CN110706575A

CN110706575A - 基坑超载演示实验装置

Info

Publication number: CN110706575A
Application number: CN201910991386.XA
Authority: CN
Inventors: 韩鹏举; 程静苹; 王景霞; 何斌; 马富丽; 牛世伟; 张潇; 马健伟; 郭兴安; 正义
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2019-10-18
Filing date: 2019-10-18
Publication date: 2020-01-17

Abstract

本发明涉及岩土工程技术领域，特别涉及一种基坑超载演示实验装置。包括上表面为敞口的模型箱，所述模型箱的前、后侧面均为可视玻璃面，模型箱的左、右侧面中的其中一个侧面为刚性挡板墙，另外一个侧面为弹性挡板墙，所述模型箱的相邻两个面之间固定连接，且模型箱内填充有不同尺寸的弹力球，所述弹性挡板墙内表面从上至下安装有若干微型土压力传感器，且模型箱的上表面并排设有若干荷载板。本发明通过移动横梁上的滑动部，使得千斤顶对不同位置的荷载板产生压力，可以模拟与支护结构不同距离的附加荷载作用对土中应力的影响；通过不同块荷载板的组合，模拟荷载作用面积不同对土中应力的影响；通过施加不同荷载，模拟荷载不同对土中应力的影响。

Description

基坑超载演示实验装置

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，特别涉及一种基坑超载演示实验装置。

背景技术

基坑工程是岩土工程中的热点问题，时至今日仍处于半理论半经验阶段，技术在前理论在后，因此事故频发。导致事故的原因比较多，既有设计也有施工的原因。地面超载在基坑工程中是不可避免的一个因素，有时它是导致基坑事故的直接因素，有时是诱发因素，因此对地面超载对基坑工程影响的研究和探讨。

在设计阶段如果对地面超载漏算或少算则会给基坑工程的安全带来隐患，如果不加区别地盲目增大设计地面超载值又会造成浪费。在施工过程中不遵守设计规定，在基坑四周大量弃土、堆放建筑材料甚至超过设计要求修建各类临时建筑的情况时有发生。有的基坑工程场地狭小，大量的建筑材料可能要存放在基坑四周，还要停放各类挖掘机、运土车、混凝土运输车等，有的基坑紧挨着建(构)筑物、公路或铁路，这些地面超载对基坑产生的不利影响不可忽视。

基坑四周有地面超载和没有超载、超载值的大小对基坑工程设计方案有一定的影响，决定是否需要支护，采用何种支护方式更合理、更安全、更经济，因此对其展开研究是非常必要的，也有着实际意义。

地面超载对基坑工程的影响是岩土工程安全性的重要研究方向，对其的实验研究与理论研究的实验验证都需要借助基坑超载实验装置得以实现。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基坑超载演示实验装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种基坑超载演示实验装置，包括上表面为敞口的模型箱，

所述模型箱的前、后侧面均为可视玻璃面，模型箱的左、右侧面中的其中一个侧面为刚性挡板墙，另外一个侧面为弹性挡板墙，所述模型箱的相邻两个面之间固定连接，且模型箱内填充有不同尺寸的弹力球，所述弹性挡板墙内表面从上至下安装有若干微型土压力传感器，且模型箱的上表面并排设有若干荷载板，相邻荷载板之间存在间隙，且所有荷载板与模型箱的上边缘之间存在间距；

所述模型箱两侧分别设有立柱，立柱之间连接有横梁，所述横梁下方安装有轨道，且轨道上滑移设有滑动部，滑动部上悬吊安装有千斤顶；

所述弹性挡板墙一侧的竖直安装有立板，且立板上从上至下安装有若干位移传感器。

作为本发明技术方案的进一步改进，相邻荷载板上表面之间设有连接板，连接板两侧与相邻荷载板分别穿置连接有调节螺栓。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述模型箱、立柱以及立板均安装于操作台上。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述模型箱内的弹力球从上之下的颜色为由浅至深。

本发明所述的一种基坑超载演示实验装置，其通过千斤顶来实现竖向荷载的作用，将产生的竖向荷载传递给弹力球，来模拟地面超载位置的不同对基坑的影响情况。通过移动横梁上的滑动部，使得千斤顶对不同位置的荷载板产生压力，可以模拟与支护结构不同距离的附加荷载作用对土中应力的影响；通过不同块荷载板的组合，模拟荷载作用面积不同对土中应力的影响；通过改变千斤顶施加不同荷载，模拟荷载不同对土中应力的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述基坑超载演示实验装置的结构示意图。

图2为所述连接板与荷载板的连接示意图。

图中：1-刚性挡板墙，2-立柱，3-横梁，4-滑动部，5-弹力球，6-荷载板，7-连接板，8-位移传感器，9-立板，10-微型土压力传感器，11-弹性挡板墙，12-操作台，13-千斤顶，14-调节螺栓。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明。

一种基坑超载演示实验装置，包括上表面为敞口的模型箱，

所述模型箱的前、后侧面均为可视玻璃面，模型箱的左、右侧面中的其中一个侧面为刚性挡板墙1，另外一个侧面为弹性挡板墙11，所述模型箱的相邻两个面之间固定连接，且模型箱内填充有不同尺寸的弹力球5，所述弹性挡板墙11内表面从上至下安装有若干微型土压力传感器10，且模型箱的上表面并排设有若干荷载板6，相邻荷载板6之间存在间隙，且所有荷载板6与模型箱的上边缘之间存在间距；

所述模型箱两侧分别设有立柱2，立柱2之间连接有横梁3，所述横梁3下方安装有轨道，且轨道上滑移设有滑动部4，滑动部4上悬吊安装有千斤顶13，通过移动横梁3上的滑动部4，使得千斤顶13对不同位置的荷载板6产生压力，可以模拟与支护结构不同距离的附加荷载作用下对土中应力的影响；

