CN112302059A - 模拟基坑降水平面渗流与挡墙变形的装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟基坑降水平面渗流与挡墙变形的装置及使用方法。通过横向隔板将模型箱分为土箱和水箱；土箱内部设置有可移动横向的基坑挡墙；基坑挡墙与土箱前后箱壁之间采用伸缩止水膜相连，并与土箱外侧边围成基坑模型；基坑模型内设有降水井管；土箱内布置2‑4根观测井管；土箱内设置有若干位移传感器和水、土压力传感器；水箱内水通过横向隔板流入土箱中。本发明方法主要是确定模拟方案及模型位置与尺寸、填土及设备安装、设定初始水位、模拟基坑内降水、数据采集与记录和试验结束与水位恢复。本发明实现了对基坑一侧平面渗流的模拟，试验过程更省时省力；实现有机玻璃基坑挡墙的自由变形，实现了对基坑降水过程中挡墙变形的再现。

Description

模拟基坑降水平面渗流与挡墙变形的装置及使用方法

技术领域

本发明属于基坑降水工程技术领域，具体涉及一种用于缩尺模型试验中精细模拟基坑降水平面渗流与挡墙变形的装置及方法。

背景技术

随着城市化的发展，大批基坑工程涌现，但同时也出现了许多基坑坍塌以及坑外建筑不均匀沉降甚至破坏的现象，尤其在地下水丰富地区，基坑降水可使围护结构以及坑外建筑物产生不可忽略的变形，而且曾超峰、郑刚^[1-2]等研究发现基坑开挖前降水即可造成围护结构cm级变形，并通过挡墙后方地层损失进一步诱发基坑外地面与建筑物沉降，为深入研究该问题的诱发机理及渗流-变形演化规律，有必要按照相似理论要求，科学地开展室内缩尺模型试验，以重复性、系统性、经济性地真实再现实际基坑降水过程。

现有基坑降水试验装置及方法主要模拟三维渗流情况，如施成华^[3]等设计了“一个多含水层条件下基坑动态降水室内模型试验装置”，模型箱外侧环绕一圈供水夹层，为模型各含水层提供水力补给，没有考虑平面渗流的情况，试验过程比较耗时耗力，而基坑降水设计与分析更多的是依赖平面渗流分析结果；为此王建秀^[4-5]等设计了“一种模拟基坑降水承压含水层地下渗流的透明土试验方法和装置”，其可以模拟基坑降水平面渗流，但其主要关注基坑降水过程中地下水的渗流规律(如，基坑外水位分布及变化等)，且其装置中基坑挡墙是被固定住而无法发生变形的(据了解，其之所以将基坑挡墙固定住是因为无法解决试验过程中基坑外部地下水沿基坑挡墙与模型试验箱体侧壁间的缝隙渗漏入基坑的问题，故索性将胶体填充在所述侧壁缝隙中以堵水，但其同时导致了基坑挡墙被固定住而无法自由变形)，因此未能真实再现基坑降水过程中由于渗流而引起的挡墙及土体变形问题。为此，本发明创新性地研发了一种既能模拟基坑降水平面渗流、又能模拟渗流作用诱发基坑挡墙变形的室内模型试验装置及方法，以解决前述问题，从而真实再现基坑降水过程，并科学地研究降水过程中渗流-变形机理，为工程设计与施工提供参考。

