CN104032776B - 离心场基坑开挖支护模拟设备 - Google Patents
离心场基坑开挖支护模拟设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104032776B CN104032776B CN201410310260.9A CN201410310260A CN104032776B CN 104032776 B CN104032776 B CN 104032776B CN 201410310260 A CN201410310260 A CN 201410310260A CN 104032776 B CN104032776 B CN 104032776B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- axis
- pressing plate
- foundation pit
- vertical
- retaining wall
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 13
- 238000004088 simulation Methods 0.000 abstract description 11
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 6
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 206010016173 Fall Diseases 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000013401 experimental design Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
一种离心场基坑开挖支护模拟设备，包括带有观察窗口的模型箱、位于模型箱内上部的包括挡土墙的支挡结构、向挡土墙施加水平压力的水平加载机构、向土体施加竖向压力的竖向加载机构以及控制水平加载机构水平运动和竖向加载机构竖向运动的控制模块，本发明实现了基坑离心模型试验过程中的基坑开挖和支护，及开挖与渗流耦合作用下基坑变形破坏的模拟，能够保持固结过程和开挖过程中模型地基的应力路径和侧压状态符合实际。
Description
技术领域
本发明主要应用于基坑土工离心模型试验中，模拟基坑开挖和支护，具体涉及一种离心场基坑开挖支护模拟设备。
背景技术
随着城市中高层建筑越来越多，深大基坑工程越来越常见。近年来我国在基坑工程方面事故频发，造成重大人员伤亡和财产损失。研究基坑围护设施的稳定性与基坑挡墙的破坏机理对预测工程潜在危险、避免事故具有重要意义。离心模型试验能够实现模型与原型应力应变相同，变形相似，在基坑工程问题中已经得到了较广泛的应用。在基坑开挖方面也有很多学者进行了研究。基坑开挖过程是基坑变形破坏的重要影响因素，为了保证固结过程和开挖过程中模型地基的应力路径和侧压状态与实际工程一致，需要在离心场条件下实现基坑的开挖。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种离心场基坑开挖支护模拟设备，支护形式包括有横向支撑挡墙和悬臂式挡墙两种，可以实现基坑离心模型试验中基坑的开挖和支护。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种离心场基坑开挖支护模拟设备，包括：
带有观察窗口的模型箱1，模型箱1内填装土体11；
位于模型箱1内上部的支挡结构，包括挡土墙12；
水平加载机构8，向挡土墙12施加水平压力；
竖向加载机构2，向土体11施加竖向压力；
以及
控制水平加载机构8水平运动和竖向加载机构2竖向运动的控制模块。
所述挡土墙12的上部通过X向的轴固定至模型箱1的侧壁，下部通过X向的导向轴15连接至模型箱1的侧壁。
所述水平加载机构8包括通过丝杆一9连接X轴电机10的X轴压板14，X轴压板14连接在与导向轴15平行的X导向轴6的靠近挡土墙12的一端；
所述竖向加载机构2包括通过Z轴丝杆3连接Z轴电机13的Z轴压板16，Z轴压板16连接在与导向轴15垂直的Z导向轴5的底端且Z轴压板16上挂载有若干铅片17。
所述控制模块包括处理器，通过向X轴电机10和Z轴电机13输出控制信号带动X轴压板14和Z轴压板16运动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)离心加速过程和基坑开挖过程保持模型地基的应力路径和侧压状态与实际相符。
2)可以实现有横向支撑挡墙和悬臂式挡墙的基坑开挖和变形破坏的模拟。
3)可以实现开挖与渗流耦合作用下基坑变形破坏的模拟。
4)可以模拟不同的基坑深度和挡墙埋深比。
5)操作简单，可实时监控，材料安全，可靠性强。
