CN105332394A - 研究抗拔桩抵抗基坑突涌破坏机理的试验装置 - Google Patents

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程泽海
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金炜枫
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Abstract

本发明涉及一种研究抗拔桩抵抗基坑突涌破坏机理的试验装置，包括模型箱、加载系统和测试系统，所述模型箱内设有抗拔桩模型并铺设试验土体，模型箱底部和四面侧壁为有机玻璃，四面侧壁外部由角钢连接，用于限制其侧向变形，保证模型箱的稳定性；所述模型箱侧壁中部设有一个测压管接口，模型箱侧壁两侧底部分别设有一个进水口和一个排水口，测压管接口与测压管连接，进水口与水管连接，排水口装有用于控制排水的螺纹球阀。本发明克服现有土体突涌破坏验算的缺陷，能够模拟考虑抗拔桩影响的基坑突涌模型试验，适用于基坑工程突涌破坏现象和规律的研究，为实际基坑工程的设计与施工提供指导，也可以作为基坑和地下工程领域教学、科研之用。

Description

研究抗拔桩抵抗基坑突涌破坏机理的试验装置
技术领域
本发明属于基坑和地下工程领域，尤其是涉及一种研究抗拔桩抵抗基坑突涌破坏机理的试验装置。
背景技术
随着我国城市建设、水利、交通等行业的发展，深基坑工程日益增多。深基坑工程开挖施工的地质条件和环境影响非常复杂，一项事关全局的工作就是地下水防治，特别是在沿海地区，据统计数据显示，多数基坑事故与地下水防治有关，而基坑突涌则是较为突出的工程问题，准确评价和分析此类工程问题，对于基坑方案设计与施工具有重要的意义。
根据现有规范得出的突涌验算方法只是考虑了上覆土层的重力来平衡水头压力，却忽视了土体本身的抗剪强度，更没有考虑到基坑平面尺寸对突涌的影响，这种方法计算出来的临界水头偏于保守。将基坑底板隔水层简化成均质梁或板单元分析，这种方法缺乏理论支撑，同时忽略了土体自身的特点，没有从深层次揭示突涌的破坏机理。均质连续体法是假设突涌破坏体为均质方柱体或圆柱体，这一假设与软土地区承压水基坑突涌破坏形式相差较大。
对于抗拔桩较多的建筑物，考虑承压水含水层顶面以上土体在承压水压力作用下受抗拔桩土钉效应的有利影响，对此种基坑突涌机制仍有待研究。本试验装置可以模拟承压含水层水头增加或基底开挖导致的土体突涌破坏，通过测压管、孔压计、百分表、应变片等测试系统分析抗拔桩对基坑突涌影响的内在机制。
发明内容
根据现有技术上的缺陷，本发明的目的是提供一种易于组装，测量精准的研究抗拔桩抵抗基坑突涌破坏机理的试验装置；该装置能够模拟基坑突涌破坏现象，通过模拟和测试基坑的应力场和变形场，分析试验中得到的变形数据，研究抗拔桩对基坑突涌影响的内在机制。
本发明采用的技术方案是：
一种研究抗拔桩抵抗基坑突涌破坏机理的试验装置，包括模型箱、加载系统和测试系统，所述模型箱内设有抗拔桩模型并铺设试验土体，模型箱底部和四面侧壁为有机玻璃，四面侧壁外部由角钢连接，用于限制其侧向变形，保证模型箱的稳定性；所述模型箱侧壁中部设有一个测压管接口，模型箱侧壁两侧底部分别设有一个进水口和一个排水口，测压管接口与测压管连接，进水口与水管连接，排水口装有用于控制排水的螺纹球阀；
所述加载系统包括水箱、水管及增压泵，所述水箱通过水管和增压泵与模型箱进水口连接；
所述测试系统包括测压管、仪表支架、百分表、孔压计、应变片、应变仪及位移计，所述测压管为带有刻度的有机玻璃管，与模型箱测压管接口连接并通过测压管支架与模型箱固定并保证垂直度；所述仪表支架为刚性网格支架，固定在模型箱顶部；所述百分表、孔压计及位移计固定在仪表支架上，百分表的测量部件设置于抗拔桩模型顶部，用于监测桩顶的竖向位移；所述孔压计和位移计的测量部件伸入试验土体内部；所述应变片粘贴在抗拔桩模型侧壁，并通过引线和应变仪连接。
优选地，所述模型箱四面侧壁内侧粘有防滑条，用于增大箱壁与试验土体之间的摩擦力，同时防止承压水直接从侧壁涌出；其中防滑条最佳选用透明有机玻璃方条。