参考文献：

[1]郑刚,曾超峰.基坑开挖前潜水降水引起的地下连续墙侧移研究[J].岩土工程学报,2013,35(12):2153-2163。

[2]曾超峰,郑刚,薛秀丽.大面积基坑开挖前预降水对支护墙变形的影响研究[J].岩土工程学报,2017,39(06):1012-1021。

[3]施成华,刘凌晖,曹成勇,王之扬,雷明锋,杨伟超.多含水层条件下基坑动态降水室内模型试验方法及装置，国家发明专利：ZL 201810018275.6。

[4]王建秀,高峰,刘绍莉,刘笑天,吴林波.模拟基坑降水承压含水层地下水渗流的透明土试验装置[P].CN105784562A,2016-07-20。

[5]王建秀,刘绍莉,刘笑天,高峰,门龙.模拟基坑降水承压含水层地下水渗流的透明土试验方法[P].CN105756103A,2016-07-13。

发明内容

本发明的第一个的目的在于针对现有技术的不足，提供一种模拟基坑降水平面渗流与挡墙变形的装置。

本发明的第一个的目的是通过如下的技术方案来实现的：该模拟基坑降水平面渗流与挡墙变形的装置，包括模型箱；所述模型箱为上端敞口的窄条形箱体，模型箱内设有与之等高的横向隔板，横向隔板上开孔，横向隔板将模型箱分为土箱和水箱两部分；所述土箱内装填有试验土体，土箱内设置有可移动的横向的基坑挡墙；所述基坑挡墙与土箱的前后箱壁之间采用伸缩止水膜相连，并与土箱外侧边围成基坑模型；所述基坑模型内设有降水井管，降水井管内设有与微型水泵相连的水管；所述土箱内布置2-4根观测井管，实验时将与带刻度软尺相连的遇水报警器探入观测井管内获取井内动态水位；所述土箱内设置有若干位移传感器和水、土压力传感器以监控试验过程中基坑内外渗流与挡墙变形；所述水箱内所装水可通过横向隔板流入土箱中以实现基坑平面渗流的模拟。

具体的，所述模型箱的前面为有机玻璃板，模型箱的后面、左右侧面及底面为钢板。

具体的，所述横向隔板为开孔钢板；开孔钢板的开孔深度范围为土箱内土体深度范围，且开孔率大于土箱内土体孔隙率，开孔面积小于开孔前钢板面积的60％；开孔钢板在位于土箱一侧布设两层透水土工布。

具体的，所述基坑模型的宽度根据原型基坑尺寸按1:50-1:25缩尺确定；所述基坑挡墙采用有机玻璃制成；有机玻璃基坑挡墙宽度小于土箱净宽度0.5-1cm，厚度和长度按照相似理论根据原型基坑挡墙尺寸按1:50-1:25缩尺确定；有机玻璃基坑挡墙的顶部高于土箱内土体表面5-10cm。

具体的，所述伸缩止水膜采用聚乙烯材料制成，其长度与有机玻璃基坑挡墙埋入土箱内土体的深度相同，其宽度为其长度的1/3-1/2；伸缩止水膜在宽度方向折叠以预留不小于1/3倍伸缩止水膜宽度的自由伸缩量，且其一侧与土箱的侧壁粘接，另一侧与有机玻璃基坑挡墙粘接，两侧粘接宽度不小于伸缩止水膜宽度的1/4。

具体的，所述降水井管与观测井管均采用PVC材料制成，沿管身全长开孔，孔位按梅花形布置，开孔直径5～8mm，孔间距3～5cm，直径和埋入土体深度按照相似理论根据原型降水井管与观测井管尺寸按1:50-1:25缩尺确定；降水井管与观测井管的顶部高于土箱内土体表面5-10cm；PVC降水井管与观测井管外包裹两层透水土工布，透水土工布用铁丝缠绕在井管上固定，铁丝沿井管长度方向每隔10-15cm布置。

具体地，所述降水井管位于基坑模型宽度方向正中间；基坑模型内观测井管位于降水井管正中间；在基坑模型外部沿远离基坑模型方向居中均匀布置2-4根观测井管。

具体地，所述位移传感器布设在基坑挡墙伸出土体表面的挑出段；所述水压力传感器和土压力传感器布设在基坑挡墙两侧，其中，在基坑挡墙两侧壁的居中位置沿深度方向均匀布设3-5组水压力传感器和土压力传感器，并在基坑模型外部土体不同埋深位置处，沿远离基坑挡墙方向居中均匀布设2-3个断面的水压力传感器。

进一步的，所述水箱在其任一钢板侧壁上沿深度方向居中均匀开孔，开孔间距为0.1-0.3m，并在孔位处安装家用水龙头。

进一步的，所述位移传感器和水土压力传感器与采集仪连接；所述与微型水泵相连的水管上连接有流量计，流量计与记录仪连接；所述采集仪和记录仪连接到计算机上。

本发明的第二个目的在于提供基于上述模拟基坑降水平面渗流与挡墙变形的装置的使用方法，它包括如下步骤：

(1)确定模拟方案及模型位置与尺寸：按照相似理论，根据原型基坑尺寸，按1:50-1:25缩尺确定模型比例并制作模型试验箱；在水平方向上，确定基坑模型宽度H₁及基坑挡墙位置，确定降水井管、观测井管、水压力传感器及土压力传感器的位置；在竖直方向上，确定土体的埋设厚度H₂、基坑挡墙的埋置深度H₃、降水井管和观测井管埋置深度H₄、试验拟降水深度H₅及水、土压力传感器的埋设深度；

