CN113668619B - 一种用于基坑模型试验的竖向围护结构水平位移监测装置 - Google Patents

一种用于基坑模型试验的竖向围护结构水平位移监测装置 Download PDF

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Abstract

一种用于基坑模型试验的竖向围护结构水平位移监测装置，包括模型箱、基坑模型试验系统和监测系统；所述模型箱由模型箱框架、侧板和底板组成，模型箱内填装有试验土体；所述基坑模型试验系统设置在模型箱的中部，由竖向围护结构和内支撑组成；所述监测系统包括细钢丝、定滑轮和数显百分表，细钢丝一端固定在竖向围护结构的预设孔洞上，另一端水平延伸至定滑轮，绕经定滑轮后竖直向上与数显百分表连接。本发明可在模型试验中监测竖向围护结构的水平位移；可模拟在不同工况下，监测任意不同深度处的竖向围护结构水平位移，为基坑的变形分析提供有效的试验数据支持，对基坑受力与变形的发展规律提供依据。

Description

一种用于基坑模型试验的竖向围护结构水平位移监测装置
技术领域
本发明涉及基坑模型试验监测装置，尤其涉及一种用于基坑模型试验的竖向围护结构水平位移监测装置。
背景技术
随着城市地下空间的大力开发和建设，基坑不断向着深度越深、规模与尺寸越大、基坑场地越紧凑方向发展。由于基坑逐步开挖，基坑内土体逐渐卸荷，使基坑内外产生土压力差，导致竖向围护结构发生水平位移，从而进一步影响基坑的变形和稳定性，竖向围护结构水平位移引起基坑变形和失稳问题是当前基坑工程的重大风险源之一。
现今规范虽然有对竖向围护结构水平位移的计算要求说明，但是设计计算的原理简单。目前常用的数值软件计算是对工程实例模型进行的一种简化，并且所需的土体本构参数很难精确测得，因此对结果影响很大，参考性较低。而现有的现场实测方法，由于工程现场条件不可控因素太多，对于现场监测的数据有时根本无法真正获取。
基坑模型试验可控性强，所得的数据也可根据缩尺比反算出实际工程基坑变形受力情况。目前在模型试验中对于基坑竖向围护结构水平位移的监测并没有可靠的方法，而对竖向围护结构水平位移的精准监测是开展正确的试验数据分析的关键之一。
因此设计一种可操作性强、可监测在不同开挖工况下、竖向围护结构在不同深度处的水平位移，用来准确评价基坑支护结构工作性状具有重要意义。
发明内容
为克服上述问题，本发明提供一种用于基坑模型试验的竖向围护结构水平位移监测装置。
本发明采用的技术方案是：一种用于基坑模型试验的竖向围护结构水平位移监测装置，包括模型箱、基坑模型试验系统和监测系统；
所述模型箱放置在硬化平整地面上，模型箱包括模型箱框架、侧板和底板，模型箱框架为立方体框架，侧板固定于立方体框架的侧壁，底板固定于立方体框架的底面；模型箱的内部填装有试验土体，试验土体中开挖有基坑；
所述基坑模型试验系统包括设置在基坑四周的竖向围护结构和设置在竖向围护结构之间的内支撑，竖向围护结构的同一竖向断面内沿竖直方向等间距开设有孔洞，孔洞的位置即为监测点，所述孔洞的大小与监测系统配备的第一螺栓相适配；
所述监测系统包括细钢丝、内螺纹空心铝管、定滑轮、滑轮保护盒、数显百分表、磁力吸座、滑块、锁紧限位扳手、导轨、钢管横梁和支架；所述细钢丝的一端通过第一螺栓固定在预设孔洞的竖向围护结构上；所述细钢丝外套有内螺纹空心铝管，内螺纹空心铝管隔离试验土体与细钢丝；所述细钢丝的另一端水平延伸至定滑轮，绕经定滑轮后竖直向上连接至试验土体上方的数显百分表；所述数显百分表通过磁力吸座固定在钢管横梁上，钢管横梁通过支架水平架设在模型箱上方；所述细钢丝的总长度不变，通过数显百分表读数的变化反映竖向围护结构的水平位移；所述定滑轮安装在滑轮保护盒内，滑轮保护盒安装在通过卡扣固定在附有卡孔的滑块上，滑块上附有锁紧限位扳手，并通过转拧方式实现在导轨上自由移动或固定，以监测不同深度处的竖向围护结构水平位移大小；滑块滑动设置在导轨内，导轨通过第二螺栓竖直固定在模型箱侧板内壁。
进一步，所述细钢丝表面涂覆有凡士林，以减小接触摩擦力。
进一步，所述竖向围护结构是地连墙、围护桩或拉森钢板桩型式。
进一步，所述滑轮保护盒根据监测点的数量分为不同的滑轮保护盒类型，其中位于上方的滑轮保护盒上贯穿设有用于避让位于下方细钢丝的避让孔。
进一步，所述内螺纹空心铝管两端设有内螺纹，内螺纹空心铝管与滑轮保护盒螺纹连接；内螺纹空心铝管的长度与细钢丝的长度相适配。
进一步，所述滑块内置滚轮，滑块通过滚轮与导轨滑动连接；所述滑块上设有锁紧限位扳手，锁紧限位扳手上设有制动片，转拧锁紧限位扳手使得制动片与导轨接合时由于摩擦锁定而产生制动动作。
本发明的有益效果是：
(1)本发明可以在模型试验中实现埋设在土体以下的竖向围护结构水平位移的监测。
(2)本发明通过直接量测的方法进行竖向围护结构水平位移的监测，区别于传统的在竖向围护结构上贴应变片，通过内力反算位移的方法，提高了准确度。
(3)本发明设计了基坑模型试验系统中竖向围护结构水平位移的监测装置，同时通过侧壁的轨道可以实现竖向围护结构在不同深度处水平位移的量测。
(4)本发明结构简单，造价低廉，操作性强。
附图说明
图1是本发明的模型试验装置侧视图。
图2是本发明竖向围护结构水平位移模型试验监测装置。
图3a～c是本发明不同规格滑轮保护盒模型示意图。
图4a是本发明直线轨道的截面图。
图4b是本发明直线轨道的侧视图。
附图标记说明：1模型箱；1-1侧板；1-2底板；2基坑模型试验系统；2-1竖向围护结构；2-2内支撑；3监测系统；3-1细钢丝；3-2a第一螺栓；3-2b第二螺栓；3-3内螺纹空心铝管；3-4定滑轮；3-5滑轮保护盒；3-6数显百分表；3-7磁力吸座；3-8滑块；3-9锁紧限位扳手；3-10导轨；3-11钢管横梁；3-12支架。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明专利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。
在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照附图，包括模型箱1、基坑模型试验系统2和监测系统3三个部分；所述模型箱1由模型箱框架、侧板1-1和底板1-2组成，模型箱内装有试验土；所述模型箱框架放置在硬化平整地面上，模型箱框架的底部固定底板，四周侧面固定侧板，通过焊接的方式进行连接；
所述基坑模型试验系统2由竖向围护结构2-1和内支撑2-2组成；所述竖向围护结构的同一断面内开设有若干沿竖直方向等间距的螺栓孔洞，孔洞的大小与监测系统配备的螺栓大小相适配；
所述监测系统3由细钢丝3-1、螺栓3-2、内螺纹空心铝管3-3、定滑轮3-4、滑轮保护盒3-5、数显百分表3-6、磁力吸座3-7、滑块3-8、锁紧限位扳手3-9、导轨3-10、钢管横梁3-11和支架3-12组成；所述细钢丝3-1表面涂有凡士林，并通过第一螺栓3-2a固定在预设孔洞的竖向围护结构上，孔洞的大小与监测装置的螺栓大小相适配；所述细钢丝3-1外套有内螺纹空心铝管3-3，用来隔离土体与细钢丝，起到保护细钢丝的作用；所述细钢丝3-1在水平转角处，借助定滑轮3-4改变细钢丝3-1的受力方向，最终连接至地表土体以上的数显百分表3-6上；所述数显百分表3-6通过磁力吸座3-7固定在钢管横梁3-11上；所述钢管横梁3-11架设在支架3-12上；所述内螺纹空心铝管3-3通过螺纹连接的方式与滑轮保护盒3-5进行连接；所述滑轮保护盒3-5起到保护拐角处定滑轮的作用，并通过卡扣固定在附有卡孔的滑块3-8上；所述滑块3-8上附有锁紧限位扳手3-9，可以通过转拧方式实现在导轨3-10上自由移动和固定，以监测不同深度处的竖向围护结构水平位移大小；所述导轨3-10通过第二螺栓3-2b固定在模型箱侧壁。
参照附图1，所述模型试验装置侧视图中模型箱1由四面侧板1-1和一面底板1-2组成；侧板和底板焊接成整体，形成顶面敞开的长方体模型箱，用于岩土体的填筑开挖及监测装置的埋设。
参照附图2，所述竖向围护结构水平位移模型试验监测装置，包括细钢丝3-1、第一螺栓3-2a、第二螺栓3-2b、内螺纹空心铝管3-3、定滑轮3-4、滑轮保护盒3-5、数显百分表3-6、磁力吸座3-7、滑块3-8、锁紧限位扳手3-9、导轨3-10、钢管横梁3-11和支架3-12；所述细钢丝3-1表面涂有凡士林，并通过第一螺栓3-2a固定在预设孔洞的竖向围护结构上，孔洞的大小与监测装置的螺栓大小相适配；所述细钢丝3-1外套有内螺纹空心铝管3-3，用来隔离土体与细钢丝，起到保护细钢丝的作用；所述细钢丝3-1在水平转角处，借助定滑轮3-4改变细钢丝3-1的受力方向，最终连接至地表土体以上的数显百分表3-6上；所述数显百分表3-6通过磁力吸座3-7固定在钢管横梁3-11上；所述钢管横梁3-11架设在支架3-12上；所述内螺纹空心铝管3-3通过螺纹连接的方式与滑轮保护盒3-5进行连接；所述滑轮保护盒3-5起到保护拐角处定滑轮的作用，并通过卡扣固定在附有卡孔的滑块3-8上；所述滑块3-8上附有锁紧限位扳手3-9，可以通过转拧方式实现在导轨3-10上自由移动和固定，以监测不同深度处的竖向围护结构水平位移大小；所述导轨3-10通过第二螺栓3-2b固定在模型箱侧壁。
参照附图3，展示了三种不同规格滑轮保护盒模型示意图，根据所需监测的监测点数量决定所需规格的种类，深度最深的监测点对应的滑轮保护盒3-5规格最小，越往上规格越大，滑轮保护盒附有外螺纹的接管，并在右侧附有卡扣3-13，起到固定的作用；滑轮保护盒3-5内安装有定滑轮3-4，该定滑轮3-4用于改变细钢丝3-1的受力方向。
参照附图4a、4b，所述直线轨道由导轨3-10和滑块3-8组成；所述导轨3-10通过螺栓与模型箱侧板进行连接；滑块3-8内置滚轮，滑块通过滚轮与导轨3-10滑动连接；滑块3-8上设有锁紧限位扳手，锁紧限位扳手上设有制动片，转拧锁紧限位扳手使得制动片与导轨接合时由于摩擦锁定而产生制动动作，可以实现自由滑动和固定，滑块数量根据监测点的数量进行确定。
本发明适用于模型试验过程中，边开挖基坑内部土体边监测竖向围护结构水平位移的情况，并可根据实际需求，动态监测不同深度处竖向围护结构水平位移。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (6)

