CN113356228A - 一种基坑支护结构模拟的混合试验装置 - Google Patents

Abstract

一种基坑支护结构模拟的混合试验装置，包括填料箱、挡板、落砂装置、升降台系统；填料箱包括前面板，前面板上设置有透明面板；所述挡板一侧面连接有螺纹杆，螺纹杆另一端穿出填料箱；落砂装置包括支架杆、砂框、第一落砂板、第二落砂板、横梁，横梁安装在支架杆上，砂框安装在横梁上，砂框底部固定安装第一落砂板，第二落砂板活动安装在第一落砂板与横梁之间。升降台系统包括若干多功能升降台以及与其相连的变形面板，变形面板在多功能升降台作用下构成不同形状初始面。本发明可用于模拟基坑支护结构在不同变形情况下土体的应力、应变特性及试验基坑支护。

Description

一种基坑支护结构模拟的混合试验装置

技术领域

本发明属于岩土体支护结构试验领域，具体涉及一种基坑支护结构模拟的混合试验装置。

背景技术

在岩土体支护结构领域，基坑支护结构模型试验被广泛用于揭示基坑稳定、基坑加固以及基坑加固物的应力、应变特性。由于现有的基坑支护结构试验装置的推力模拟装置大多只能进行平动或转动，不能以曲面形式进行运动，因此无法进行更为复杂的基坑支护模拟试验；并且，现有的基坑支护结构试验装置无法独立测出土体模型内部连续面上某一区域的应力、应变情况和对有限土体范围内土压力的影响；此外，对于土体模型填筑的均匀性和填筑密度很难进行有效控制。

发明内容

本发明目的是提供一种基坑支护结构模拟的混合试验装置，已解决现有试验装置存在的问题。

本发明采用如下技术方案：

一种基坑支护结构模拟的混合试验装置，包括填料箱、挡板、落砂装置、升降台系统；其中，

所述填料箱包括前面板、后面板、左侧面板、右侧面板、底板，所述前面板上部分挖空，挖空部分设置为透明面板；

所述挡板一侧通过球铰接头与若干螺纹杆的一端相连，所述挡板整体位于所述填料箱中，所述右侧面板上对应所述螺纹杆设置有螺纹孔，所述螺纹杆另一端从所述螺纹孔中穿出所述填料箱；

所述落砂装置包括支架杆、砂框、第一落砂板、第二落砂板、横梁，所述支架杆有四根，所述前面板处设置两根所述支架杆，所述后面板处对应设置两根所述支架杆，四根所述支架杆上端高出填料箱上边缘；所述横梁有两根，其中所述前面板处的两根所述支架杆上连接有一根所述横梁，所述后面板处的两根所述支架杆上连接有另一根所述横梁，所述砂框安装在两根所述横梁上；所述砂框底部安装有第一落砂板，所述横梁上安装有第二落砂板，所述第一落砂板、第二落砂板上密布有落砂孔，所述第二落砂板位于横梁与第一落砂板之间；

所述升降台系统包括若干多功能升降台、变形面板，所述变形面板由若干面板单元组成，所述面板单元包括多块三角板，所述三角板之间通过弹簧进行连接，多块所述三角板的顶点处通过弹簧连接有支杆，所述支杆与所述多功能升降台一端相连，所述多功能升降台另一端安装在所述左侧面板上，且所述变形面板与所述挡板相对。

进一步地，所述多功能升降台包括压力盒、上顶板、中顶板、中底板、下底板、滚珠丝杆升降机、丝杆、若干伸缩杆一、若干伸缩杆二；所述压力盒安装在所述上顶板上表面，所述上顶板下表面与所述伸缩杆二上端相连，所述伸缩杆二下端穿过所述中顶板与所述中底板上表面相连，所述中顶板下表面与所述伸缩杆一上端相连，所述伸缩杆一穿过所述中底板与所述下底板上表面相连，所述滚珠丝杆升降机安装在所述下底板上表面，所述丝杆上端通过轴承与所述中顶板相连，下端穿过所述中底板与所述滚珠丝杆升降机相连，所述丝杆中部通过安装在所述中底板上的滚珠螺母与所述中底板相连，所述压力盒内安装有环形测力计。

进一步地，所述三角板之间还连接有弹性薄膜。

进一步地，四根所述支架杆上对应设置有若干插孔，所述横梁能够通过插在不同的插孔中实现上下位置调整。

进一步地，初始时，所述第一落砂板与第二落砂板上的落砂孔位置交错，砂土无法掉落；落砂时，移动所述第二落砂板，第一落砂板与第二落砂板上的落砂孔重合，开始落砂。

进一步地，所述横梁上，所述第二落砂板两侧安装有若干推力拉杆，所述推力拉杆一端转动安装在所述横梁上，另一端安装有把手，所述推力拉杆转动安装在所述横梁上的一端设置有凸块，拉动所述推力拉杆，所述凸块推动所述第二落砂板。

