景技術：
隨著城市建設的不斷發展，地下工程的規模和施工難度不斷加大，對設計和工程人員的要求越來越高，設計理念逐漸從強度控制過渡為變形控制，而準確預測基坑變形性狀是變形控制設計的關鍵所在。鑑於有限元預測地表變形可靠性的能力與輸入的材料參數有密切的聯繫；實測方案不具備可重複性，很難揭示某一參數對基坑變形的影響規律；離心機試驗的存在有著獨特的優勢，它藉助離心加速度能夠再現與工程原型應力水平相當的應力場，近年來得到廣泛的應用。傳統的基坑離心模擬試驗由於存在架設支撐的困難，均未考慮工程樁的存在，嚴重背離工程實際，且在試驗過程中挖土也十分困難。

實用新型內容本實用新型的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基坑模型試驗裝置，該裝置能夠在基坑離心模擬試驗中考慮工程樁的存在也能順利施加支撐，並使挖土變得容易、方便。本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現:一種基坑模型試驗裝置，包括模型箱和設置在模型箱內的隔板、模型板、剛性擋板、支撐杆件和立柱樁，所述的隔板沿模型箱左右方向設置在模型箱內，將模型箱分隔成兩個獨立的試驗空間，該試驗空間內填裝土體，所述的剛性擋板和模型板相互平行，並沿模型箱前後方向設置在每個試驗空間內，所述的立柱樁設在剛性擋板和模型板之間，所述的支撐杆件水平穿過立柱樁，其兩端分別與剛性擋板和模型板固定。所述的剛性擋板的上部設有至少3塊可拆卸式的活動鋼板，各個活動鋼板水平設置，且相互平行。所述的支撐杆件至少設有3排，所述的剛性擋板的和模型板設有與支撐杆件的排數相同鋁條，所述的鋁條上設有支撐墊片，所述的支撐杆件的兩端固定對應鋁條在支撐墊片上。所述的剛性擋板上的鋁條位於可拆卸式的活動鋼板上。所述的模型箱為矩形，其左右側壁和後側壁為鋼板，前側壁為鋼化玻璃。所述的剛性擋板和模型板設有用於試驗土體固結時進行定位的豎向支架。所述的模型板表面設有應變片和土壓計，模型板外側的土體內設有位移傳感器。與現有技術相比，本實用新型通過在設置兩個獨立的試驗空間，可以同時進行兩組試驗，並且將一面側壁替換為鋼化玻璃，方便在試驗中對過程進行觀察。此外，通過在剛性擋板上設置多個可拆卸式的活動板，可以在開挖過程中，立柱樁存在的情況下方便地架設支撐杆件以及挖土，因此能夠在基坑離心模擬試驗中考慮實際工況中工程樁的存在，也能順利施加支撐，並使挖土變得容易、方便。

圖1為本實用新型的俯視結構示意圖；圖2為本實用新型的剖面結構示意圖；圖3為剛性擋板的示意圖；圖4為模型板的示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。實施例如圖1和圖2所示，一種基坑模型試驗裝置，包括模型箱I和設置在模型箱I內的隔板2、模型板4、剛性擋板3、支撐杆件5和立柱樁6。模型箱I呈矩形，左右側壁和後側壁為鋼板，前側壁為鋼化玻璃，方便試驗中對過程進行觀察。隔板2為一塊能將模型箱隔開的鋼板，沿模型箱左右方向設置在模型箱內，將模型箱I分隔成兩個獨立的試驗空間，該試驗空間內在試驗時需要填裝土體。 剛性擋板3和模型板4相互平行，並沿模型箱前後方向設置在每個試驗空間內，設置剛性擋板3是考慮到基坑的對稱性，而取基坑的一半進行研究，根據對稱性基坑的中央部分沒有形變，因此設置剛性擋板，模擬半個基坑，可以節省試驗空間，而模型板4則用於模擬實際工程中的地下連續牆。立柱樁6為用來模擬實際工程中的立柱、工程樁的鋼構件或鋁棒，設在剛性擋板3和模型板4之間，支撐杆件5為與工程中的支撐抗壓剛度相似的鋁棒，水平穿過立柱樁6，其兩端分別與剛性擋板3和模型板4固定。剛性擋板3和模型板4具體結構如圖3和圖4所示，剛性擋板的厚度較大，受力時位移可忽略不計，其上部設有3塊可以拆卸的活動板31，可以方便開挖和架設支撐杆件，活動鋼板的數量可以根據需要開挖的次數具體設置。模型板4為與實際工程中圍護抗彎剛度相似的鋁板，用於模擬連續牆，其表面可以根據需要貼上應變片，獲取應變後，可以計算出牆體的彎矩和位移。模型板4的表面還可以布置土壓計，進而可以測得模型板4內側和外側的主動土壓力和被動土壓力，模型板外側的土體內可以布置位移傳感器7，用來獲取外側土體的沉降情況。模型板4和剛性擋板3上設有三排鋁條，每個鋁條上設有設有支撐墊片，用於固定支撐杆件的兩端。此外，剛性擋板3和模型板4在土體進行固結時，可以通過豎向支架固定，防止其產生豎向位移，影響試驗結果。採用本實用新型進行基坑離心模擬試驗的具體過程為:(I) 土樣製作:先曬乾從現場取回的土樣，碾碎過篩後，用水浸泡成流塑狀土膏，基於土體的固結特性，砂質粉土按土水質量比為10: I進行調製，淤泥質粘土按土水質量比為5: I進行調製，均勻攪拌後形成重塑土。(2)應變片和土壓計布置:先用砂紙打磨模型板，並用丙酮清潔後，採用502膠固定，用塗抹702膠形成表面保護層，最後為了防止試驗中水的侵入，而導致應變片失效，再用環氧樹脂封閉嚴實。布置完應變片後，根據需要在相應的位置再布置一定數量的土壓計。