CN111851610A - 一种基坑开挖模型试验的模型箱及试验方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基坑开挖模型试验的模型箱，其特征在于，包括：箱体，所述箱体形成有一开口向上的腔体；围护结构，两所述围护结构竖直设置在所述腔体内，将所述腔体分成三个容纳腔；以及支撑结构，连接在两所述围护结构之间；在两所述围护结构两侧的所述容纳腔内填筑相同或不同高度的土体来进行基坑两侧等压或偏压的模型试验。同时还提供一种基坑开挖模型试验的方法。本申请的一种基坑开挖模型试验的模型箱及试验方法，可以适用于模拟基坑两侧存在偏压等复杂的地层情形。

Description

一种基坑开挖模型试验的模型箱及试验方法

技术领域

本申请涉及土木工程技术领域，尤其涉及一种基坑开挖模型试验的模型箱及试验方法。

背景技术

随着国民经济的迅速发展，城市基础设施建设进程不断加快，深基坑工程日趋增多，深基坑工程问题成为岩土工程领域的研究热点。深基坑围护体系的受力和变形特性复杂，围护体系施工过程中的受力和变形特征与设计情况往往存在较大差异，并且坑底土体隆起、坑外地表沉降等问题都与工程安全息息相关。物理模型试验方法可以模拟基坑真实开挖过程，是研究深基坑受力和变形特性的重要手段。

目前在基坑模型试验中，通常模拟对称地层基坑，为简化整体模型箱大小，以基坑中轴为界，取一半制作模型箱，另一侧以反力墙替代。该方法适用于对称地层、对称开挖模式下的基坑开挖过程模拟。但近年来的岩土工程实践中，大量基坑两侧地层不对称，如沿江基坑、一侧高堆载基坑等，其两侧呈现出明显偏压状态，现有基坑模型试验无法反应这种实际情况。

现有技术中的模型箱存在着只适用于对称地层、对称开挖模式下的基坑开挖过程模拟，不能模拟基坑两侧存在偏压等复杂地层情形的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例期望提供一种基坑开挖模型试验的模型箱及试验方法，以解决现有模型箱不能模拟基坑两侧存在偏压等复杂地层情形的问题。

为达到上述目的，本申请实施例的一方面，提供一种基坑开挖模型试验的模型箱，包括：

箱体，所述箱体形成有一开口向上的腔体；

围护结构，两所述围护结构可拆卸地设置在所述腔体内，将所述腔体分成三个容纳腔，中间的所述容纳腔为模拟基坑；以及

支撑结构，连接两所述围护结构并位于中间的所述容纳腔中；

两所述围护结构两侧的所述容纳腔内填筑相同或不同高度的土体，用以进行基坑两侧等压或偏压的模型试验。

进一步地，所述箱体包括：

竖梃；

横梃，与所述竖梃连接形成主体框架；以及

固定侧板，设置在所述主体框架上，形成所述腔体。

进一步地，位于中间的所述容纳腔的所述箱体上形成有开口向上的取土槽口；

所述模型箱还包括活动侧板，所述活动侧板可拆卸地安装在所述取土槽口上。

进一步地，所述箱体还包括磁性挡板，所述磁性挡板固定在所述取土槽口两侧的所述竖梃上或所述固定侧板上；

所述活动侧板包括活动板体以及磁性贴条，所述磁性贴条设置在所述活动板体的两端，所述活动板体通过所述磁性贴条以及所述磁性挡板配合可拆卸地安装在所述取土槽口上。

进一步地，所述固定侧板和/或所述活动板体为透明材料制成。

进一步地，所述围护结构包括：

围护墙，所述围护墙的宽度与所述腔体的宽度一致；以及

冠梁，固定在所述围护墙的上部。

进一步地，所述模型箱还包括导轨，所述导轨固定在所述主体框架顶部；

所述围护结构还包括安装支架，所述围护墙可拆卸地固定在所述安装支架上，所述围护结构通过所述安装支架可滑动地设置在所述导轨上。

进一步地，所述支撑结构包括：

第一螺杆，至少一端设置有内螺纹；以及

第二螺杆，至少一端设置有与所述第一螺杆的内螺纹相适配的外螺纹，所述第一螺杆与所述第二螺杆连接，以调节所述支撑结构的长度。

进一步地，两所述围护结构上形成有与所述支撑结构相适配的至少两行安装部，每一行形成有至少两个所述安装部，所述支撑结构通过所述安装部在长度方向可调地连接在两所述围护结构之间。