优选地，所述的有机玻璃厚度大于15mm。
优选地，所述测压管接口、进水口及排水口均设置有透水土工布，防止试验土体进入并堵塞管道。
优选地，所述应变片为电阻应变片。
优选地，所述应变片沿抗拔桩模型通长等间距粘贴，并用环氧树脂密封，应变片引线沿桩体导出并粘贴标签与应变仪连接，用于监测抗拔桩模型的应变。
优选地，所述试验土体包括上下两层土体，其中下层为砂土层，上层为黏土层。
优选地，所述抗拔桩模型垂直埋置于模型箱的试验土体中。抗拔桩模型的埋置深度及排列方式采用模型相似比并按试验工况确定。
优选地，所述测压管接口安装在与砂土层顶部的相同的位置。
优选地，所述孔压计和位移计的测量部件均伸入黏土层内部。
与现有技术相比，本发明具如下有益效果：
本发明克服现有土体突涌破坏验算的缺陷，能够模拟考虑抗拔桩影响的基坑突涌模型试验，适用于基坑工程突涌破坏现象和规律的研究，为实际基坑工程的设计与施工提供指导，也可以作为基坑和地下工程领域教学、科研之用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中，1为模型箱，2为砂土层，3为黏土层，4为防滑条，5为抗拔桩模型，6为进水口，7为排水口，8为测压管接口，9为水箱，10为增压泵，11为水管，12为测压管，13为测压管支架，14为孔压计，15为百分表，16为应变片，17为应变仪，18为位移计，19为仪表支架。
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，但本发明的保护范围并不限于此。
一种研究抗拔桩抵抗基坑突涌破坏机理的试验装置，结构示意图如图1所示，该试验装置包括模型箱1、加载系统和测试系统，模型箱1内设有抗拔桩模型5并铺设试验土体，试验土体包括砂土层2和黏土层3，自下而上依次铺设于模型箱1内，砂土层2和黏土层3的厚度分别为400mm和500mm，模型箱1底部和四面侧壁为有机玻璃，四面侧壁外部由角钢连接，用于限制其侧向变形并保证稳定性，在模型箱1的四面侧壁内侧设置有透明有机玻璃材质的防滑条4，防滑条4的设置间距为50mm，从黏土层3底面向上50mm处开始向上设置，共40根；模型箱1的侧面中部设有一个测压管接口8，底部两侧分别设有一个进水口6和一个排水口7，测压管接口8与测压管12连接，进水口6接口与水管11连接，排水口7接口装有用于控制排水的螺纹球阀，测压管接口8、进水口6及排水口7均设置有透水土工布，防止试验土体进入并堵塞管道，测压管接口8所设高度位置与砂土层2顶部相同。加载系统包括水箱9、水管11及增压泵10，水箱9通过水管11与进水口6连接，增压泵10的进、出水接口均与水管11连接。测试系统包括测压管12、仪表支架13、百分表15、孔压计14、应变片16、应变仪17及位移计18，测压管12为带有刻度的有机玻璃管，与测压管接口8连接并通过测压管支架13与模型箱1固定保证垂直度，仪表支架19为刚性网格支架，固定在模型箱1顶部，百分表15、孔压计14及位移计18固定在仪表支架19上，百分表15的测量部件置于抗拔桩模型5顶部，用于监测桩顶竖向位移，孔压计14和位移计18的测量部件伸入黏土层3内部，并通过引线连接至各自对应仪表头，应变片16为电阻应变片，粘贴在抗拔桩模型5侧壁，并通过引线和应变仪17连接。抗拔桩模型5根据模型相似比和试验工况要求垂直埋置于模型箱1的试验土体中，本实施例抗拔桩模型5按5×5方式布置，其埋置深度为900mm；应变片16沿抗拔桩模型5通长10mm间距对称粘贴，并用环氧树脂密封，应变片引线沿桩体导出并粘贴标签与应变仪17连接。
利用加载系统对模型箱1中砂土层2施加水压，施加水压方式按黏土层3土重的1/10分级加载，每级加载后间隔5、10、15分钟各测读一次孔压计14、百分表15、应变仪17和位移计18的读数，以后每隔15分钟测读一次，读数稳定后施加下一级水压，直至坑底土体出现顶裂、流砂或喷水现象时停止加载，通过孔压计14测得黏土层3孔隙水压力，通过百分表15测得桩顶位移，通过应变仪17测得抗拔桩模型5应变并进一步得到桩身轴力及桩侧摩阻力分布规律，从而分析抗拔桩抵抗基坑突涌破坏的机理。

