模擬基坑承壓水位變化及穩定性的離心模型試驗裝置製造方法
2024-03-21 14:40:05
模擬基坑承壓水位變化及穩定性的離心模型試驗裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種模擬基坑承壓水位變化及穩定性的離心模型試驗裝置，該裝置包括模型箱體、水箱隔板、基坑連續牆模擬板、基坑圍護牆內支撐以及傳感器，所述水箱隔板設置於模型箱體內，將模型箱體隔為水箱和土體箱，所述的水箱和土體箱的底部連通，水箱底部以及土體箱內填充有土體，所述的基坑連續牆模擬板設有兩個，平行設置在土體箱內，所述的基坑圍護牆內支撐垂直設置在兩個基坑連續牆模擬板之間，所述的傳感器設置於土體內。與現有技術相比，本發明通過水箱隔板模擬出水體壓力變化對於基坑環境效應與突湧穩定性的影響，測試效果直觀。
【專利說明】模擬基坑承壓水位變化及穩定性的離心模型試驗裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種模型試驗裝置，尤其是涉及一種可以考慮基坑承壓水位變化對基 坑環境效應及突湧抗隆起穩定性的作用，方便架設支撐和挖土、水位與孔壓測量、基坑內力 位移監測的模型試驗裝置。
【背景技術】
[0002] 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，基坑工程的實 踐正在面臨著許多未曾遇到過的新問題與挑戰。上海、南京、杭州等軟土地區，深基坑在承 壓水壓力的作用下，坑底容易發生管湧、流土和突湧破壞，同時，較高的坑外水位容易使圍 護牆產生較大變形與坑底抗隆起穩定破壞，造成基坑整體失穩坍塌的重大工程事故，坑底 抗突湧與抗隆起穩定問題，已經成為深大基坑工程中的重大風險源之一。
[0003] 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高加速度條件下水位控制系統運行的難以控制，水位 控制箱水位及孔隙水壓力的測定的誤差較大。
【發明內容】
[0004] 本發明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模擬基坑承壓 水位變化及穩定性的離心模型試驗裝置，該通過水箱隔板模擬出水體壓力變化對於基坑環 境效應與突湧穩定性的作用影響，測試效果直觀、準確。
[0005] 本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：
[0006] -種模擬基坑承壓水位變化及穩定性的離心模型試驗裝置，該裝置包括模型箱 體、水箱隔板、基坑連續牆模擬板、基坑圍護牆內支撐以及傳感器，所述水箱隔板設置於模 型箱體內，將模型箱體隔為水箱和土體箱，所述的水箱和土體箱的底部連通，水箱底部以及 土體箱內填充有土體，所述的基坑連續牆模擬板設有兩個，平行設置在土體箱內，所述的基 坑圍護牆內支撐垂直設置在兩個基坑連續牆模擬板之間，所述的傳感器設置於土體內。
[0007] 所述的模型箱體的左右兩側以及後側的側壁為鋼板，前側的側壁為鋼化玻璃。
[0008] 所述的水箱內設置有水位讀取標尺，用於讀取試驗過程中水箱內的水位變化。
[0009] 所述的水箱隔板底部與模型箱體底部之間設有100mm的空隙，使得水箱和土體 箱的底部形成高度為100mm的通道，所述的土體箱內由下至上依次填充砂土層、黏性土層 和淤泥質土層，所述的水箱底部填充有一層砂土層，土體箱和水體箱的砂土層的厚度大於 100mm，砂土層內設有增濾軟紗布。
[0010] 所述的傳感器包括孔隙水壓傳感器、應變片、土壓計和位移傳感器。
[0011] 與現有技術相比，本發明在模型箱體內，通過水箱隔板形成可進行水位控制的水 箱與坑底承壓水埋藏條件，克服了現有試驗技術手段的缺陷，設計出一種能夠在基坑離心 模擬試驗中考慮坑底承壓水位的變化對基坑環境效應與突湧穩定性的作用影響，進行相關 的設計、施工的方案設計與驗證，測試效果直觀、準確。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發明的俯視結構示意圖；
[0013] 圖2為圖1中A-A剖面的示意圖；
[0014] 圖3為圖2中B-B剖面的示意圖。
【具體實施方式】
[0015] 下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0016] 實施例