本申请实施例的另一方面，提供一种基坑开挖模型试验的试验方法，包括：

将两围护结构放置在模型箱的腔体内，将所述腔体分隔为三个容纳腔；

在所述容纳腔内模拟地层的实际情况填筑土体；

安装支撑结构的两端连接两所述围护结构；

从中间的所述容纳腔进行取土，模拟基坑的开挖；

实时测量实验过程中两所述围护结构背面土体的压力和位移，测量所述基坑两侧的土体的变形和所述支撑结构的变形。

进一步地，从中间的所述容纳腔内进行取土，模拟基坑开挖的步骤，具体包括：拆除模型箱的活动侧板，从中间的所述容纳腔两侧的取土槽口进行取土，模拟基坑的开挖。

进一步地，在所述容纳腔内模拟地层的实际情况填筑土体的步骤之前，还包括：将所述箱体的内壁涂抹润滑剂。

本申请实施例提供的一种基坑开挖模型试验的模型箱，通过两个围护结构竖直设置在模型箱的腔体内，将腔体分成三个容纳腔。在两个围护结构两侧的容纳腔内根据地层的实际情况，填筑相同或不同高度的土体来进行基坑两侧等压或偏压的模型试验，本申请实施例的模型箱可以适用于模拟基坑两侧存在偏压等复杂的地层情形。同时还提供一种基坑开挖模型试验的方法，可以适用于模拟基坑两侧存在偏压等复杂的地层情形。

附图说明

图1为本申请实施例中模型箱的结构示意图；

图2为本申请实施例中安装导轨的箱体的结构示意图；

图3为本申请实施例中活动侧板的结构示意图；

图4为本申请实施例中围护结构的结构示意图；

图5为本申请实施例中支撑结构的结构示意图；以及

图6为本申请实施例中基坑开挖模型试验的试验方法的流程图。

附图标记说明

1、模型箱；2、箱体；3、围护结构；4、支撑结构；5、活动侧板；6、导轨；20、竖梃；21、横梃；22、主体框架；23、固定侧板；24、腔体；25、容纳腔；26、取土槽口；27、磁性挡板；30、围护墙；31、冠梁；32、安装支架；40、第一螺杆；41、第二螺杆；50、活动板体；51、磁性贴条；300、安装部。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本申请宗旨的解释说明，不应视为对本申请的不当限制。

在本申请的描述中方位术语仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

本申请实施例的一方面，提供一种基坑开挖模型试验的模型箱，参见图1所示，包括箱体2、围护结构3以及支撑结构4。箱体2形成有一开口向上的腔体24，两围护结构3可拆卸地设置在腔体24内，将腔体24分成三个容纳腔25，中间的容纳腔25为模拟基坑，支撑结构4连接两围护结构3并位于中间的容纳腔25中，两围护结构3两侧的容纳腔25内填筑相同或不同高度的土体，用以进行基坑两侧等压或偏压的模型试验。

在一实施例中，参见图1以及图2所示，通过两个围护结构3竖直设置在模型箱1的腔体24内，将腔体24分成三个容纳腔25。在两个围护结构3两侧的容纳腔25内根据地层的实际情况，填筑相同或不同高度的土体来进行基坑两侧等压或偏压的模型试验，中间的容纳腔25为模拟基坑，通过模拟基坑开挖过程，研究围护结构3的受力和变形特性，模拟基坑真实开挖过程，是研究基坑受力和变形特性的重要手段。模型箱1两个围护结构3两侧的容纳腔25内可以填筑不同高度的土体，适用于模拟基坑两侧存在偏压等复杂的地层情形。

在一实施例中，参见图2所示，箱体2包括竖梃20、横梃21以及固定侧板23。横梃21与竖梃20连接形成主体框架22，固定侧板23设置在主体框架22上，形成腔体24。由横挺以及竖梃20连接形成主体框架22，提供支撑力，固定侧板23设置在主体框架22上，组合形成箱体2，箱体2结构简单，且具备足够的强度，保证在进行模拟基坑开挖实验的时候箱体2不会被损坏。

在一实施例中，竖梃20以及横梃21可以为圆柱体、棱柱体、圆管等形状，优选的，本申请中竖梃20以及横梃21为四棱柱，竖梃20以及横挺接触面积大，组合形成的主体框架22结构牢靠，强度更大。

优选的，竖梃20以及横梃21的材料为中空方钢，由中空方钢组成的主体框架22稳定牢靠。竖梃20以及横梃21之间可以通过捆扎、螺栓连接、焊接等连接方式。优选的，本申请的竖梃20以及横梃21之间通过焊接形成模型箱1的主体框架22，通过焊接的方式，主体框架22的稳定性更强。

具体的，本申请的竖梃20以及横梃21采用50mm×50mm×5mm的方钢，由竖梃20以及横梃21焊接而成的模型箱1的主体框架22的长为2500mm，宽为600mm，高为1250mm。