进一步地，所述砂框的前后内侧壁上对应设置有插槽，所述插槽中安装有至少两块隔板。

进一步地，四根所述支架杆之间，以及挡板与横梁之间设置有透明薄膜，所述透明薄膜将支架杆与填料箱上部的空间封闭。

进一步地，所述螺纹杆能够控制所述挡板倾斜或向所述变形面板方向运动。

与现有技术相比，本发明的有益效果和优点在于：

1、本发明可通过变形面板以及多功能升降台形成任意形状曲面的运动形式，进行复杂支护结构的位移与应力交互。

2、本发明可通过组合的升降台系统独立控制模型内部连续面上某一区域的位移，并测出对应区域的侧向土压力大小，控制更为精准，模式更为灵活多样。

3、本发明可通过调节挡板的位移和倾斜角度，控制模型填土宽度，可进行有限填土宽度试验和无限填土宽度试验，可用于试验在有限填土宽度以及边界不同倾斜角度条件下，支护结构位移对周边建筑所受到的侧向土压力变化的影响。

4、本发明采用两块打有落砂孔的落砂板进行落砂孔的错位或重合布置，通过推力拉杆推动下部落砂板使两块落砂板的落砂孔洞重合的方式控制落砂，对砂土的下落过程基本不产生影响。

5、本发明可通过落砂装置很好的对土体模型进行分层填筑，并使填筑土体的均匀性和密度得到很好的控制，极大的提高了土体模型的填筑质量和效率。

6、在砂框填砂区域与填料箱填砂区域之间，四周布置有透明薄膜，能有效防止扬尘，并使砂土落到指定空间范围内。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；；

图2为填料箱内部结构示意图；

图3为多功能升降机结构示意图；

图4为左侧面板示意图；

图5为变形面板处结构示意图；

图6为落砂装置示意图；

图7、图8为落砂装置拆解示意图；

图9为支架杆及横梁示意图；

图10为推力拉杆结构示意图；

图11为变形面板结构示意图；

图12为面板单元结构示意图；

其中：1-透明面板、2-前面板、3-左侧面板、4-右侧面板、5-支撑横梁、6-多功能升降台、7-变形面板、8-支杆、9-弹簧、10-挡板、11-螺纹杆、12-球铰接头、13-支架杆、14-横梁、15-砂框、16-第一落砂板、17-推力拉杆、18-定位插销、19-隔板、20-透明薄膜、21-第二落砂板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1、2，一种基坑支护结构模拟的混合试验装置，包括填料箱、挡板10、落砂装置、升降台系统。所述填料箱包括前面板2、后面板、左侧面板3、右侧面板4、底板，优选地，所述前面板2、后面板、左侧面板3、右侧面板4、底板均采用钢板制作，并焊接组成上部开口的长方体箱型结构。所述前面板2上部分挖空，挖空部分设置为透明面板1，优选所述透明面板1为亚克力板。

参照图1、2，所述述挡板10与所述前面板2、后面板、右侧面板4、左侧面板3等高。所述挡板10一侧通过球铰接头12与若干所述螺纹杆11的一端相连，所述挡板10整体位于所述填料箱中，所述右侧面板4上对应所述螺纹杆11设置有螺纹孔，所述螺纹杆11另一端从所述螺纹孔中穿出所述填料箱，本实施例中设置有四根螺纹杆11，同时转动四根螺纹杆11能够使挡板10向左侧移动，分别同时转动上部两根螺纹杆11或下部两根螺纹杆11能够使挡板10倾斜。

参照图1、6、7、8、9、10，所述落砂装置包括支架杆13、砂框15、落砂板、横梁14。所述支架杆13有四根，所述前面板2处设置两根所述支架杆13，所述后面板处对应设置两根所述支架杆13，其中前面板2处的两根所述支架杆13位于透明面板1两侧边缘，后面板出的两根支架杆13与前面板2处的两根支架杆13相对应设置，四根所述支架杆13上端高出填料箱上边缘。所述横梁14有两根，其中所述前面板2处的两根所述支架杆13上连接有一根所述横梁14，所述后面板处的两根所述支架杆13上连接有另一根所述横梁14，所述砂框15安装在两根所述横梁14上；四根所述支架杆13上对应设置有若干插孔，所述横梁14能够通过插在不同的插孔中实现上下位置调整，从而能够对砂框15的整体高度进行调整。