6)适用性广，可用于粘土、粉土等多种土质基坑。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明离心场基坑开挖支护模拟设备的原理示意图。其中图2(a)为支护示意图，图2(b)为加载示意图，空心箭头表示离心加速过程，实心箭头表示已达到实验加速度。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，一种离心场基坑开挖支护模拟设备，由如下单元模块组成：1)模型箱1及其必要的支架、2)支挡结构、3)水平加载机构、4)竖向加载机构、5)控制模块、6)测量模块。该设备能在离心场条件下模拟基坑开挖和支护过程，包括模型地基固结，基坑开挖，基坑支护，基坑变形和破坏。
其中，模型箱1与支架均由铝合金制成，箱内尺寸为60cm×20cm×52cm，内部填装土体11，在模型箱1前端放置有机玻璃板作为观察窗口，以便实验中观察和记录模型的破坏过程。
支挡结构用于模拟有横向支撑型式的挡墙，位于模型箱1内上部，主要包括挡土墙12及其连接结构，连接结构为4根铰接的X向的轴。挡土墙12的上部通过2根轴用螺栓固定至模型箱1的侧壁，为挡墙提供横向支撑；下部通过2根导向轴15连接至模型箱1的侧壁，导向轴15可以在水平向自由移动，保证挡土墙12在上部有横向支撑的前提下可自由转动。
水平加载机构8用于向挡土墙12施加水平压力，包括位于模型箱1左端的X轴电机10，X轴压板14通过丝杆一9连接X轴电机10，X轴压板14同时连接在与导向轴15平行的X导向轴6的靠近挡土墙12的一端，X轴电机10通过丝杆一9带动X轴压板14在X导向轴6上做X轴向的水平运动，对挡土墙12进行位移控制。X轴压板14可提供2t·N的压力，通过控制与挡土墙12的相对位置，来模拟基坑开挖前待开挖土体18对挡土墙12的压力。
竖向加载机构2用于向土体11施加竖向压力，包括位于模型箱1上端的Z轴电机13，Z轴压板16通过Z轴丝杆3连接Z轴电机13，Z轴压板16同时连接在与导向轴15垂直的Z导向轴5的底端，且Z轴压板16上挂载有若干铅片17。Z轴电机13通过Z轴丝杆3带动Z轴压板16做Z轴向的竖直运动，对土体施加压力。Z轴压板16和铅片17可自由下落，只受到Z轴电机13通过Z轴丝杆3施加的上提力，通过增减铅片17的数量可以调节Z轴可自由下落部分的重量，进而实现对基坑待开挖土体18的重力的模拟。
控制模块用于控制水平加载机构8水平运动和竖向加载机构2竖向运动，主要包含位于离心机室的下部控制箱和位于操控室的上部控制箱，主要通过处理器向X轴电机10和Z轴电机13输出控制信号带动X轴压板14和Z轴压板16运动，如图2(a)所示。其中，下部控制箱的4个旋钮2个一组，可分别控制X轴压板14的水平向移动和Z轴压板16的竖向移动，水平加载机构8上有限位机构一7，竖向加载机构2上有限位机构二4，2个按钮分别控制X轴和Z轴的限位(控制压板移动到指定位置时自动停止)开、关。下部控制箱有2个按钮，其一用于操控Z轴压板16的移动，目的是在达到试验设计离心加速度时，消除Z轴压板16与Z轴丝杆3单向联动的空隙，保证水平和竖向的2个压板同时瞬间撤离，其二用于同时启动X轴和Z轴电机，使得水平和竖向2个压板同时撤离，如图2(b)所示。
综上，本发明实现了基坑离心模型试验过程中的基坑开挖和支护，及开挖与渗流耦合作用下基坑变形破坏的模拟，能够保持固结过程和开挖过程中模型地基的应力路径和侧压状态符合实际。
该设备与传统基坑开挖模拟设备相比具有显著的优势。它采用离心场自动开挖模拟方式，比传统模拟方式，如重力场(1g环境下)将拟开挖土体挖掉后再增大离心加速度进行试验的停机开挖模拟方式等，更好地模拟了基坑开挖过程中土体的应力和应变结果。发明者以表格的形式，将该设备的离心自动开挖方式与两种较常用的传统开挖模拟方式进行了详细的比较，具体如下：
表1不同模拟开挖方法的比较
从表1不难看出，该设备尽管存在开挖方式单一等不足，但与传统基坑开挖模拟设备相比，仍然具有操作性强、安全性高、应力路径和侧压状态符合实际等显著的优势。
Claims (3)
1.一种离心场基坑开挖支护模拟设备，其特征在于，包括：
带有观察窗口的模型箱(1)，模型箱(1)内填装土体(11)；
位于模型箱(1)内上部的支挡结构，包括挡土墙(12)；
水平加载机构(8)，向挡土墙(12)施加水平压力；
竖向加载机构(2)，向土体(11)施加竖向压力；
以及
控制水平加载机构(8)水平运动和竖向加载机构(2)竖向运动的控制模块；
其中：
所述水平加载机构(8)包括通过丝杆一(9)连接X轴电机(10)的X轴压板(14)，X轴压板(14)连接在与导向轴(15)平行的X导向轴(6)的靠近挡土墙(12)的一端；
所述竖向加载机构(2)包括通过Z轴丝杆(3)连接Z轴电机(13)的Z轴压板(16)，Z轴压板(16)连接在与导向轴(15)垂直的Z导向轴(5)的底端且Z轴压板(16)上挂载有若干铅片(17)。