在一实施例中，参见图1～3所示，位于中间的容纳腔25的箱体2上形成有开口向上的取土槽口26；模型箱1还包括活动侧板5，活动侧板5可拆卸地安装在取土槽口26上。中间的容纳腔25为模拟基坑，在模拟基坑开挖过程中，通过拆卸安装在取土槽口26的活动侧板5，由于支撑结构4连接两围护结构3并位于中间的容纳腔25中，且缩尺后的模型箱1尺寸较小，且基坑内支撑结构4密布，采用上部取土的方式模拟开挖，其操作十分不便。所以从中间的容纳腔25的两侧的取土槽口26取土，不会被支撑结构4阻碍，使得取土更加便利，且在取土后安装支撑结构4也更加方便快捷。取土槽口26以及活动侧板5的设计，方便模型箱1可从中间的容纳腔25的两侧取土，操作便利，支撑结构4安装方便，可做到随挖随撑，真实且方便地模拟基坑开挖以及支护的全过程。

具体的，取土槽口26的宽度根据实际需要模拟的基坑宽度而定，宽度不大于需要模拟的基坑的最小的宽度，才能精确的模拟真实情况，取土槽口26的宽度也不宜过小，宽度太小不利于取土的进行，也不利于支撑结构4的安装。

在一实施例中，活动侧板5可以通过捆扎、螺栓连接、磁力吸附等连接方式连接在取土槽口26上。优选的，本申请的活动侧板5通过磁力吸附连接在取土槽口26上。在模拟基坑开挖过程中，可直接将安装在取土槽口26的活动侧板5拆下来，从中间的容纳腔25的两侧取土，有安装方便，拆卸便捷的优点。

具体地，参见图2以及图3所示，箱体2还包括磁性挡板27，磁性挡板27固定在取土槽口26两侧的竖梃20上或固定侧板23上；活动侧板5包括活动板体50以及磁性贴条51，磁性贴条51设置在活动板体50的两端，活动板体50通过磁性贴条51以及磁性挡板27配合可拆卸地安装在取土槽口26上。在箱体2组装好以后，将磁性挡板27固定在箱体2的取土槽口26两侧的竖梃20上或固定侧板23上，固定方式有捆扎、螺栓连接、焊接等，优选的，磁性挡板27焊接在取土槽口26两侧的竖梃20上或固定侧板23上，焊接的连接方式更加牢固，保证磁性挡板27的结构可靠性。更具体的，磁性挡板27选用3mm的薄钢板，磁性挡板27焊接在取土槽口26两侧的竖梃20上。

在向容纳腔25内填筑土体前，需将活动侧板5通过磁性吸附固定在磁性挡板27上，活动侧板5包括活动板体50以及磁性贴条51，磁性贴条51贴附在活动板体50的两端，活动板体50通过磁性贴条51与磁性挡板27的磁性相吸的作用，可拆卸地安装在取土槽口26上。

在一实施例中，固定侧板23和活动板体50为透明材料制成。透明材料可以是PS(聚苯乙烯)、有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)、PC(聚碳酸酯)等。优选的，固定侧板23和活动板体50采用有机玻璃，具有高透明度，低价格，易于机械加工等优点。采用透明材料，便于试验过程中观察模型箱1内部土体及围护结构3的变化情况。

在一实施例中，固定侧板23为透明材料制成。透明材料可以是PS(聚苯乙烯)、有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)、PC(聚碳酸酯)等。优选的，固定侧板23为透明有机玻璃，通过螺栓固定在主体框架22内侧，便于试验过程中观察模型箱1内部土体及围护结构3的变化情况。

在一实施例中，活动板体50为透明材料制成。透明材料可以是PS(聚苯乙烯)、有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)、PC(聚碳酸酯)等。优选的，活动板体50为透明有机玻璃，可拆卸地安装在取土槽口26上，便于试验过程中观察模型箱1内部土体及围护结构3的变化情况。

具体的，活动板体50是长宽厚分别为550mm、140mm以及10mm的有机玻璃板，磁性贴条51为宽度10mm的磁力贴。

在一实施例中，参见图1、图2以及图4所示，围护结构3包括围护墙30以及冠梁31，围护墙30的宽度与腔体24的宽度一致，冠梁31固定在围护墙30的上部。模型箱1通过两个围护结构3竖直设置在的腔体24内，将腔体24分成三个容纳腔25。在两个围护结构3两侧的容纳腔25内根据地层的实际情况，填筑相同或不同高度的土体来进行基坑两侧等压或偏压的模型试验。围护墙30的宽度与腔体24的宽度一致，才能将三个容纳腔25内土体完全分隔开，使得实验状况和实际工程更加吻合，实验结果更加接近真实结果。

具体的，围护墙30和冠梁31采用透明材料制成。透明材料可以是PS(聚苯乙烯)、有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)、PC(聚碳酸酯)等。优选的，围护墙30和冠梁31为透明有机玻璃，便于试验过程中观察模型箱1内部土体及围护结构3的变化情况。围护墙30和冠梁31可以通过螺纹连接以及胶接等连接方式连接，优选的，围护墙30和冠梁31通过胶水紧密胶接连接，安装快捷牢靠。