所述砂框15上部开口，四周由前侧板、后侧板、左侧板、右侧边组成框型结构，其中前侧板、后侧板的内侧板上对应设置有竖向的插槽，所述插槽中插入隔板19。所述砂框15底部安装有第一落砂板16，所述横梁14上安装有第二落砂板21，所述第一落砂板16、第二落砂板21上密布有落砂孔，所述第二落砂板21位于横梁14与第一落砂板16之间；所述第一落砂板16与第二落砂板21形状相同，且它们上面密布的落砂孔的位置相同，其中第二落砂板21能够在横梁14上前后移动，通过移动第二落砂板21使得：初始时，所述第一落砂板16与第二落砂板21上的落砂孔位置交错，砂土无法掉落；落砂时，移动所述第二落砂板21，第一落砂板16与第二落砂板21上的落砂孔重合，开始落砂。所述横梁14上，所述第二落砂板21两侧安装有若干推力拉杆，所述推力拉杆一端通过定位插销18转动安装在所述横梁14上，另一端安装有把手，所述推力拉杆17转动安装在所述横梁14上的一端设置有凸块，当所述推力拉杆17整体与第二落砂板21侧边平行式，凸块不与第二落砂板21接触，当通过把手向外拉动所述推力拉杆17时，推力拉杆17转动，所述凸块与第二落砂板21接触并推动所述第二落砂板21，使第一落砂板16和第二落砂板21上的落砂孔重合或交错。进一步地，四根所述支架杆13之间，以及挡板与横梁14之间设置有透明薄膜20，所述透明薄膜20通过粘贴的方式进行设置方便移动位置或是取下，所述透明薄膜20将支架杆13与填料箱上部的空间封闭。参照图1，当挡板移动到填料箱中部时，将透明薄膜20底部与挡板10连接上部与横梁14中部连接，调整隔板19在砂框15中的位置，可以使落砂降落区域限制在透明薄膜20中，能够保证落砂位置准确且能有效防止扬尘。

参照图1、3、5，所述升降台系统包括若干多功能升降台6、变形面板7，所述多功能升降台6一端安装在所述左侧面板3上，另一端与所述变形面板7连接，所述升降台系统位于所述填料箱内，且所述变形面板7与所述挡板相对。所述多功能升降台6包括压力盒、上顶板、中顶板、中底板、下底板、滚珠丝杆升降机、丝杆、若干伸缩杆一、若干伸缩杆二；所述压力盒安装在所述上顶板上表面，所述上顶板下表面与所述伸缩杆二上端相连，所述伸缩杆二下端穿过所述中顶板与所述中底板上表面相连，所述中顶板下表面与所述伸缩杆一上端相连，所述伸缩杆一穿过所述中底板与所述下底板上表面相连，所述滚珠丝杆升降机安装在所述下底板上表面，所述丝杆上端通过轴承与所述中顶板相连，下端穿过所述中底板与所述滚珠丝杆升降机相连，所述丝杆中部通过安装在所述中底板上的滚珠螺母与所述中底板相连，所述压力盒内安装有环形测力计。所述下底板安装在所述左侧面板3上，所述压力盒连接所述变形面板7。参照图11、12，所述变形面板7由若干面板单元组成，所述面板单元由多块三角板拼装成方形结构，多块三角板之间通过弹簧9连接，三角板的定点处为圆弧形，其定点处通过弹簧9连接有支杆8，所述支杆8的另一端连接所述压力盒，弹簧9的伸缩作用为各三角板之间提供了变形空间和力的传导。其中，所述三角板与三角板的连接处张贴有弹性薄膜，防止三角板在多功能升降台6作用下向前运动时产生缝隙，防止尘土通过缝隙进到变形面板7后部。应当理解，所述滚珠丝杆升降机连接有相应的控制器和电源，此为现有技术手段。若干所述多功能升降台6能够同时运动、单独运动或成组运动，当它们同时运动时，变形面板7被整体推动，当它们单独运动时，变形面板7局部产生凸起，当它们成组运动时，变形面板7能够形成类似曲面的结构。

试验所用填料可按要求进行粒径配置，还可在土体模型内部设计相应的土体加固物进行试验(如：桩、土工格栅等)。在填砂前，通过独立或分组控制多功能升降台6的运动，使变形面板7表面形成不同形状的初始面，可实现不同工况下的支护结构位移与应力的交互模拟。土体填筑完成后，将初始测得的土体应力施加到对应数值模型中，数值模拟得到的位移通过升降台系统施加到土体上，位移后将产生新的应力再施加到对应的数值模型中，如此反复，得到结构或土体最终稳定或者破坏后的结果。本发明可用于模拟基坑支护结构在不同变形情况下土体的应力、应变特性及试验基坑支护效果，还可用于模拟边坡支护、挡土墙等其它岩土工程中的侧向土压力问题。

