CN103821183B - 一种模拟土体突涌破坏现象及规律的试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟土体突涌破坏现象及规律的试验装置，该实验装置包括模型箱、加压组件及土体变形测量组件，模型箱内设有反滤层，反滤层的上方铺设试验土体，反滤层的下方为增压水储存室，加压组件与增压水储存室连通，土体变形测量组件设在模型箱内的试验土体内；利用加压组件对试验土体的底部施加水压或开挖土体实现土体突涌破坏，土体变形测量组件测量水压、土体变形位移、土体孔隙压力和土体力学参数。与现有技术相比，本发明的装置组装容易，试验的准确率高，适用于基坑和地下工程领域不同种类土体突涌破坏现象和规律的研究，为实际基坑和地下工程设计提供指导，也可作为地质工程、岩土工程领域科研、教学之用。

Description

一种模拟土体突涌破坏现象及规律的试验装置

技术领域

本发明属于基坑和地下工程领域，尤其是涉及一种模拟土体突涌破坏现象及规律的试验装置。

背景技术

近年来，随着我国城市地下铁道、高层建筑、人防工程等基础设施的迅速发展，深基坑工程也越来越多，深基坑工程开挖施工的地质条件和环境影响非常复杂，土体突涌破坏成为工程事故的常见原因。

基坑工程和地下工程在开挖过程中可能产生突涌破坏，这将对工程安全产生巨大影响。以往研究主要是针对土体突涌安全厚度进行试验分析，很少对不同土体变形破坏现象和规律进行横向分析。在基坑开挖过程中，对于承压含水层而言，如果开挖削弱了弱透水层的厚度，当地层的重量不足以抵抗承压含水层的测压水头时，将会在地层中产生突涌破坏。现有的理论分析只考虑土体的重量平衡水压，但未考虑不同种类土体破坏的抗剪强度和潜蚀过程。通过对不同种类土体突涌破坏现象以及变形数据的分析，研究不同种类土体突涌变形规律及其开挖安全厚度。

浙江大学詹良通等曾设计基坑工程渗透破坏模型试验装置(专利号200820165167.3)，但该装置只要用于研究基坑工程渗透破坏，通过侧向水位变化模拟承压水，在模拟突涌现象时可能造成承压含水层压力不均匀或者由于接触流土作用影响实验结果。

本试验装置既可以模拟承压含水层水头增加或者开挖导致隔水层厚度减小对土体突涌破坏的影响，获取突涌临界水头和临界隔水层厚度，又能通过测压管、孔压计、位移计等监测数据分析不同种类土体空隙比、渗透系数和力学参数对土体突涌破坏的影响规律，明确基坑降水中安全系数的物理意义。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种设备易得、组装方便、测量准确率高的模拟土体突涌破坏现象及规律的试验装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明通过对不同种类土体突涌破坏现象以及变形数据的分析，研究不同种类土体突涌变形规律及其开挖安全厚度。

一种模拟土体突涌破坏现象及规律的试验装置，该实验装置包括模型箱、加压组件及土体变形测量组件，所述的模型箱内设有反滤层，所述的反滤层的上方铺设试验土体，反滤层的下方为增压水储存室，所述的加压组件与增压水储存室连通，所述的土体变形测量组件设在模型箱内的试验土体内；

利用加压组件对试验土体的底部施加水压或开挖土体实现土体突涌破坏，土体变形测量组件测量水压、土体变形位移、土体孔隙压力和土体力学参数，通过这些数据分析土体突涌破坏现象的影响规律，研究分析评价不同种类土体在承压水作用下发生突涌破坏的现象和规律获取临界水头和临界隔水层厚度。

该试验装置还包括设在模型箱外部，记录土体突涌破坏全过程的摄像机。

所述的试验土体按照模型箱尺寸及几何相似比选用强度、渗透相似的模型材料进行试验。

所述的加压组件包括水箱、水管、增压泵及水压计，所述的水箱通过水管与增压水储存室连通，所述的增压泵设在水管上，所述的水压计设在增压水储存室的侧壁上。

所述的反滤层包括从上到下依次设置的沙层、筛板及滤网。反滤层使得增压水储存室内的水能够以面状施加在试验土体的底部边界，避免点状加压造成的不均匀水压力。

所述的沙层为粗粒石英砂层。

所述的土体变形测量组件包括仪表架、千分表、位移计、孔压计及测压管，所述的仪表架设在模型箱的顶部，所述的千分表、位移计与孔压计固定在仪表架上，其量测部件伸入试验土体内，所述的孔压计通过引线连接数据采集仪，所述的测压管设在沙层内，并从模型箱侧壁引出。

所述的测压管为米格测压管。

位于试验土体内的部分测压管的外侧设有防止试验土体进入测压管的透水土工布。

所述的模型箱由角钢钢架及透明有机玻璃组成。在施加水压后，土体的变形和破坏过程可直观观察。模型箱外侧由角钢框架约束，保证其具有足够的强度和稳定性。

所述的摄像机设在三脚架上，调整角度使其记录模型箱内土体突涌破坏过程。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的装置组装容易，试验的准确率高，适用于基坑和地下工程领域不同种类土体突涌破坏现象和规律的研究，为实际基坑和地下工程设计提供指导，也可作为地质工程、岩土工程领域科研、教学之用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为筛板的结构示意图；