更具体的，围护墙30由宽600mm、高1250mm、厚度10mm的有机玻璃板制成，冠梁31为长600mm、宽10mm、高20mm的有机玻璃。

在一实施例中，参见图1以及图4所示，模型箱1还包括导轨6，导轨6固定在主体框架22顶部；围护结构3还包括安装支架32，围护墙30可拆卸地固定在安装支架32上，围护结构3通过安装支架32可滑动地设置在导轨6上。在主体框架22顶部设置有导轨6，围护结构3通过安装支架32可滑动地设置在导轨6上，根据基坑的实际宽度左右调整两围护结构3移动，进而控制两围护结构3间的距离。通过安装支架32和导轨6的配合，模型箱1可以模拟不同的基坑间距，也适用于基坑两侧偏压等复杂地层情形，极大地提高了模型箱1的利用率。

在一实施例中，参见图1所示，导轨6包括第一连接部以及第一滑动部，通过第一连接部固定在主体框架22顶部，通过第一滑动部与安装支架32滑动配合。具体的，导轨6采用L型钢焊接在主体框架22顶部。更具体的，导轨6为尺寸为宽50mm、高50mm、厚5mm的L型角钢。

在一实施例中，安装支架32包括第二连接部以及第二滑动部，安装支架32通过第二连接部与围护墙30可拆卸地连接形成围护结构3，通过第二滑动部与导轨6可滑动地固定。具体的，第二滑动部为U型钢片，第二连接部为条形钢片，U型钢片与条形钢片焊接组成安装支架32，围护墙30与安装支架32的条形钢片通过螺纹连接固定。

在一实施例中，导轨6也可以是两条形钢片，两条形钢片固定在主体框架22顶部形成滑槽，对应的，安装支架32的滑动部可以是钢片，安装支架32由钢片与滑槽配合，可滑动地安装在导轨6上。当然，安装支架32的滑动部也可以滑轮等，通过滑轮与滑槽配合，可滑动地安装在导轨6上。

具体的，安装支架32由长510mm、宽80mm、厚5mm的U型钢片和长70mm、宽33mm、厚5mm条形钢片焊接制成，U型钢片两端向下弯曲部分的长度为70mm。

优选的，围护墙30与箱体2的底部有间隙，且围护墙30的高度比模拟基坑的高度高。围护墙30与安装支架32连接固定，悬挂在主体框架22的顶部，围护墙30与箱体2的底部有间隙，在模拟基坑开挖的时候，更能反映受力的真实情况。

在一实施例中，参见图1以及图5所示，支撑结构4包括第一螺杆40以及第二螺杆41，第一螺杆40至少一端设置有内螺纹，第二螺杆41至少一端设置有与第一螺杆40的内螺纹相适配的外螺纹，第一螺杆40与第二螺杆41连接，以调节支撑结构4的长度。第一螺杆40与第二螺杆41通过内螺纹与外螺纹相配合连接，通过调节内螺纹以及外螺纹的配合深度，以调节支撑结构4的长度，进而满足不同基坑宽度的要求，对两围护结构3进行支撑。

在一实施例中，支撑结构4由一个第一螺杆40以及两个第二螺杆41组成，第一螺杆40两端设置有内螺纹，第二螺杆41至少一端设置有与第一螺杆40的内螺纹相适配的外螺纹。安装过程中，先将两个第二螺杆41分别安装在第一螺杆40的两端，将连接好的支撑结构4放入中间的容纳腔25中，保持第一螺杆40不动，通过旋转两端的第二螺杆41，以达到调整的支撑结构4的长度能够适应基坑宽度要求，对围护结构3起到支撑作用。当然，支撑结构4可以由一个第一螺杆40以及一个第二螺杆41组成，也可以由两个第一螺杆40以及一个第二螺杆41组成，也可以由多个第一螺杆40以及多个第二螺杆41组成。

在一实施例中，参见图1以及图4所示，两围护结构3上形成有与支撑结构4相适配的至少两行安装部300，每一行形成有至少两个安装部300，支撑结构4通过安装部300在长度方向可调地连接在两围护结构3之间。安装部300的位置由围护墙30的入土深度确定，在需要支撑结构4支撑的位置设置安装部300。具体的，本申请两围护结构3上形成有与支撑结构4相适配的四行安装部300，例如，第一行形成有四个安装部300，第二行、第三行以及第四行均形成有八个安装部300。适当数量的支撑结构4可以保证提供足够的支撑力，也不会因安装过多支撑结构4增加模拟箱的安装工作量。更具体的，第一行安装部300形成在冠梁31上，减小对围护墙30的作用力，增加围护墙30上部的强度，防止围护墙30因受力过大被损坏。

在一实施例中，安装部300为凹槽。支撑结构4的两端与凹槽配合，对两围护结构3起到支撑作用，安装方便快捷，结构稳定可靠。当然，安装部300也可以为螺纹孔，与第二螺杆41的外螺纹相配合固定。安装部300也可以是与第一螺杆40的内螺纹相适配的螺纹柱，通过内螺纹与螺纹柱配合固定。安装部300也可以是凹槽、螺纹孔以及螺纹柱的组合，具体组合方式根据支撑结构4决定。