(2)填土及设备安装：向土箱中分层填土并分层压实；填土过程中，当填土面达到降水井管、观测井管、基坑挡墙及水、土压力传感器的设计埋置深度时，埋入降水井管、观测井管、基坑挡墙和水、土压力传感器；继续填土直至满足土体埋设厚度要求，并在基坑挡墙伸出土体表面的挑出段安装位移传感器；随后，将位移传感器、水压力传感器和土压力传感器用数据线与采集仪连接，并将采集仪连接到常规计算机上以实现试验过程中数据自动记录与存储；

(3)设定初始水位：水箱最顶部水龙头外接进水管，预设水位高度处水龙头外接排水管；打开两处水龙头，并让进水处水龙头开启程度小于排水处水龙头的开启程度；通过进水处水龙头向水箱内注水以缓慢抬升水箱内水位；待水箱内水位上升至排水水龙头位置处后，由于排水水龙头开启程度更大，故水箱内水位将被维持在排水水龙头位置处即，预设水位处不变；观测土箱内水位上升情况；待土箱内水位观测井管显示其水位与水箱内水位齐平时，关闭进水和排水水龙头，静置24小时，使土体完全、充分饱和；

(4)模拟基坑内降水：打开上述水箱的进水和排水水龙头，并让进水水龙头开启程度小于排水水龙头开启程度以确保试验全过程水箱内水位维持在预设水位处不变，使水箱为土箱提供稳定的水力补给；微型水泵连接的抽水管插入降水井管，插入土表面以下深度为试验拟降水深度H₅的1.1～1.3倍，以确保试验过程中基坑内实际降水深度能达到拟降水深度，其中，H₄大于H₅；微型水泵连接的排水管与流量计相连；流量计与流量记录仪连接；流量记录仪与常规计算机相连以实现试验过程中数据自动记录与存储；采集并记录各传感器初始读数；开启微型水泵开始降水试验；

(5)数据采集与记录：设定时间每间隔1分钟让常规计算机自动记录试验过程中抽水流量、基坑挡墙两侧以及基坑挡墙外指定位置处的水、土压力变化值和基坑挡墙的变形；而观测井管内水位监测则采用人工读数，并在试验开始后的1、3、5、7、10、20、40、70分钟时进行水位数据读取与记录，此后每隔30分钟测试一次水位直至试验结束；

(6)试验结束与水位恢复：当常规计算机所采集数据显示基坑挡墙变形和基坑挡墙两侧指定位置处水、土压力值在连续30分钟内不再发生变化时，关闭微型水泵以停止抽水，并让土箱内水位恢复；至此，一次试验结束。

本发明试验装置利用对称性，实现对基坑一侧平面渗流的模拟，因此试验过程更省时省力，以较小的消耗实现了同样的科研与工程需求；另外，通过在有机玻璃基坑挡墙上设置伸缩止水膜，一方面有效解决试验过程中地下水沿有机玻璃基坑挡墙与箱体侧壁间缝隙渗漏入基坑而导致模拟失真的问题，确保仅发生沿着有机玻璃基坑挡墙下侧的渗流，从而真实再现基坑降水渗流过程，另一方面可以实现有机玻璃基坑挡墙的自由变形，实现对基坑降水过程中挡墙变形的真实再现。