[0017] 如圖1至3所示，一種模擬基坑承壓水位變化及穩定性的離心模型試驗裝置，該裝 置包括模型箱體1、水箱隔板2、基坑連續牆模擬板3、基坑圍護牆內支撐4以及傳感，7。水 箱隔板2設置於模型箱體1內，將模型箱體1隔為水箱11和土體箱12,該水箱隔板2的底 部與模型箱體1的底部之間設有100mm的空隙，使得水箱11和土體箱12的底部形成高度 為100mm的通道，土體箱12內由下至上依次填充砂土層、黏性土層和淤泥質土層，水箱12 底部填充有一層砂土層，並且兩側的砂土層的厚度大於100mm。在砂土層內設有增濾軟紗布 8,使得水箱12內的水能夠均勻地滲透到底部土體的各個位置。
[0018] 基坑連續牆模擬板3設有兩個，平行設置在土體箱11內，用來模擬基坑的地下連 續牆，基坑圍護牆內支撐4垂直設置在兩個基坑連續牆模擬板3之間，所述的傳感器7包括 孔隙水壓傳感器、應變片、土壓計和位移傳感器，其中孔隙水壓傳感器設置在土體的多個位 置，監測土體內的孔壓變化；應變片貼在基坑連續牆模擬板3上，獲取應變數值後，可計算 出彎矩和位移，土壓計設置在基坑連續牆模擬板3內外兩側的土體內，進而測得模擬連續 牆體內外兩側的主動土壓力和被動土壓力，位移傳感器設置在基坑連續牆模擬板3外側的 土體內，獲取該處土體的沉降信息。水箱12內設置有水位讀取標尺6,用於讀取試驗過程中 水箱內的水位變化。
[0019] 為了便於觀察，獲取更加直觀的測試效果，模型箱體1的左右兩側以及後側的側 壁為鋼板，前側的側壁為鋼化玻璃5。
[0020] 採用本裝置進行測試的過程為：
[0021] ⑴土樣製作：
[0022] 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，配製和現場相近的含水率均勻攪拌後形成重塑土。
[0023] (2)傳感器的布置：
[0024] 先用砂紙打磨模型板，並用丙酮清潔後，採用膠水粘結形成表面保護層，為了防止 高加速度條件下水侵入破壞傳感器，再用環氧樹脂封閉嚴實固定在相應的測量位置，並在 相應的位置再布置一定數量的應變片、土壓計、孔隙水壓傳感器。
[0025] (3)分層固結與模型布置；
[0026] 在模型箱中分層裝填土層，並進行充分的固結，同時，將基坑模型放入模型箱中固 定，連接相應的傳感器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。
[0027] (4)模型開挖：
[0028] 試驗中，土體固結完成後，先按照開挖一加設支撐一開挖下一層土體的工況依次 開挖基坑和支護，開挖到一定標高后，在水箱內逐步由低向高施加水位，並利用離心機室的 高清數位相機來觀測坑底土層的反應，同時監測水箱水位、孔隙水壓力讀數以及土體沉降 與基坑開挖的環境效應。
【權利要求】
1. 一種模擬基坑承壓水位變化及穩定性的離心模型試驗裝置，其特徵在於，該裝置包 括模型箱體、水箱隔板、基坑連續牆模擬板、基坑圍護牆內支撐以及傳感器，所述水箱隔板 設置於模型箱體內，將模型箱體隔為水箱和土體箱，所述的水箱和土體箱的底部連通，水箱 底部以及土體箱內填充有土體，所述的基坑連續牆模擬板設有兩個，平行設置在土體箱內， 所述的基坑圍護牆內支撐垂直設置在兩個基坑連續牆模擬板之間，所述的傳感器設置於土 體內。
2. 根據權利要求1所述的一種模擬基坑承壓水位變化及穩定性的離心模型試驗裝置， 其特徵在於，所述的模型箱體的左右兩側以及後側的側壁為鋼板，前側的側壁為鋼化玻璃。
3. 根據權利要求1所述的一種模擬基坑承壓水位變化及穩定性的離心模型試驗裝置， 其特徵在於，所述的水箱內設置有水位讀取標尺，用於讀取試驗過程中水箱內的水位變化。
4. 根據權利要求1所述的一種模擬基坑承壓水位變化及穩定性的離心模型試驗裝置， 其特徵在於，所述的水箱隔板底部與模型箱體底部之間設有100mm的空隙，使得水箱和土 體箱的底部形成高度為100mm的通道，所述的土體箱內由下至上依次填充砂土層、黏性土 層和淤泥質土層，所述的水箱底部填充有一層砂土層，土體箱和水體箱的砂土層的厚度大 於100mm，砂土層內設有增濾軟紗布。
5. 根據權利要求1所述的一種模擬基坑承壓水位變化及穩定性的離心模型試驗裝置， 其特徵在於，所述的傳感器包括孔隙水壓傳感器、應變片、土壓計和位移傳感器。
【文檔編號】E02D33/00GK104099953SQ201310119696
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2013年4月8日 優先權日:2013年4月8日
【發明者】李鏡培, 張飛, 柏挺, 梁發雲 申請人:同濟大學