具体的，第一螺杆40以及第二螺杆41由实心铝杆制成。当然，第一螺杆40以及第二螺杆41也可以由空心铝杆制成。更具体的，第一螺杆40以及第二螺杆41由直径为30mm的实心铝杆或空心铝杆制成。

本申请实施例的另一方面，提供一种基坑开挖模型试验的试验方法，参见图6所示，包括：

S1：将两围护结构放置在模型箱的腔体内，将腔体分隔为三个容纳腔；

S2：在容纳腔内模拟地层的实际情况填筑土体；

S3：安装支撑结构的两端连接两围护结构；

S4：从中间的容纳腔内进行取土，模拟基坑的开挖；

S5：实时测量实验过程中两围护结构背面土体的压力和位移，测量基坑两侧的土体的变形和支撑结构的变形。

本申请实施例提供的一种基坑开挖模型试验的试验方法，参见图6所示，试验方法所用模型箱1包括箱体2、围护结构3以及支撑结构4。通过两个围护结构3竖直设置在模型箱1的腔体24内，将腔体24分成三个容纳腔25。在两个围护结构3两侧的容纳腔25内根据地层的实际情况，填筑相同或不同高度的土体来进行基坑两侧等压或偏压的模型试验，实验开始后从中间的容纳腔25内进行取土，模拟基坑的开挖本，实时测量实验过程中两围护结构3背面土体的压力和位移，测量基坑两侧的土体的变形和支撑结构4的变形。本申请实施例的基坑开挖模型试验的试验方法，可以适用于模拟基坑两侧存在偏压等复杂的地层情形。

下面对本申请实施例基坑开挖模型试验的试验方法的各个步骤进行具体地说明。

S1：将两围护结构放置在箱体的腔体内，将腔体分隔为三个容纳腔。

本申请实施例的基坑开挖模型试验的试验方法中，参见图1所示，采用的模型箱1包括箱体2、围护结构3以及支撑结构4。箱体2形成有一开口向上的腔体24，两围护结构3可拆卸地设置在腔体24内，将腔体24分成三个容纳腔25，中间的容纳腔25为模拟基坑，支撑结构4连接两围护结构3并位于中间的容纳腔25中，两围护结构3两侧的容纳腔25内填筑相同或不同高度的土体，用以进行基坑两侧等压或偏压的模型试验。

在一实施例中，参见图1以及图2所示，通过两个围护结构3竖直设置在模型箱1的腔体24内，将腔体24分成三个容纳腔25。在两个围护结构3两侧的容纳腔25内根据地层的实际情况，填筑相同或不同高度的土体来进行基坑两侧等压或偏压的模型试验，中间的容纳腔25为模拟基坑，通过模拟基坑开挖过程，研究围护结构3的受力和变形特性，模拟基坑真实开挖过程，是研究基坑受力和变形特性的重要手段。模型箱1两个围护结构3两侧的容纳腔25内可以填筑不同高度的土体，适用于模拟基坑两侧存在偏压等复杂的地层情形。

在一实施例中，参见图2所示，箱体2包括竖梃20、横梃21以及固定侧板23。横梃21与竖梃20连接形成主体框架22，固定侧板23设置在主体框架22上，形成腔体24。由横挺以及竖梃20连接形成主体框架22，提供支撑力，固定侧板23设置在主体框架22上，组合形成箱体2，箱体2结构简单，且具备足够的强度，保证在进行模拟基坑开挖实验的时候箱体2不会被损坏。

在一实施例中，竖梃20以及横梃21可以为圆柱体、棱柱体、圆管等形状，优选的，本申请中竖梃20以及横梃21为四棱柱，竖梃20以及横挺接触面积大，组合形成的主体框架22结构牢靠，强度更大。

在一实施例中，参见图1以及图4所示，围护结构3包括围护墙30以及冠梁31，围护墙30的宽度与腔体24的宽度一致，冠梁31固定在围护墙30的上部。模型箱1通过两个围护结构3竖直设置在的腔体24内，将腔体24分成三个容纳腔25。在两个围护结构3两侧的容纳腔25内根据地层的实际情况，填筑相同或不同高度的土体来进行基坑两侧等压或偏压的模型试验。围护墙30的宽度与腔体24的宽度一致，才能将三个容纳腔25内土体完全分隔开，使得实验状况和实际工程更加吻合，实验结果更加接近真实结果。