附图说明

图1为本发明装置的俯视图。

图2为本发明装置的主视图。

图3是本发明装置的后视图。

图4是本发明的1-1剖面。

图5为本发明装置中开孔钢板的示意图。

图6为本发明降水试验水位、渗流示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。

参见图1、图2、图3和图4，本实施例的模拟基坑降水平面渗流与挡墙变形的装置，包括模型箱2；模型箱2为上端敞口的窄条形箱体，模型箱2的前面为有机玻璃板12，模型箱的后面为钢板13，左右侧面及底面也均为钢板。模型箱2内设有与模型箱2等高的横向隔板11，横向隔板11将模型箱2分为土箱4和水箱5两部分。参见图5，横向隔板11为开孔钢板；开孔钢板的开孔深度范围为土箱4内土体厚度范围，且开孔率大于土箱4内土体孔隙率，开孔面积小于开孔前钢板面积的60％。参见图2，横向隔板11在位于土箱4一侧(左侧)布设两层透水土工布18以防止试验过程中土箱4内土体渗入水箱5中造成土体流失。土箱4内装填有试验土体，土箱4内设置有可移动的横向的基坑挡墙1；基坑挡墙1采用有机玻璃制成；有机玻璃基坑挡墙1的宽度小于土箱4净宽度0.5-1cm，厚度和长度按照相似理论根据原型基坑挡墙尺寸按1:50-1:25缩尺确定；有机玻璃基坑挡墙1的顶部高于土箱4内土体表面5-10cm以方便位移传感器15的布设。参见图1，基坑挡墙1与土箱4的前后箱壁(也即有机玻璃板12和钢板13)之间采用伸缩止水膜14相连，并与土箱4外侧边(即，有机玻璃板12、钢板13和图1中左侧边钢板21)围成基坑模型22；伸缩止水膜14采用聚乙烯材料制成，其长度与有机玻璃基坑挡墙1埋入土箱4内土体的深度相同，其宽度为其长度的1/3-1/2；伸缩止水膜14在宽度方向折叠以预留不小于1/3倍伸缩止水膜宽度的自由伸缩量，且其一侧与土箱4的侧壁粘接，另一侧与有机玻璃基坑挡墙1粘接，两侧粘接宽度不小于伸缩止水膜宽度的1/4；伸缩止水膜14的设置使得有机玻璃基坑挡墙1既可以自由运动又同时防止了有机玻璃基坑挡墙1两侧渗水。参见图1、图2、图3和图4，土箱内设有降水井管3、坑内观测井管19和坑外观测井管23，它们均采用PVC材料制成，沿管身全长开孔，孔位按梅花形布置，开孔直径5～8mm，孔间距3～5cm,它们的直径和埋入土体深度按照相似理论根据原型降水井管与观测井管尺寸按1:50-1:25缩尺确定；降水井管与观测井管的顶部高于土箱内土体表面5-10cm；PVC降水井管3、坑内观测井管19和坑外观测井管23外包裹两层透水土工布，透水土工布用铁丝缠绕在井管上固定，铁丝沿井管长度方向每隔10-15cm布置。参见图1和图2，基坑模型22内降水井管3和坑内观测井管19与模型箱2左侧边钢板21的距离为基坑模型宽度H₁的一半；坑内观测井管19位于降水井管3正中间，即，降水井管3和坑内观测井管19沿基坑挡墙1宽度方向等间隔布置，并在基坑模型22外部沿远离基坑模型22方向居中均匀布置2-4根坑外观测井管23。降水井管3内设有与微型水泵7相连的水管，通过开启微型水泵7即可实现基坑降水过程模拟；实验时将与带刻度软尺相连的遇水报警器探入坑内观测井管19和坑外观测井管23内获取井内动态水位。参见图1、图2、图3和图4，土箱4内设置有若干位移传感器15、水压力传感器16和土压力传感器17以监控试验过程中基坑内外渗流及由渗流带来的挡墙受力与变形，其中，在有机玻璃基坑挡墙两侧壁的居中位置沿深度方向均匀布设3-5组水压力传感器16和土压力传感器17，并在基坑模型22外部土体不同埋深位置处，沿远离有机玻璃基坑挡墙1方向居中均匀布设2-3个断面的水压力传感器。水箱5在其任一钢板侧壁上距离水箱5顶部的0.1m处开始沿深度方向每隔0.1m居中均匀开孔，并在孔位处安装家用进水水龙头6和排水水龙头24，其中，进水水龙头6用于进水，排水水龙头24用于排水；根据实验需求，当水箱5内水位高于指定排水水龙头24位置时打开指定排水水龙头24排水，用以精确控制水箱5内水位高度稳定在指定排水水龙头24的位置，为基坑平面渗流提供稳定的常水头边界条件，水箱5内所装水可通过横向隔板11流入土箱4中以实现基坑平面渗流的模拟。从图2、图3、图6中还可见，位移传感器15、水压力传感器16和土压力传感器17与采集仪10连接；与微型水泵7相连的水管上连接有流量计8，流量计8与记录仪9连接；采集仪10和记录仪9连接到计算机20上。