2.根据权利要求1所述的离心场基坑开挖支护模拟设备，其特征在于，所述挡土墙(12)的上部通过X向的轴固定至模型箱(1)的侧壁，下部通过X向的导向轴(15)连接至模型箱(1)的侧壁。
3.根据权利要求1所述的离心场基坑开挖支护模拟设备，其特征在于，所述控制模块包括处理器，通过向X轴电机(10)和Z轴电机(13)输出控制信号带动X轴压板(14)和Z轴压板(16)运动。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410310260.9A CN104032776B (zh) | 2014-07-01 | 2014-07-01 | 离心场基坑开挖支护模拟设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410310260.9A CN104032776B (zh) | 2014-07-01 | 2014-07-01 | 离心场基坑开挖支护模拟设备 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104032776A CN104032776A (zh) | 2014-09-10 |
| CN104032776B true CN104032776B (zh) | 2016-01-20 |
Family
ID=51463753
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410310260.9A Active CN104032776B (zh) | 2014-07-01 | 2014-07-01 | 离心场基坑开挖支护模拟设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104032776B (zh) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105604106B (zh) * | 2016-03-10 | 2017-05-17 | 清华大学 | 长期水平循环荷载下海洋工程桩基础试验模拟设备及方法 |
| CN105911245A (zh) * | 2016-04-06 | 2016-08-31 | 清华大学 | 离心场边坡采空模拟设备 |
| CN108442418B (zh) * | 2018-03-07 | 2024-04-26 | 宋戈阳 | 离心场中隧道地层损失对桩基础影响模拟方法 |
| CN108612107B (zh) * | 2018-04-28 | 2020-04-28 | 中北大学 | 一种悬臂式支挡结构基坑开挖过程的模拟方法 |
| CN108560616B (zh) * | 2018-04-28 | 2020-04-28 | 中北大学 | 一种单支撑式结构基坑开挖过程的模拟方法 |
| CN108589804B (zh) * | 2018-04-28 | 2020-02-21 | 中北大学 | 一种用于基坑开挖过程的加载装置 |
| CN108612135A (zh) * | 2018-04-28 | 2018-10-02 | 中北大学 | 一种基坑开挖过程的模拟方法 |
| CN108508189B (zh) * | 2018-06-13 | 2023-09-29 | 华侨大学 | 渗流场和振动场耦合作用导致基坑破坏的试验装置及方法 |
| CN109580368A (zh) * | 2018-11-19 | 2019-04-05 | 同济大学 | 一种多层承压水分层地层中深基坑开挖变形性状离心模型试验装置 |
| CN110485483B (zh) * | 2019-08-19 | 2024-07-30 | 浙江大学 | 一种模拟基坑突涌灾变全过程的装置 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001355253A (ja) * | 2000-06-12 | 2001-12-26 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 基礎構造物の水平力載荷方法およびその装置 |
| CN201413268Y (zh) * | 2009-05-26 | 2010-02-24 | 同济大学 | 一种模拟土体侧移与轴向荷载耦合作用的模型试验装置 |
| CN101787714A (zh) * | 2010-02-05 | 2010-07-28 | 同济大学 | 离心场中微型基坑自动加支撑系统 |
| CN101906788A (zh) * | 2010-08-20 | 2010-12-08 | 清华大学 | 模拟离心场边坡开挖工况的设备 |
| CN103233486A (zh) * | 2013-05-10 | 2013-08-07 | 山东大学 | 锚拉式挡土墙模型试验装置及试验方法 |