S2：在容纳腔内模拟地层的实际情况填筑土体。

模型箱1安装好以后，根据模拟地层的实际情况在三个容纳腔25内填筑土体，准备开始实验。

在一实施例中，参见图1以及图4所示，模型箱1还包括导轨6，导轨6固定在主体框架22顶部；围护结构3还包括安装支架32，围护墙30可拆卸地固定在安装支架32上，围护结构3通过安装支架32可滑动地设置在导轨6上。在主体框架22顶部设置有导轨6，围护结构3通过安装支架32可滑动地设置在导轨6上，根据基坑的实际宽度左右调整两围护结构3移动，进而控制两围护结构3间的距离。通过安装支架32和导轨6的配合，模型箱1可以模拟不同的基坑间距，也适用于基坑两侧偏压等复杂地层情形，极大地提高了模型箱1的利用率。

在一实施例中，参见图1所示，导轨6包括第一连接部以及第一滑动部，通过第一连接部固定在主体框架22顶部，通过第一滑动部与安装支架32滑动配合。具体的，导轨6采用L型钢焊接在主体框架22顶部。更具体的，导轨6为尺寸为宽50mm、高50mm、厚5mm的L型角钢。

在一实施例中，参见图4所示，安装支架32包括第二连接部以及第二滑动部，安装支架32通过第二连接部与围护墙30可拆卸地连接形成围护结构3，通过第二滑动部与导轨6可滑动地固定。具体的，第二滑动部为U型钢片，第二连接部为条形钢片，U型钢片与条形钢片焊接组成安装支架32，围护墙30与安装支架32的条形钢片通过螺纹连接固定。

在一实施例中，导轨6也可以是两条形钢片，两条形钢片固定在主体框架22顶部形成滑槽，对应的，安装支架32的滑动部可以是钢片，安装支架32由钢片与滑槽配合，可滑动地安装在导轨6上。当然，安装支架32的滑动部也可以滑轮等，通过滑轮与滑槽配合，可滑动地安装在导轨6上，在实验过程中，调整模拟基坑宽度更加方便。

优选的，围护墙30与箱体2的底部有间隙，且围护墙30的高度比模拟基坑的高度高。围护墙30与安装支架32连接固定，悬挂在主体框架22的顶部，围护墙30与箱体2的底部有间隙，在模拟基坑开挖的时候，更能反映受力的真实情况。

将两围护结构3通过安装支架32悬挂在导轨6上，并沿导轨6滑动调整得到试验所需基坑宽度，在模型箱1内填筑土样，根据实际地层条件两围护结构3两侧可以填筑相同或不同的土体高度来模拟对称或非对称地层条件，土体填筑完毕后拆除安装支架32，形成基坑开挖前的初始状态。

S3：安装支撑结构的两端连接两围护结构。

在基坑开挖前，在两围护结构3间安装支撑结构4，对围护结构3起到支撑作用。

在一实施例中，参见图1以及图5所示，支撑结构4包括第一螺杆40以及第二螺杆41，第一螺杆40至少一端设置有内螺纹，第二螺杆41至少一端设置有与第一螺杆40的内螺纹相适配的外螺纹，第一螺杆40与第二螺杆41连接，以调节支撑结构4的长度。第一螺杆40与第二螺杆41通过内螺纹与外螺纹相配合连接，通过调节内螺纹以及外螺纹的配合深度，以调节支撑结构4的长度，进而满足不同基坑宽度的要求，对两围护结构3进行支撑。

在一实施例中，支撑结构4由一个第一螺杆40以及两个第二螺杆41组成，第一螺杆40两端设置有内螺纹，第二螺杆41至少一端设置有与第一螺杆40的内螺纹相适配的外螺纹。安装过程中，先将两个第二螺杆41分别安装在第一螺杆40的两端，将连接好的支撑结构4放入中间的容纳腔25中，保持第一螺杆40不动，通过旋转两端的第二螺杆41，以达到调整的支撑结构4的长度能够适应基坑宽度要求，对围护结构3起到支撑作用。当然，支撑结构4可以由一个第一螺杆40以及一个第二螺杆41组成，也可以由两个第一螺杆40以及一个第二螺杆41组成，也可以由多个第一螺杆40以及多个第二螺杆41组成。

在一实施例中，参见图1以及图4所示，两围护结构3上形成有与支撑结构4相适配的至少两行安装部300，每一行形成有至少两个安装部300，支撑结构4通过安装部300在长度方向可调地连接在两围护结构3之间。安装部300的位置由围护墙30的入土深度确定，在需要支撑结构4支撑的位置设置安装部300。具体的，本申请两围护结构3上形成有与支撑结构4相适配的四行安装部300，例如，第一行形成有四个安装部300，第二行、第三行以及第四行均形成有八个安装部300。适当数量的支撑结构4可以保证提供足够的支撑力，也不会因安装过多支撑结构4增加模拟箱的安装工作量。更具体的，第一行安装部300形成在冠梁31上，减小对围护墙30的作用力，增加围护墙30上部的强度，防止围护墙30因受力过大被损坏。