(3)模型布置:用隔板把模型箱隔成兩個空間，以便同時做兩組基坑試驗，分別在任意空間置入一塊剛性擋板和一塊模型板，均由螺栓固定在相應的位置。剛性擋板根據需要開挖的次數設置相應的活動鋼板；模型板上已布置了根據需要設置的土壓計和應變片。(4)離心機配重設計:由於離心機要求吊籃端和配重端平衡，而配重端的重量可根據吊籃端的模型箱、試驗模型及傳感器的重量計算得出，並且離心機的配重需要根據不同開挖工況下吊籃端的重量改變而及時調整。(5)分層固結:將模型箱內壁先塗凡士林，再粘貼雙層聚四氟乙烯薄膜，置入立柱樁，並矯正其位置。在箱底均勻鋪設50_的排水黃沙層，再鋪設砂質粉土，按照固結時間和土的含水率的要求，採用分層固結法先固結砂質粉土；拆掉固定螺栓和用來定位模型板和剛性擋板的豎向支架，再填淤泥質粘土，按要求分層固結。(6)傳感器檢查和布置:傳感器在分層固結的過程中被安放的相應的位置，並需要及時檢查傳感器的工作狀態(包括供電電壓，預熱時間存分，導線的綁紮，接線位置和連接方式，信號端讀數)。固結完成後，根據需要布置一定數量位移傳感器。(7)模型開挖:a.分級加速至預定加速度100g，在離心加速度穩定時，記錄所有測量數據:包括應變片讀數，孔壓，土壓力，位移，以此作為開挖前的初始值。b.停機，取下剛性擋板的第一塊活動鋼板，挖土至60mm，並安裝第一排支撐杆件，將第一塊活動鋼板再重新裝回剛性擋板上(需要注意接縫處的防水處理)，開機分級加速至加速度IOOg,穩定lOmin。記錄試驗過程中所有採集數據。c.停機，取下剛性擋板的第二塊活動鋼板，挖土至100mm，並安裝第二排支撐杆件，將第二塊活動鋼板再重新裝回剛性擋板上，開機分級加速至加速度100g，穩定lOmin。記錄試驗過程中所有採集數據。d.停機，取下小鋼板的第三塊活動鋼板，挖土至100mm，並安裝第三排支撐杆件，將第三塊活動鋼板再重新裝回剛性擋板上，開機分級加速至加速度IOOg,穩定lOmin。記錄試驗過程中所有採集數據。上述過程描述了本實用新型的基本原理、主要特徵和本實用新型的優點。本行業的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實例的限制，上述實例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和範圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型範圍內。本實用新型要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求1.一種基坑模型試驗裝置，其特徵在於，包括模型箱和設置在模型箱內的隔板、模型板、剛性擋板、支撐杆件和立柱樁，所述的隔板沿模型箱左右方向設置在模型箱內，將模型箱分隔成兩個獨立的試驗空間，該試驗空間內填裝土體，所述的剛性擋板和模型板相互平行，並沿模型箱前後方向設置在每個試驗空間內，所述的立柱樁設在剛性擋板和模型板之間，所述的支撐杆件水平穿過立柱樁，其兩端分別與剛性擋板和模型板固定。
2.根據權利要求1所述的一種基坑模型試驗裝置，其特徵在於，所述的剛性擋板的上部設有至少3塊可拆卸式的活動鋼板，各個活動鋼板水平設置，且相互平行。
3.根據權利要求2所述的一種基坑模型試驗裝置，其特徵在於，所述的支撐杆件至少設有3排，所述的剛性擋板的和模型板設有與支撐杆件的排數相同鋁條，所述的鋁條上設有支撐墊片，所述的支撐杆件的兩端固定對應鋁條在支撐墊片上。
4.根據權利要求3所述的一種基坑模型試驗裝置，其特徵在於，所述的剛性擋板上的鋁條位於可拆卸式的活動鋼板上。
5.根據權利要求1所述的一種基坑模型試驗裝置，其特徵在於，所述的模型箱為矩形，其左右側壁和後側壁為鋼板，前側壁為鋼化玻璃。
6.根據權利要求1所述的一種基坑模型試驗裝置，其特徵在於，所述的剛性擋板和模型板設有用於試驗土體固結時進行定位的豎向支架。
7.根據權利要求1所述的一種基坑模型試驗裝置，其特徵在於，所述的模型板表面設有應變片和土壓計，模型板外側的土體內設有位移傳感器。
專利摘要本實用新型涉及一種基坑模型試驗裝置，包括模型箱和設置在模型箱內的隔板、模型板、剛性擋板、支撐杆件和立柱樁，所述的隔板沿模型箱左右方向設置在模型箱內，將模型箱分隔成兩個獨立的試驗空間，該試驗空間內填裝土體，所述的剛性擋板和模型板相互平行，並沿模型箱前後方向設置在每個試驗空間內，所述的立柱樁設在剛性擋板和模型板之間，所述的支撐杆件水平穿過立柱樁，其兩端分別與剛性擋板和模型板固定。與現有技術相比，本實用新型能夠在基坑離心模擬試驗中考慮工程樁的存在也能順利施加支撐，並使挖土變得容易、方便。
文檔編號G01N33/24GK203025185SQ201220730400
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月26日 優先權日2012年12月26日
發明者李鏡培, 柏挺, 楊軍, 秦高峰, 呂韜 申請人:同濟大學