图3为滤网的结构示意图。

图中，1为模型箱，2为试验土体，3为沙层，4为筛板，5为滤网，6为增压水储存室，7为水箱，8为增压泵，9为水管，10为水压计，11为孔压计，12为千分表，13为测压管，14为位移计，15为仪表架，16为摄像机，17为三脚架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种模拟土体突涌破坏现象及规律的试验装置，结构如图1所示，该实验装置包括模型箱1、加压组件及土体变形测量组件，模型箱1内设有反滤层，反滤层的上方铺设试验土体2，反滤层的下方为增压水储存室6，加压组件与增压水储存室6连通，土体变形测量组件设在模型箱1内的试验土体2内；该试验装置还包括设在模型箱1外部，记录土体突涌破坏全过程的摄像机16，摄像机16设在三脚架17上，调整角度使其记录模型箱1内土体突涌破坏过程。加压组件包括水箱7、水管9、增压泵8及水压计10，水箱7通过水管9与增压水储存室6连通，增压泵8设在水管9上，水压计10设在增压水储存室6的侧壁上。反滤层包括从上到下依次设置的沙层3、筛板4及滤网5。筛板4及滤网5的结构如图2、图3所示，反滤层使得增压水储存室6内的水能够以面状施加在试验土体2的底部边界，避免点状加压造成的不均匀水压力。其中，沙层3为粗粒石英砂层。土体变形测量组件包括仪表架15、千分表12、位移计14、孔压计11及测压管13，仪表架15设在模型箱1的顶部，千分表12、位移计14与孔压计11固定在仪表架15上，其量测部件伸入试验土体2内，孔压计11引线由仪表架15引出，由数据采集仪采集孔压数据，测压管13设在沙层3内，并从模型箱1侧壁引出。位于试验土体2内的部分测压管13的外侧设有防止试验土体2进入测压管13的透水土工布。

其中，试验土体2按照模型箱1尺寸及几何相似比选用强度、渗透相似的模型材料进行试验。测压管13为米格测压管13。模型箱1由角钢钢架及透明有机玻璃组成。在施加水压后，土体的变形和破坏过程可直观观察。模型箱1外侧由角钢框架约束，保证其具有足够的强度和稳定性。

利用加压组件对试验土体2的底部施加水压或开挖土体实现土体突涌破坏，土体变形测量组件测量水压、土体变形位移、土体孔隙压力和土体力学参数，通过这些数据分析土体突涌破坏现象的影响规律。

Claims (8)

1.一种模拟土体突涌破坏现象及规律的试验装置，其特征在于，该实验装置包括模型箱、加压组件及土体变形测量组件，所述的模型箱内设有反滤层，所述的反滤层的上方铺设试验土体，反滤层的下方为增压水储存室，所述的加压组件与增压水储存室连通，所述的土体变形测量组件设在模型箱内的试验土体内；

所述的反滤层包括从上到下依次设置的沙层、筛板及滤网；

所述的土体变形测量组件包括仪表架、千分表、位移计、孔压计及测压管，所述的仪表架设在模型箱的顶部，所述的千分表、位移计与孔压计固定在仪表架上，其量测部件伸入试验土体内，所述的孔压计通过引线连接数据采集仪，所述的测压管设在沙层内，并从模型箱侧壁引出；

利用加压组件对试验土体的底部施加水压或开挖试验土体实现土体突涌破坏，土体变形测量组件测量试验土体的水压、土体变形位移、土体孔隙压力，通过这些数据分析土体突涌破坏现象的影响规律。

2.根据权利要求1所述的一种模拟土体突涌破坏现象及规律的试验装置，其特征在于，该试验装置还包括设在模型箱外部，记录土体突涌破坏全过程的摄像机。

3.根据权利要求1所述的一种模拟土体突涌破坏现象及规律的试验装置，其特征在于，所述的加压组件包括水箱、水管、增压泵及水压计，所述的水箱通过水管与增压水储存室连通，所述的增压泵设在水管上，所述的水压计设在增压水储存室的侧壁上。

4.根据权利要求1所述的一种模拟土体突涌破坏现象及规律的试验装置，其特征在于，所述的沙层为粗粒石英砂层。

5.根据权利要求1所述的一种模拟土体突涌破坏现象及规律的试验装置，其特征在于，所述的测压管为米格测压管。

6.根据权利要求1所述的一种模拟土体突涌破坏现象及规律的试验装置，其特征在于，位于试验土体内的部分测压管的外侧设有防止试验土体进入测压管的透水土工布。

7.根据权利要求1所述的一种模拟土体突涌破坏现象及规律的试验装置，其特征在于，所述的模型箱由角钢钢架及透明有机玻璃组成。

8.根据权利要求2所述的一种模拟土体突涌破坏现象及规律的试验装置，其特征在于，所述的摄像机设在三脚架上。