在一实施例中，安装部300为与凹槽。支撑结构4的两端与凹槽配合，对两围护结构3起到支撑作用，安装方便快捷，结构稳定可靠，安装时，先将两个第二螺杆41分别安装在第一螺杆40的两端，将连接好的支撑结构4放入中间的容纳腔25中，保持第一螺杆40不动，通过旋转两端的第二螺杆41，以达到调整的支撑结构4的长度能够适应基坑宽度要求，使得第二螺杆41的另一端伸入凹槽内并固定，对围护结构3起到支撑作用。当然，安装部300也可以为螺纹孔，与第二螺杆41的外螺纹相配合固定，安装时通过旋转第二螺杆41，第二螺杆41一端的外螺纹与螺纹孔配合固定并对围护结构3起到支撑作用，安装后更加牢靠。安装部300也可以是与第一螺杆40的内螺纹相适配的螺纹柱，通过内螺纹与螺纹柱配合固定。安装部300也可以是凹槽、螺纹孔以及螺纹柱的组合，具体组合方式根据支撑结构4决定。

S4：从中间的容纳腔内进行取土，模拟基坑的开挖；

从模型箱1里进行取土，将模型箱1里安装有支撑结构4的高度方向的土体取出，模拟第一层土体开挖，继续安装下一行支撑结构4并进行取土，模拟下一层的土体开挖。采用相同方法继续进行剩下的土体开挖，直至完成基坑的全部开挖与支撑过程。

S5：实时测量实验过程中两围护结构背面土体的压力和位移，测量基坑两侧的土体的变形和支撑结构的变形。

在将两围护结构3安装在模型箱1的腔体内24后，在围护墙30背面安装微型土压力盒并贴应变片，实时测量实验过程中两围护结构3背面土体的压力和位移，测量基坑两侧的土体的变形和支撑结构4的变形，根据测量结果反算推测出实际工程基坑变形受力情况，进而提高实际工程的安全性。

在一实施例中，从中间的容纳腔25内进行取土，模拟基坑的开挖的步骤，具体包括：拆除模型箱1的活动侧板5，从中间的容纳腔25的两侧进行取土，模拟基坑的开挖。

在一实施例中，参见图1以及图2所示，位于中间的容纳腔25的箱体2上形成有开口向上的取土槽口26；模型箱1还包括活动侧板5，活动侧板5可拆卸地安装在取土槽口26上。中间的容纳腔25为模拟基坑，在模拟基坑开挖过程中，通过拆卸安装在取土槽口26的活动侧板5，由于支撑结构4连接两围护结构3并位于中间的容纳腔25中，且缩尺后的模型箱1尺寸较小，且基坑内支撑结构4密布，采用上部取土的方式模拟开挖，其操作十分不便。所以从中间的容纳腔25的两侧的取土槽口26取土，不会被支撑结构4阻碍，使得取土更加便利，且在取土后安装支撑结构4也更加方便快捷。取土槽口26以及活动侧板5的设计，方便模型箱1可从中间的容纳腔25的两侧取土，不会被上层的支撑结构挡住，操作便利，支撑结构4安装方便，可做到随挖随撑，真实且方便地模拟基坑开挖以及支护的全过程。

具体的，取土槽口26的宽度根据实际需要模拟的基坑宽度而定，宽度不大于需要模拟的基坑的最小的宽度，才能精确的模拟真实情况，取土槽口26的宽度也不宜过小，宽度太小不利于取土的进行，也不利于支撑结构4的安装。

在一实施例中，活动侧板5可以通过捆扎、螺栓连接、磁力吸附等连接方式连接在取土槽口26上。优选的，本申请的活动侧板5通过磁力吸附连接在取土槽口26上。在模拟基坑开挖过程中，可直接将安装在取土槽口26的活动侧板5拆下来，从中间的容纳腔25的两侧取土，有安装方便，拆卸便捷的优点。

具体地，参见图1以及图3所示，箱体2还包括磁性挡板27，磁性挡板27固定在取土槽口26两侧的竖梃20上或固定侧板23上；活动侧板5包括活动板体50以及磁性贴条51，磁性贴条51设置在活动板体50的两端，活动板体50通过磁性贴条51以及磁性挡板27配合可拆卸地安装在取土槽口26上。在箱体2组装好以后，将磁性挡板27固定在箱体2的取土槽口26两侧的竖梃20上或固定侧板23上，固定方式有捆扎、螺栓连接、焊接等，优选的，磁性挡板27焊接在取土槽口26两侧的竖梃20上或固定侧板23上，焊接的连接方式更加牢固，保证磁性挡板27的结构可靠性。更具体的，磁性挡板27选用3mm的薄钢板，磁性挡板27焊接在取土槽口26两侧的竖梃20上。

在向容纳腔25内填筑土体前，需将活动侧板5通过磁性吸附固定在磁性挡板27上，活动侧板5包括活动板体50以及磁性贴条51，磁性贴条51贴附在活动板体50的两端，活动板体50通过磁性贴条51与磁性挡板27的磁性相吸的作用，可拆卸地安装在取土槽口26上。

