CN108344839A - 一种基坑水平封底隔水试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基坑水平封底隔水试验装置及方法，根据封底材料以及其在土层的位置设置不同工况，用可调节供水压力的增压泵为土层供水，动态控制增压泵的供水压力，直到每个工况的封底材料破坏。为研究土体中水位和水压的变化，在模型箱内侧面沿深度布置多个观测孔，观测孔接头插入土层中,并形成连通器，通过左侧与测压管相连的测压表的读数来反映模型箱中相应土层中水压的变化。通过记录每个工况下土层水压力的变化以及封底材料破坏时的供水压力，探究基坑水平封底各参数的影响规律。
Description
技术领域
本发明涉及基坑降水工程领域，特别是一种基坑水平封底隔水试验装置及方法。
背景技术
随着城市地下空间的开发利用成为当今现代化建设的趋势，部分地区由于地下水水力丰富，在基坑开挖过程中需要大规模的降水，因此优化降水工程来提高降水效率、减少降水费用以及减少降水对环境的影响成为现阶段工程建设的热点问题。
现阶段室内基坑降水模型试验的研究愈发增多，如唐益群等设计了一种现场缩尺降水模型试验，对上海地铁宜山路站的端头井基坑进行三维缩尺模拟，对现场土层进行概化，采用水箱连接模型箱边缘注水孔的方式进行边界供水，并埋置孔隙水压力计、土压力计、测水管、对水土压力及水位进行监测；杨斌等设计了一种二维渗流模型箱，通过调节与模型相连的进水箱和排水箱的水位高度，控制模型边界水位和坑内水位高度，从模型侧面测压孔洞接入测压管并安装在外侧测压板上，用以监测渗流场中各点的水压；王建秀等设计了一种模拟基坑降水承压含水层地下水渗流的透明土试验方法和装置，通过设置可调节水位的外侧供水夹层进行供水，模型箱内用透明土模拟土层，用孔压测量装置测量模型不同位置的孔隙水压力分布，并通过释放示踪剂和拍摄其流动状态的方式，直接观察帷幕渗流路径。
现有的基坑降水模型试验大多模拟了竖向止水帷幕和降水井配合降水，缺少基坑水平封底隔水的模型试验，而在国内外的施工现场水平封底配合降水井降水已经被广泛使用。
参考文献：
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[4]王建秀，刘绍莉，刘笑天等，模拟基坑降水承压含水层地下水渗流的透明土试验方法，国家发明专利：ZL 201610130987.8
[5]王建秀，高峰，刘绍莉等，模拟基坑降水承压含水层地下水渗流的透明土试验装置，国家发明专利：ZL 201610129898.1
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种基坑水平封底隔水试验装置及方法，对封底材料的各个参数进行控制变量的试验研究，从而分析各个设计参数对降水效果的影响规律。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基坑水平封底隔水试验装置，其包括：
模型箱；
开设于模型箱底部两侧的多个供水孔；
开设于模型箱至少一侧的多个观测孔；
填设于模型箱内的多个土层；
用于分隔相邻所述土层的封底材料；
分别与各观测孔连通的多根测压管；
与所述多根测压管连通的测压表；
以及，
分别与各供水孔连通的多个增压泵。
所述模型箱转角处通过角钢加固。
所述供水孔通过波纹管与所述增压泵连通。
所述供水孔与所述波纹管之间、所述观测孔与所述测压管之间均通过密封圈密封连接。
相应的，本发明还提供了一种基坑水平封底隔水试验方法，其包括以下步骤：
1)用铁丝网把供水孔口、观测孔口包住，然后缠上两层土工布；
2)向模型箱中分层填土并夯实，待土层全部填完之后再继续夯实加快土层固结，且使土层渗透系数均匀；
3)打开增压泵并调整好转速，观察测压表的读数，当测压表数值不变时即达到了供水稳定的状态；
4)根据试验需求，调整增压泵的读数直到封底材料破坏；
5)根据试验需求，改变封底材料的厚度和位置，再重复以上步骤进行下一工况的试验。
步骤2)的具体实现过程包括：将土每5cm一层均匀摊铺在模型箱中，将土层夯实，然后用铁抹子轻轻压平，用长木板把土层刮平，确保土层在同一水平线上，填到封底材料浇筑位置时完成封底材料的浇筑，待其固结稳定之后继续填土到指定标高。
步骤3)中，打开抽水泵后，调整抽水泵到一个合适的转速，刚开始供水时土体内的水压还不稳定，等测压表读数不变时，可认为水压已经稳定，此时增压泵的读数即为供水压力，20cm处的测压表读数即为承压水水压。
步骤4)中，持续增大增压泵的供水压力，当封底材料上部的测压表数据开始增大到与封底材料底部相近时，说明封底材料已经破坏。，记录下此时所有的测压表数据。
步骤(5)中检测封底材料厚度对隔水效果的影响规律时，控制封底材料的位置不改变，仅改变其厚度，然后保持其他参数一致重复试验步骤来模拟其影响。
步骤(5)中检测封底材料位置对隔水效果的影响规律时，在步骤(2)的铺土过程中改变封底材料浇筑的位置，然后保持其他参数一致重复试验步骤来模拟其影响。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：
1、可进行对承压水水压的自由调节，更好的研究了基坑水平封底技术的承压能力。
2、可对封底材料的各个参数进行控制变量的试验研究，最后根据多工况的实验数据得出封底材料的厚度大小以及封底材料距离基坑底部的位置对止水效果的影响规律，从而为不同条件下选择安全合理的封底材料厚度以及其浇筑位置提供参考依据。
3、采用拍照法直接记录数据，减少因读取压力表读数时间过长造成数据读取过程中数值波动，进一步减少误差；
4、装置可重复使用，且可配置不同的模型土层来模拟不同地层结构下水平封底的效果。
附图说明
图1为试验系统主视图；
图2为模型箱俯视图；
图3为孔径接头示意图；