所述弹性挡板墙11一侧的竖直安装有立板9，且立板9上从上至下安装有若干位移传感器8。

在本发明中，模型箱内所装填的弹力球5用于模拟土体。所述模型箱的底座能够采用工字钢焊接而成的，可为底座承受上部荷载传递给地面，也可以固定上部构件；模型箱底板上的挡板墙以及弹力球5，表面要尽量粗糙，保证模拟土与底板之间有足够的摩擦，避免发生相对滑动。可视玻璃面可采用钢化玻璃制成，方便观察弹力球5的变形。在本发明中，模型箱为长1200mm（图1所示的左右方向）、高800mm、宽400mm的长方体。各挡板墙的厚度为10mm、高700mm、宽400mm。

其中弹性挡板墙11可采用土工格式生态挡墙，弹性模量为50MPa，水平位移最大值为5cm。刚度较小且可以产生一定的挠曲变形。结构轻，成本较低且对环境高度适应。

具体实施时，弹性挡板墙11与弹力球5接触的一面的表面上设有孔，孔内安装微型土压力传感器10。微型压力传感器10分别沿着弹性挡板墙11的中线埋设于弹性挡板墙11上预留的孔洞中，每行设置4个，每列8个。微型土压力传感器10形状为圆形，直径1cm，厚度4mm，用来测深度范围内的压力值。

弹性挡板墙11外侧有一块400× 800竖直放置的立板9，立板9上设有孔可安装位移传感器8，位移传感器8每行设置4个，每列8个，与微型压力传感器10的位置一一对应。进一步的，弹性挡板墙11可以观测到超载作用下，土体对挡墙的挤压情况。位移传感器8随着千斤顶的加荷, 能同步测出挡墙变形，比普通测量更易得出位移长度，方便操作记录，降低测量误差。

弹力球5用于模拟的土体，重度为20 kN/m²。共有4种尺寸大小、密度各不相同的小球可选择。直径有2mm.10mm.20mm.50mm。密度所取的范围在1.6-2.0g/cm³，并且分为不同的颜色，根据不同的土质可配置不同大小的弹力球5，分层放入模型箱中。

在本发明中，滑动部4可在横梁3上的轨道水平滑移，调整滑动部4的位置可将千斤顶13的作用力作用在不同位置的荷载板6上，从而模拟不同坡肩距离的荷载对土中应力的影响情况。优选的，横梁3位于模型箱的前后侧面之间的中线上，使模型箱内的弹力球5更好的受力。千斤顶13的加载等级共有四级，分别为5kPa、10kPa、15kPa、20kPa。加载时按加载等级分级加载，模拟荷载不同对土中应力的影响。

具体的，所述荷载板6是用于扩大承压面积，以免陷落或滑动而发生事故。所述荷载板6的长398mm、宽198mm、厚度25mm。每个模型箱内可放置六块荷载板6。

具体使用时，读取超载时各个微型土压力传感器10相应的应力值和位移传感器8相应的位移值，记录每个微型土压力传感器10所在位置相对应的压力值和位移传感器8所在位置相对应的位移值，绘制压力变化曲线图和位移变化曲线图，测出超载作用下的土压力和土体的位移情况。通过模型箱的可视玻璃面，根据不同颜色弹力球5位移变换对比初始情况的位置，来确定弹力球5的扰动情况，最后将球取出观察各个部位模拟土的受压情况。

进一步的，相邻荷载板6上表面之间设有连接板7，连接板7两侧与相邻荷载板6分别穿置连接有调节螺栓14。为了便于观察至少两块荷载板6共同对弹力球5的作用，调节螺栓14与连接板7和荷载板6相连接，使得相邻荷载板6连接在一起。不同块荷载板6的组合，模拟荷载作用面积不同对土中应力的影响。当观察单个荷载板6竖向方向上的运动时，拆除调节螺栓14即可。

具体的，所述模型箱、立柱2以及立板9均安装于操作台12上。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种基坑超载演示实验装置，其特征在于，包括上表面为敞口的模型箱，

所述模型箱的前、后侧面均为可视玻璃面，模型箱的左、右侧面中的其中一个侧面为刚性挡板墙（1），另外一个侧面为弹性挡板墙（11），所述模型箱的相邻两个面之间固定连接，且模型箱内填充有不同尺寸的弹力球（5），所述弹性挡板墙（11）内表面从上至下安装有若干微型土压力传感器（10），且模型箱的上表面并排设有若干荷载板（6），相邻荷载板（6）之间存在间隙，且所有荷载板（6）与模型箱的上边缘之间存在间距；

所述模型箱两侧分别设有立柱（2），立柱（2）之间连接有横梁（3），所述横梁（3）下方安装有轨道，且轨道上滑移设有滑动部（4），滑动部（4）上悬吊安装有千斤顶（13）；

所述弹性挡板墙（11）一侧的竖直安装有立板（9），且立板（9）上从上至下安装有若干位移传感器（8）。

2.根据权利要求1所述的一种基坑超载演示实验装置，其特征在于，相邻荷载板（6）上表面之间设有连接板（7），连接板（7）两侧与相邻荷载板（6）分别穿置连接有调节螺栓（9）。

3.通过不同块荷载板的组合，模拟荷载作用面积不同对土中应力的影响。

4.根据权利要求1或2所述的一种基坑超载演示实验装置，其特征在于，所述模型箱、立柱（2）以及立板（9）均安装于操作台（12）上。

5.根据权利要求1或2所述的一种基坑超载演示实验装置，其特征在于，所述模型箱内的弹力球（5）从上之下的颜色为由浅至深。