如图6所示，作为本发明的一个优选实施例，模拟基坑降水平面渗流与挡墙变形(以开挖前降水试验为例)。与传统试验箱相比，本发明既将三维渗流简化为二维渗流，以较小的消耗实现同样的科研需求，又确保了仅发生沿着挡墙下侧的渗流，实现了挡墙变形的模拟。

基于上述模拟基坑降水平面渗流与挡墙变形的装置的使用方法和试验步骤如下：

第一步：确定模拟方案及模型位置与尺寸。按照相似理论，根据原型基坑尺寸，按1:50缩尺确定模型比例并制作模型试验箱(本实施例中箱体净尺寸设计为长2.4m、宽0.5m、高1.2m)。在水平方向上，确定基坑模型22宽度H₁＝0.2m；基坑模型22内降水井管3和坑内观测井管19位于基坑模型22宽度方向正中间，坑内观测井管19位于降水井管3正中间，即，降水井管3和坑内观测井管19沿基坑挡墙1宽度方向等间隔布置；在基坑模型22外部沿远离基坑模型22方向每隔0.5m居中布置1根坑外观测井管23(共3根)。在竖直方向上，确定土体的埋设厚度H₂＝1m、基坑挡墙1的埋置深度H₃＝0.7m、降水井管3埋置深度H₄＝0.5m、试验拟降水深度H₅＝0.4m；在基坑挡墙1两侧壁的居中位置沿深度方向每隔0.1m均匀布设1组水压力传感器16和土压力传感器17(共4组)，并在基坑模型22外部土体埋深0.3m和0.45m位置处，沿远离基坑挡墙1方向每隔0.35m布设1个水压力传感器16(共10个)。

第二步：填土及设备安装。土体按照每0.1m一层分层铺设并压实，填土过程中，当填土面达到降水井管3、坑内观测井管19、坑外观测井管23、基坑挡墙1、水压力传感器16和土压力传感器17的设计埋置深度时，埋入降水井管3、坑内观测井管19、坑外观测井管23、基坑挡墙1、水压力传感器16和土压力传感器17；继续填土直至满足土体埋设厚度H₂＝1m的要求，并在基坑挡墙1伸出土体表面的挑出段安装位移传感器15；随后，将位移传感器15、水压力传感器16和土压力传感器17用数据线与采集仪10连接，并将采集仪10连接到常规计算机20上以实现试验过程中数据自动记录与存储。

第三步：设定初始水位。水箱5最顶部进水水龙头6外接进水管，预设水位高度处排水水龙头24外接排水管(本实施例中预设水位高度在土体表面处)，打开两处水龙头，并让进水水龙头6的开启程度小于排水水龙头24的开启程度；通过进水水龙头6向水箱5内注水以缓慢抬升水箱5内水位；待水箱5内水位上升至排水水龙头24位置处后，由于排水水龙头24开启程度更大，故水箱5内水位将被维持在排水水龙头24位置处(即，预设水位处)不变；观测土箱4内水位上升情况；待土箱4内坑内观测井管19和坑外观测井管23显示其水位与水箱5内水位齐平时，关闭进水水龙头6和排水水龙头24，静置24小时，使土体完全、充分饱和。

第四步：模拟基坑内降水。打开上述水箱5的进水水龙头6和排水水龙头24，并让进水水龙头6的开启程度小于排水水龙头24的开启程度以确保试验全过程水箱5内水位维持在预设水位处不变，使水箱5为土箱4提供稳定的水力补给；将与微型水泵7相连的抽水管插入PVC降水井管3中，插入土表面以下深度为试验拟降水深度H₅的1.1～1.3倍(本实施例中插入土表面以下深度为0.48m)，以确保试验过程中基坑内实际降水深度能达到拟降水深度；微型水泵7连接的排水管与流量计8相连；流量计8与流量记录仪9连接；流量记录仪9与常规计算机20相连以实现试验过程中数据自动记录与存储；采集并记录各传感器初始读数；开启微型水泵7开始降水试验。