在一实施例中，固定侧板23和活动板体50为透明材料制成。透明材料可以是PS(聚苯乙烯)、有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)、PC(聚碳酸酯)等。优选的，固定侧板23和活动板体50采用有机玻璃，具有高透明度，低价格，易于机械加工等优点。采用透明材料，便于试验过程中观察模型箱1内部土体及围护结构3的变化情况。

在一实施例中，从模型箱1里进行取土，将模型箱1里安装有支撑结构4的高度方向的土体取出，向上滑动拆除第一层活动侧板5，从取土槽口26进行取土，模拟第一层土体开挖。接着继续安装下一行支撑结构4，从取土槽口26处安装支撑结构4更加方便，安装完成支撑结构4后，向上滑动拆除下一层的活动侧板5，从取土槽口26进行取土完成土体开挖，采用相同方法直至完成基坑的全部开挖与支撑过程。

在一实施例中，在容纳腔25内模拟地层的实际情况填筑土体的步骤之前，还包括将箱体2的内壁涂抹润滑剂。通过在固定侧板23内壁涂抹润滑剂，减小土体与模型箱1的固定侧板23之间的摩擦，使得实验状况和实际工程更加吻合，实验结果更加接近真实结果。

本申请提供的各个实施例/实施方式在不产生矛盾的情况下可以相互组合。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种基坑开挖模型试验的模型箱，其特征在于，包括：

箱体，所述箱体形成有一开口向上的腔体；

围护结构，两所述围护结构可拆卸地设置在所述腔体内，将所述腔体分成三个容纳腔，中间的所述容纳腔为模拟基坑；以及

支撑结构，连接两所述围护结构并位于中间的所述容纳腔中；

两所述围护结构两侧的所述容纳腔内填筑相同或不同高度的土体，用以进行基坑两侧等压或偏压的模型试验。

2.根据权利要求1所述的模型箱，其特征在于，所述箱体包括：

竖梃；

横梃，与所述竖梃连接形成主体框架；以及

固定侧板，设置在所述主体框架上，形成所述腔体。

3.根据权利要求2所述的模型箱，其特征在于，位于中间的所述容纳腔的所述箱体上形成有开口向上的取土槽口；

所述模型箱还包括活动侧板，所述活动侧板可拆卸地安装在所述取土槽口上。

4.根据权利要求3所述的模型箱，其特征在于，所述箱体还包括磁性挡板，所述磁性挡板固定在所述取土槽口两侧的所述竖梃上或所述固定侧板上；

所述活动侧板包括活动板体以及磁性贴条，所述磁性贴条设置在所述活动板体的两端，所述活动板体通过所述磁性贴条以及所述磁性挡板配合可拆卸地安装在所述取土槽口上。

5.根据权利要求4所述的模型箱，其特征在于，所述固定侧板和/或所述活动板体为透明材料制成。

6.根据权利要求2所述的模型箱，其特征在于，所述围护结构包括：

围护墙，所述围护墙的宽度与所述腔体的宽度一致；以及

冠梁，固定在所述围护墙的上部。

7.根据权利要求6所述的模型箱，其特征在于，所述模型箱还包括导轨，所述导轨固定在所述主体框架顶部；

所述围护结构包括安装支架，所述围护墙可拆卸地固定在所述安装支架上，所述围护结构通过所述安装支架可滑动地设置在所述导轨上。

8.根据权利要求1～7任意一项所述的模型箱，其特征在于，所述支撑结构包括：

第一螺杆，至少一端设置有内螺纹；以及

第二螺杆，至少一端设置有与所述第一螺杆的内螺纹相适配的外螺纹，所述第一螺杆与所述第二螺杆连接，以调节所述支撑结构的长度。

9.根据权利要求8所述的模型箱，其特征在于，两所述围护结构上形成有与所述支撑结构相适配的至少两行安装部，每一行形成有至少两个所述安装部，所述支撑结构通过所述安装部在长度方向可调地连接在两所述围护结构之间。

10.一种基坑开挖模型试验的试验方法，其特征在于，包括：

将两围护结构放置在模型箱的腔体内，将所述腔体分隔为三个容纳腔；

在所述容纳腔内模拟地层的实际情况填筑土体；

安装支撑结构的两端连接两所述围护结构；

从中间的所述容纳腔内进行取土，模拟基坑的开挖；

实时测量实验过程中两所述围护结构背面土体的压力和位移，测量所述基坑两侧的土体的变形和所述支撑结构的变形。

11.根据权利要求10所述的试验方法，其特征在于，从中间的所述容纳腔内进行取土，模拟基坑的开挖的步骤，具体包括：

拆除模型箱的活动侧板，从中间的所述容纳腔两侧的取土槽口进行取土，模拟基坑的开挖。

12.根据权利要求10所述的试验方法，其特征在于，在所述容纳腔内模拟地层的实际情况填筑土体的步骤之前，还包括：

将所述箱体的内壁涂抹润滑剂。

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