Claims (9)

1.一种基坑支护结构模拟的混合试验装置，其特征在于：包括填料箱、挡板、落砂装置、升降台系统；其中，

所述填料箱包括前面板、后面板、左侧面板、右侧面板、底板，所述前面板上部分挖空，挖空部分设置为透明面板；

所述挡板一侧通过球铰接头与若干螺纹杆的一端相连，所述挡板整体位于所述填料箱中，所述右侧面板上对应所述螺纹杆设置有螺纹孔，所述螺纹杆另一端从所述螺纹孔中穿出所述填料箱；

所述落砂装置包括支架杆、砂框、第一落砂板、第二落砂板、横梁，所述支架杆有四根，所述前面板处设置两根所述支架杆，所述后面板处对应设置两根所述支架杆，四根所述支架杆上端高出填料箱上边缘；所述横梁有两根，其中所述前面板处的两根所述支架杆上连接有一根所述横梁，所述后面板处的两根所述支架杆上连接有另一根所述横梁，所述砂框安装在两根所述横梁上；所述砂框底部安装有第一落砂板，所述横梁上安装有第二落砂板，所述第一落砂板、第二落砂板上密布有落砂孔，所述第二落砂板位于横梁与第一落砂板之间；

所述升降台系统包括若干多功能升降台、变形面板，所述变形面板由若干面板单元组成，所述面板单元包括多块三角板，所述三角板之间通过弹簧进行连接，多块所述三角板的顶点处通过弹簧连接有支杆，所述支杆与所述多功能升降台一端相连，所述多功能升降台另一端安装在所述左侧面板上，且所述变形面板与所述挡板相对。

2.根据权利要求1所述的一种基坑支护结构模拟的混合试验装置，其特征在于：所述多功能升降台包括压力盒、上顶板、中顶板、中底板、下底板、滚珠丝杆升降机、丝杆、若干伸缩杆一、若干伸缩杆二；所述压力盒安装在所述上顶板上表面，所述上顶板下表面与所述伸缩杆二上端相连，所述伸缩杆二下端穿过所述中顶板与所述中底板上表面相连，所述中顶板下表面与所述伸缩杆一上端相连，所述伸缩杆一穿过所述中底板与所述下底板上表面相连，所述滚珠丝杆升降机安装在所述下底板上表面，所述丝杆上端通过轴承与所述中顶板相连，下端穿过所述中底板与所述滚珠丝杆升降机相连，所述丝杆中部通过安装在所述中底板上的滚珠螺母与所述中底板相连，所述压力盒内安装有环形测力计。

3.根据权利要求2所述的一种基坑支护结构模拟的混合试验装置，其特征在于：所述三角板之间还连接有弹性薄膜。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种基坑支护结构模拟的混合试验装置，其特征在于：四根所述支架杆上对应设置有若干插孔，所述横梁能够通过插在不同的插孔中实现上下位置调整。

5.根据权利要求1、2或3所述的一种基坑支护结构模拟的混合试验装置，其特征在于：初始时，所述第一落砂板与第二落砂板上的落砂孔位置交错，砂土无法掉落；落砂时，移动所述第二落砂板，第一落砂板与第二落砂板上的落砂孔重合，开始落砂。

6.根据权利要求5所述的一种基坑支护结构模拟的混合试验装置，其特征在于：所述横梁上，所述第二落砂板两侧安装有若干推力拉杆，所述推力拉杆一端转动安装在所述横梁上，另一端安装有把手，所述推力拉杆转动安装在所述横梁上的一端设置有凸块，拉动所述推力拉杆，所述凸块推动所述第二落砂板。

7.根据权利要求6所述的一种基坑支护结构模拟的混合试验装置，其特征在于：所述砂框的前后内侧壁上对应设置有插槽，所述插槽中安装有至少两块隔板。

8.根据权利要求1所述的一种基坑支护结构模拟的混合试验装置，其特征在于：四根所述支架杆之间，以及挡板与横梁之间设置有透明薄膜，所述透明薄膜将支架杆与填料箱上部的空间封闭。

9.根据权利要求1所述的一种基坑支护结构模拟的混合试验装置，其特征在于：所述螺纹杆能够控制所述挡板倾斜或向所述变形面板方向运动。

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