第五步：数据采集与记录。设定时间每间隔1分钟让常规计算机20自动记录试验过程中抽水流量、基坑挡墙1两侧以及基坑挡墙1外指定位置处的水、土压力变化值和基坑挡墙1的变形；而坑内观测井管19和坑外观测井管23内水位监测则采用人工读数，并在试验开始后的1、3、5、7、10、20、40、70分钟时进行水位数据读取与记录，此后每隔30分钟测试一次水位直至试验结束。

第六步：试验结束与水位恢复。当常规计算机20所采集数据显示基坑挡墙1变形和基坑挡墙1两侧指定位置处水土压力值在连续30分钟内不再发生变化时，关闭微型水泵7以停止抽水，并让土箱4内水位恢复。至此，一次试验结束。

Claims (11)

1.一种模拟基坑降水平面渗流与挡墙变形的装置，包括模型箱；其特征在于：所述模型箱为上端敞口的窄条形箱体，模型箱内设有与之等高的横向隔板，横向隔板上开孔，横向隔板将模型箱分为土箱和水箱两部分；所述土箱内装填有试验土体，土箱内设置有可移动的横向的基坑挡墙；所述基坑挡墙与土箱的前后箱壁之间采用伸缩止水膜相连，并与土箱外侧边围成基坑模型；所述基坑模型内设有降水井管，降水井管内设有与微型水泵相连的水管；所述土箱内布置2-4根观测井管，实验时将与带刻度软尺相连的遇水报警器探入观测井管内获取井内动态水位；所述土箱内设置有若干位移传感器和水、土压力传感器以监控试验过程中基坑内外渗流与挡墙变形；所述水箱内所装水可通过横向隔板流入土箱中以实现基坑平面渗流的模拟。

2.根据权利要求1所述模拟基坑降水平面渗流与挡墙变形的装置，其特征在于：所述模型箱的前面为有机玻璃板，模型箱的后面、左右侧面及底面为钢板。

3.根据权利要求1所述模拟基坑降水平面渗流与挡墙变形的装置，其特征在于：所述横向隔板为开孔钢板；开孔钢板的开孔深度范围为土箱内土体深度范围，且开孔率大于土箱内土体孔隙率，开孔面积小于开孔前钢板面积的60％；开孔钢板在位于土箱一侧布设两层透水土工布。

4.根据权利要求1所述模拟基坑降水平面渗流与挡墙变形的室内模型试验系统，其特征在于：所述基坑模型的宽度根据原型基坑尺寸按1:50-1:25缩尺确定；所述基坑挡墙采用有机玻璃制成；有机玻璃基坑挡墙宽度小于土箱净宽度0.5-1cm，厚度和长度按照相似理论根据原型基坑挡墙尺寸按1:50-1:25缩尺确定；有机玻璃基坑挡墙的顶部高于土箱内土体表面5-10cm。

5.根据权利要求1所述模拟基坑降水平面渗流与挡墙变形的装置，其特征在于：所述伸缩止水膜采用聚乙烯材料制成，其长度与有机玻璃基坑挡墙埋入土箱内土体的深度相同，其宽度为其长度的1/3-1/2；伸缩止水膜在宽度方向折叠以预留不小于1/3倍伸缩止水膜宽度的自由伸缩量，且其一侧与土箱的侧壁粘接，另一侧与有机玻璃基坑挡墙粘接，两侧粘接宽度不小于伸缩止水膜宽度的1/4。

6.根据权利要求1所述模拟基坑降水平面渗流与挡墙变形的装置，其特征在于：所述降水井管与观测井管均采用PVC材料制成，沿管身全长开孔，孔位按梅花形布置，开孔直径5～8mm，孔间距3～5cm，直径和埋入土体深度按照相似理论根据原型降水井管与观测井管尺寸按1:50-1:25缩尺确定；降水井管与观测井管的顶部高于土箱内土体表面5-10cm；PVC降水井管与观测井管外包裹两层透水土工布，透水土工布用铁丝缠绕在井管上固定，铁丝沿井管长度方向每隔10-15cm布置。

7.根据权利要求1所述模拟基坑降水平面渗流与挡墙变形的装置，其特征在于：所述降水井管位于基坑模型宽度方向正中间；基坑模型内观测井管位于降水井管正中间；在基坑模型外部沿远离基坑模型方向居中均匀布置2-4根观测井管。