Claims (10)

1.一种研究抗拔桩抵抗基坑突涌破坏机理的试验装置，其特征在于，其包括模型箱、加载系统和测试系统，所述模型箱为上部开口的有机玻璃箱体，箱体四面侧壁外部由角钢固定，箱体内设有抗拔桩模型并铺设试验土体，箱体侧面中部设有一个测压管接口，箱体对称的两侧壁底部分别设置有一个进水口和一个排水口，排水口连接有螺纹球阀；
所述加载系统包括水箱、水管和增压泵，所述水箱通过水管和增压泵与模型箱进水口连接；
所述测试系统包括测压管、仪表支架、百分表、孔压计、应变片、应变仪及位移计，测压管为带有刻度的有机玻璃管，通过测压管支架垂直固定安装在模型箱上，其下部与模型箱测压管接口连接；仪表支架为刚性网格支架，固定在模型箱顶部；百分表、孔压计和位移计均固定在仪表支架上，百分表的测量部件设置于抗拔桩模型顶部，孔压计和位移计的测量部件伸入试验土体内部；应变片粘贴在抗拔桩模型侧壁，并通过引线和应变仪连接。
2.根据权利要求1所述的一种研究抗拔桩抵抗基坑突涌破坏机理的试验装置，其特征在于，所述模型箱四面侧壁内侧设置有防滑条。
3.根据权利要求1所述的一种研究抗拔桩抵抗基坑突涌破坏机理的试验装置，其特征在于，所述有机玻璃箱体的厚度大于15mm。
4.根据权利要求1所述的一种研究抗拔桩抵抗基坑突涌破坏机理的试验装置，其特征在于，所述测压管接口、进水口及排水口均设置有透水土工布。
5.根据权利要求1所述的一种研究抗拔桩抵抗基坑突涌破坏机理的试验装置，其特征在于，所述应变片为电阻应变片。
6.根据权利要求1或5所述的一种研究抗拔桩抵抗基坑突涌破坏机理的试验装置，其特征在于，所述应变片沿抗拔桩模型通长等间距粘贴，并用环氧树脂密封，应变片引线沿桩体导出与应变仪连接。
7.根据权利要求1所述的一种研究抗拔桩抵抗基坑突涌破坏机理的试验装置，其特征在于，所述试验土体包括上下两层土体，其中下层为砂土层，上层为黏土层，砂土层和黏土层的厚度分别为400mm和500mm。
8.根据权利要求7所述的一种研究抗拔桩抵抗基坑突涌破坏机理的试验装置，其特征在于，所述测压管接口设置在与砂土层顶部相同的位置。
9.根据权利要求7所述的一种研究抗拔桩抵抗基坑突涌破坏机理的试验装置，其特征在于，所述抗拔桩模型垂直埋置于模型箱的试验土体中。
10.根据权利要求7所述的一种研究抗拔桩抵抗基坑突涌破坏机理的试验装置，其特征在于，所述孔压计和位移计的测量部件均设置于黏土层内。
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