-
2014
- 2014-07-01 CN CN201410310260.9A patent/CN104032776B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001355253A (ja) * | 2000-06-12 | 2001-12-26 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 基礎構造物の水平力載荷方法およびその装置 |
| CN201413268Y (zh) * | 2009-05-26 | 2010-02-24 | 同济大学 | 一种模拟土体侧移与轴向荷载耦合作用的模型试验装置 |
| CN101787714A (zh) * | 2010-02-05 | 2010-07-28 | 同济大学 | 离心场中微型基坑自动加支撑系统 |
| CN101906788A (zh) * | 2010-08-20 | 2010-12-08 | 清华大学 | 模拟离心场边坡开挖工况的设备 |
| CN103233486A (zh) * | 2013-05-10 | 2013-08-07 | 山东大学 | 锚拉式挡土墙模型试验装置及试验方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104032776A (zh) | 2014-09-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104032776B (zh) | 离心场基坑开挖支护模拟设备 | |
| US11860135B2 (en) | Three-dimensional dynamic and static load test system for simulating deep roadway excavation and method thereof | |
| CN103117020B (zh) | 盾构隧道动态掘进诱发地层损失及地表沉陷试验装置 | |
| CN107012896B (zh) | 一种多功能桩基模型试验系统及其组装和试验方法 | |
| WO2022241816A1 (zh) | 断层错动对隧洞运行影响真三维物理模拟系统及试验方法 | |
| JP7236781B2 (ja) | 杭端に空洞が存在することによる杭基礎の軸受性能への影響をシミュレーションする試験装置及び試験方法 | |
| CN110284530B (zh) | 结合基坑与隧道的多功能组合拼装模型试验箱装置及应用 | |
| CN103197043A (zh) | 用于地表及地下水作用下边坡采动模型试验装置及方法 | |
| CN104749054B (zh) | 三维可操控强夯模拟离心机试验机械手装置 | |
| CN201434865Y (zh) | 一种岩土工程相似试验系统 | |
| CN102914475A (zh) | 一种观测水下土与结构界面力学特性的剪切试验装置 | |
| CN201974537U (zh) | 土工离心机高压力模拟试验装置 | |
| CN107024574A (zh) | 一种土拱效应模拟试验装置及试验方法 | |
| AU2021277732B2 (en) | Large visual direct shear experiment platform for solid filling materials | |
| CN109580368A (zh) | 一种多层承压水分层地层中深基坑开挖变形性状离心模型试验装置 | |
| CN110044562A (zh) | 一种加筋土边坡破坏机理试验装置及使用方法 | |
| CN105527404A (zh) | 模拟盾构隧道纵断面内地层损失扩展的试验系统及方法 | |
| CN109166441A (zh) | 用于超重力环境下的底辟物理模拟实验装置及实验方法 | |
| CN108680730B (zh) | 一种地震荷载作用下地裂缝场地危害模拟装置及模拟方法 | |
| CN107228933B (zh) | 一种远程控制模拟降雨的土工离心机箱 | |
| CN110082504A (zh) | 一种模拟开挖箱装置、模拟实验设备及模拟实验方法 | |
| CN109973103A (zh) | 一种角度可调的盾构模拟试验装置 | |
| CN204590103U (zh) | 超重力条件下的基坑开挖模拟装置 | |
| CN104749342B (zh) | 自动堆载及卸载离心机试验机械手装置 | |
| CN113281488B (zh) | 一种反倾岩质边坡模型试验的模拟地应力试验装置及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |