CN104099953A - 模拟基坑承压水位变化及稳定性的离心模型试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟基坑承压水位变化及稳定性的离心模型试验装置，该装置包括模型箱体、水箱隔板、基坑连续墙模拟板、基坑围护墙内支撑以及传感器，所述水箱隔板设置于模型箱体内，将模型箱体隔为水箱和土体箱，所述的水箱和土体箱的底部连通，水箱底部以及土体箱内填充有土体，所述的基坑连续墙模拟板设有两个，平行设置在土体箱内，所述的基坑围护墙内支撑垂直设置在两个基坑连续墙模拟板之间，所述的传感器设置于土体内。与现有技术相比，本发明通过水箱隔板模拟出水体压力变化对于基坑环境效应与突涌稳定性的影响，测试效果直观。

Description

模拟基坑承压水位变化及稳定性的离心模型试验装置

技术领域

本发明涉及一种模型试验装置，尤其是涉及一种可以考虑基坑承压水位变化对基坑环境效应及突涌抗隆起稳定性的作用，方便架设支撑和挖土、水位与孔压测量、基坑内力位移监测的模型试验装置。

背景技术

随着城市建设的不断发展，地下工程的规模和施工难度不断加大，基坑工程的实践正在面临着许多未曾遇到过的新问题与挑战。上海、南京、杭州等软土地区，深基坑在承压水压力的作用下，坑底容易发生管涌、流土和突涌破坏，同时，较高的坑外水位容易使围护墙产生较大变形与坑底抗隆起稳定破坏，造成基坑整体失稳坍塌的重大工程事故，坑底抗突涌与抗隆起稳定问题，已经成为深大基坑工程中的重大风险源之一。

鉴于有限元预测地表变形可靠性的能力与输入的材料参数有密切的联系；实测方案不具备可重复性，很难揭示某一参数对基坑变形的影响规律；离心机试验的存在有着独特的优势，它借助离心加速度能够再现与工程原型应力水平相当的应力场，近年来得到广泛的应用。传统的基坑离心模拟试验高加速度条件下水位控制系统运行的难以控制，水位控制箱水位及孔隙水压力的测定的误差较大。

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模拟基坑承压水位变化及稳定性的离心模型试验装置，该通过水箱隔板模拟出水体压力变化对于基坑环境效应与突涌稳定性的作用影响，测试效果直观、准确。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种模拟基坑承压水位变化及稳定性的离心模型试验装置，该装置包括模型箱体、水箱隔板、基坑连续墙模拟板、基坑围护墙内支撑以及传感器，所述水箱隔板设置于模型箱体内，将模型箱体隔为水箱和土体箱，所述的水箱和土体箱的底部连通，水箱底部以及土体箱内填充有土体，所述的基坑连续墙模拟板设有两个，平行设置在土体箱内，所述的基坑围护墙内支撑垂直设置在两个基坑连续墙模拟板之间，所述的传感器设置于土体内。

所述的模型箱体的左右两侧以及后侧的侧壁为钢板，前侧的侧壁为钢化玻璃。

所述的水箱内设置有水位读取标尺，用于读取试验过程中水箱内的水位变化。

所述的水箱隔板底部与模型箱体底部之间设有100mm的空隙，使得水箱和土体箱的底部形成高度为100mm的通道，所述的土体箱内由下至上依次填充砂土层、黏性土层和淤泥质土层，所述的水箱底部填充有一层砂土层，土体箱和水体箱的砂土层的厚度大于100mm，砂土层内设有增滤软纱布。

所述的传感器包括孔隙水压传感器、应变片、土压计和位移传感器。

与现有技术相比，本发明在模型箱体内，通过水箱隔板形成可进行水位控制的水箱与坑底承压水埋藏条件，克服了现有试验技术手段的缺陷，设计出一种能够在基坑离心模拟试验中考虑坑底承压水位的变化对基坑环境效应与突涌稳定性的作用影响，进行相关的设计、施工的方案设计与验证，测试效果直观、准确。

附图说明

图1为本发明的俯视结构示意图；

图2为图1中A-A剖面的示意图；

图3为图2中B-B剖面的示意图。

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

如图1至3所示，一种模拟基坑承压水位变化及稳定性的离心模型试验装置，该装置包括模型箱体1、水箱隔板2、基坑连续墙模拟板3、基坑围护墙内支撑4以及传感，7。水箱隔板2设置于模型箱体1内，将模型箱体1隔为水箱11和土体箱12，该水箱隔板2的底部与模型箱体1的底部之间设有100mm的空隙，使得水箱11和土体箱12的底部形成高度为100mm的通道，土体箱12内由下至上依次填充砂土层、黏性土层和淤泥质土层，水箱12底部填充有一层砂土层，并且两侧的砂土层的厚度大于100mm。在砂土层内设有增滤软纱布8，使得水箱12内的水能够均匀地渗透到底部土体的各个位置。

基坑连续墙模拟板3设有两个，平行设置在土体箱11内，用来模拟基坑的地下连续墙，基坑围护墙内支撑4垂直设置在两个基坑连续墙模拟板3之间，所述的传感器7包括孔隙水压传感器、应变片、土压计和位移传感器，其中孔隙水压传感器设置在土体的多个位置，监测土体内的孔压变化；应变片贴在基坑连续墙模拟板3上，获取应变数值后，可计算出弯矩和位移，土压计设置在基坑连续墙模拟板3内外两侧的土体内，进而测得模拟连续墙体内外两侧的主动土压力和被动土压力，位移传感器设置在基坑连续墙模拟板3外侧的土体内，获取该处土体的沉降信息。水箱12内设置有水位读取标尺6，用于读取试验过程中水箱内的水位变化。

为了便于观察，获取更加直观的测试效果，模型箱体1的左右两侧以及后侧的侧壁为钢板，前侧的侧壁为钢化玻璃5。

采用本装置进行测试的过程为：

(1)土样制作：

先晒干从现场取回的土样，碾碎过筛后，用水浸泡成流塑状土膏，基于土体的固结特性，配制和现场相近的含水率均匀搅拌后形成重塑土。

(2)传感器的布置：

先用砂纸打磨模型板，并用丙酮清洁后，采用胶水粘结形成表面保护层，为了防止高加速度条件下水侵入破坏传感器，再用环氧树脂封闭严实固定在相应的测量位置，并在相应的位置再布置一定数量的应变片、土压计、孔隙水压传感器。

(3)分层固结与模型布置；

在模型箱中分层装填土层，并进行充分的固结，同时，将基坑模型放入模型箱中固定，连接相应的传感器并需要及时检查传感器的工作状态(包括供电电压，预热时间存分，导线的绑扎，接线位置和连接方式，信号端读数)。固结完成后，根据需要布置一定数量位移传感器。

(4)模型开挖：

试验中，土体固结完成后，先按照开挖→加设支撑→开挖下一层土体的工况依次开挖基坑和支护，开挖到一定标高后，在水箱内逐步由低向高施加水位，并利用离心机室的高清数码相机来观测坑底土层的反应，同时监测水箱水位、孔隙水压力读数以及土体沉降与基坑开挖的环境效应。

Claims (5)

1.一种模拟基坑承压水位变化及稳定性的离心模型试验装置，其特征在于，该装置包括模型箱体、水箱隔板、基坑连续墙模拟板、基坑围护墙内支撑以及传感器，所述水箱隔板设置于模型箱体内，将模型箱体隔为水箱和土体箱，所述的水箱和土体箱的底部连通，水箱底部以及土体箱内填充有土体，所述的基坑连续墙模拟板设有两个，平行设置在土体箱内，所述的基坑围护墙内支撑垂直设置在两个基坑连续墙模拟板之间，所述的传感器设置于土体内。

2.根据权利要求1所述的一种模拟基坑承压水位变化及稳定性的离心模型试验装置，其特征在于，所述的模型箱体的左右两侧以及后侧的侧壁为钢板，前侧的侧壁为钢化玻璃。

3.根据权利要求1所述的一种模拟基坑承压水位变化及稳定性的离心模型试验装置，其特征在于，所述的水箱内设置有水位读取标尺，用于读取试验过程中水箱内的水位变化。

4.根据权利要求1所述的一种模拟基坑承压水位变化及稳定性的离心模型试验装置，其特征在于，所述的水箱隔板底部与模型箱体底部之间设有100mm的空隙，使得水箱和土体箱的底部形成高度为100mm的通道，所述的土体箱内由下至上依次填充砂土层、黏性土层和淤泥质土层，所述的水箱底部填充有一层砂土层，土体箱和水体箱的砂土层的厚度大于100mm，砂土层内设有增滤软纱布。

5.根据权利要求1所述的一种模拟基坑承压水位变化及稳定性的离心模型试验装置，其特征在于，所述的传感器包括孔隙水压传感器、应变片、土压计和位移传感器。