8.根据权利要求1所述模拟基坑降水平面渗流与挡墙变形的装置，其特征在于：所述位移传感器布设在基坑挡墙伸出土体表面的挑出段；所述水压力传感器和土压力传感器布设在基坑挡墙两侧，其中，在基坑挡墙两侧壁的居中位置沿深度方向均匀布设3-5组水压力传感器和土压力传感器，并在基坑模型外部土体不同埋深位置处，沿远离基坑挡墙方向居中均匀布设2-3个断面的水压力传感器。

9.根据权利要求1所述模拟基坑降水平面渗流与挡墙变形的装置，其特征在于：所述水箱在其任一钢板侧壁上沿深度方向居中均匀开孔，开孔间距为0.1-0.3m，并在孔位处安装家用水龙头。

10.根据权利要求1所述模拟基坑降水平面渗流与挡墙变形的装置，其特征在于：所述位移传感器和水土压力传感器与采集仪连接；所述与微型水泵相连的水管上连接有流量计，流量计与记录仪连接；所述采集仪和记录仪连接到计算机上。

11.一种基于权利要求1所述模拟基坑降水平面渗流与挡墙变形的装置的使用方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)确定模拟方案及模型位置与尺寸：按照相似理论，根据原型基坑尺寸，按1:50-1:25缩尺确定模型比例并制作模型试验箱；在水平方向上，确定基坑模型宽度H₁及基坑挡墙位置，确定降水井管、观测井管、水压力传感器及土压力传感器的位置；在竖直方向上，确定土体的埋设厚度H₂、基坑挡墙的埋置深度H₃、降水井管和观测井管埋置深度H₄、试验拟降水深度H₅及水、土压力传感器的埋设深度；

(2)填土及设备安装：向土箱中分层填土并分层压实；填土过程中，当填土面达到降水井管、观测井管、基坑挡墙及水、土压力传感器的设计埋置深度时，埋入降水井管、观测井管、基坑挡墙和水、土压力传感器；继续填土直至满足土体埋设厚度要求，并在基坑挡墙伸出土体表面的挑出段安装位移传感器；随后，将位移传感器、水压力传感器和土压力传感器用数据线与采集仪连接，并将采集仪连接到常规计算机上以实现试验过程中数据自动记录与存储；

(3)设定初始水位：水箱最顶部水龙头外接进水管，预设水位高度处水龙头外接排水管；打开两处水龙头，并让进水处水龙头开启程度小于排水处水龙头的开启程度；通过进水处水龙头向水箱内注水以缓慢抬升水箱内水位；待水箱内水位上升至排水水龙头位置处后，由于排水水龙头开启程度更大，故水箱内水位将被维持在排水水龙头位置处即，预设水位处不变；观测土箱内水位上升情况；待土箱内水位观测井管显示其水位与水箱内水位齐平时，关闭进水和排水水龙头，静置24小时，使土体完全、充分饱和；

(4)模拟基坑内降水：打开上述水箱的进水和排水水龙头，并让进水水龙头开启程度小于排水水龙头开启程度以确保试验全过程水箱内水位维持在预设水位处不变，使水箱为土箱提供稳定的水力补给；微型水泵连接的抽水管插入降水井管，插入土表面以下深度为试验拟降水深度H₅的1.1～1.3倍，以确保试验过程中基坑内实际降水深度能达到拟降水深度，其中，H₄大于H₅；微型水泵连接的排水管与流量计相连；流量计与流量记录仪连接；流量记录仪与常规计算机相连以实现试验过程中数据自动记录与存储；采集并记录各传感器初始读数；开启微型水泵开始降水试验；

(5)数据采集与记录：设定时间每间隔1分钟让常规计算机自动记录试验过程中抽水流量、基坑挡墙两侧以及基坑挡墙外指定位置处的水、土压力变化值和基坑挡墙的变形；而观测井管内水位监测则采用人工读数，并在试验开始后的1、3、5、7、10、20、40、70分钟时进行水位数据读取与记录，此后每隔30分钟测试一次水位直至试验结束；

(6)试验结束与水位恢复：当常规计算机所采集数据显示基坑挡墙变形和基坑挡墙两侧指定位置处水、土压力值在连续30分钟内不再发生变化时，关闭微型水泵以停止抽水，并让土箱内水位恢复；至此，一次试验结束。

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