其中，1-模型箱，2-增压泵，3-供水孔，4-观测孔，5-测压表，6-封底材料，7-土层，8-测压管，9-波纹管，10-钢脚座，11-角钢，12-密封圈，13-铁丝网和土工布。
具体实施方式
如图1-图3所示，本发明试验装置包括模型箱1，增压泵2，供水孔3，观测孔4，测压表5，封底材料6，土层7，测压管8，波纹管9，刚脚座10等组件。模型箱1为空心无盖长方体，接缝(转角)处由角钢11进行加固。各孔径接头有密封圈12密封，由铁丝网和土工布13过滤，使其有良好的密封性和承压能力。
模型箱采用10mm厚的有机玻璃，在模型的转角处采用角钢加固焊接，模型箱整体为一无顶的长方体钢箱，底部有20cm高的材料为不锈钢的脚座。
试验步骤如下：
第一步：填土及设备安装。按照指定的概化地层结构分层填土，填土7过程中，在指定位置按照步骤说明浇筑封底材料6，用铁丝网和土工布13将孔径包裹后，将测压表5用测压管8与观测孔4联通，将增压泵2与供水孔3联通。
第二步：打开增压泵调到较小的功率，过一段时间后待封底材料下部的土层饱和之后，开始改变增压泵的功率。
第三步：不断增加增压泵2的供水压力，直到封底材料上部观测孔连接的测压表读数明显增加，说明此时封底材料已经破坏，每次改变增压泵的功率之后都要等到测压表5的读数基本稳定，然后用相机拍下各个测压表的读数。
第四步：完成一个工况之后，先拧下与四个供水孔连接的波纹管9，让土层中的水排出，然后重新进行填土和浇筑封底材料，按照以上步骤完成多个工况的模拟试验。
Claims (10)
1.一种基坑水平封底隔水试验装置，其特征在于，包括：
模型箱(1)；
开设于模型箱(1)底部两侧的多个供水孔(3)；
开设于模型箱(1)至少一侧的多个观测孔(4)；
填设于模型箱(1)内的多个土层(7)；
用于分隔相邻所述土层(7)的封底材料(6)；
分别与各观测孔(4)连通的多根测压管(8)；
与所述多根测压管(8)连通的测压表(5)；
以及，
分别与各供水孔(3)连通的多个增压泵(2)。
2.根据权利要求1所述的基坑水平封底隔水试验装置，其特征在于，所述模型箱(1)转角处通过角钢(11)加固。
3.根据权利要求1所述的基坑水平封底隔水试验装置，其特征在于，所述供水孔(3)通过波纹管(9)与所述增压泵(2)连通。
4.根据权利要求3所述的基坑水平封底隔水试验装置，其特征在于，所述供水孔(3)与所述波纹管(9)之间、所述观测孔(4)与所述测压管(8)之间均通过密封圈密封连接。
5.根据权利要求1所述的基坑水平封底隔水试验装置，其特征在于，所述模型箱(1)采用有机玻璃制成。
6.根据权利要求1所述的基坑水平封底隔水试验装置，其特征在于，所述土层(7)厚度为5cm。
7.根据权利要求1所述的基坑水平封底隔水试验装置，其特征在于，所述供水孔(3)、观测孔(4)处均设置铁丝网，所述铁丝网上缠绕有土工布(13)。
8.一种基坑水平封底隔水试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)用铁丝网把供水孔口、观测孔口包住，然后缠上两层土工布；
2)向模型箱中分层填土并夯实，待土层全部填完之后再继续夯实加快土层固结，且使土层渗透系数均匀；
3)打开增压泵并调整好转速，观察测压表的读数，当测压表数值不变时即达到了供水稳定的状态；
4)根据试验需求，调整增压泵的读数直到封底材料破坏；
5)根据试验需求，改变封底材料的厚度和位置，再重复以上步骤进行下一工况的试验。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤2)的具体实现过程包括：将土每5cm一层均匀摊铺在模型箱中，将土层夯实，然后压平土层，把土层刮平，确保土层在同一水平线上，填到封底材料浇筑位置时完成封底材料的浇筑，待封底材料固结稳定之后继续填土到指定标高。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤4)中，当封底材料上部的测压表数据开始增大到与封底材料底部一致时，说明封底材料已经破坏。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 350001 Unit A3, 3rd Floor, New Metropolitan Garden Square, 171 Wuyibei Road, Gulou District, Fuzhou City, Fujian Province Applicant after: China cross strait Construction Investment Development Co., Ltd. Applicant after: Central South University Applicant after: Guangzhou Metro Design and Research Institute Co., Ltd. Address before: 350015 23/F Shichuang Building, 100-1 Jiangbin East Avenue, Mawei District, Fuzhou City, Fujian Province Applicant before: China cross strait Construction Investment Development Co., Ltd. Applicant before: Central South University Applicant before: Guangzhou Metro Design Institute Co., Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information |