1.一种用于基坑模型试验的竖向围护结构水平位移监测装置，其特征在于：包括模型箱(1)、基坑模型试验系统(2)和监测系统(3)；
所述模型箱(1)放置在硬化平整地面上，模型箱(1)包括模型箱框架、侧板(1-1)和底板(1-2)，模型箱框架为立方体框架，侧板(1-1)固定于立方体框架的侧壁，底板(1-2)固定于立方体框架的底面；模型箱(1)的内部填装有试验土体，试验土体中开挖有基坑；
所述基坑模型试验系统(2)包括设置在基坑四周的竖向围护结构(2-1)和设置在竖向围护结构(2-1)之间的内支撑(2-2)，竖向围护结构(2-1)的同一竖向断面内沿竖直方向等间距开设有孔洞，孔洞的位置即为监测点，所述孔洞的大小与监测系统(3)配备的第一螺栓(3-2a)相适配；
所述监测系统(3)包括细钢丝(3-1)、内螺纹空心铝管(3-3)、定滑轮(3-4)、滑轮保护盒(3-5)、数显百分表(3-6)、磁力吸座(3-7)、滑块(3-8)、锁紧限位扳手(3-9)、导轨(3-10)、钢管横梁(3-11)和支架(3-12)；所述细钢丝(3-1)的一端通过第一螺栓(3-2a)固定在预设孔洞的竖向围护结构(2-1)上；所述细钢丝(3-1)外套有内螺纹空心铝管(3-3)，内螺纹空心铝管(3-3)隔离试验土体与细钢丝(3-1)；所述细钢丝(3-1)的另一端水平延伸至定滑轮(3-4)，绕经定滑轮(3-4)后竖直向上连接至试验土体上方的数显百分表(3-6)；所述数显百分表(3-6)通过磁力吸座(3-7)固定在钢管横梁(3-11)上，钢管横梁(3-11)通过支架(3-12)水平架设在模型箱(1)上方；所述细钢丝(3-1)的总长度不变，通过数显百分表(3-6)读数的变化反映竖向围护结构的水平位移；所述定滑轮(3-4)安装在滑轮保护盒(3-5)内，滑轮保护盒(3-5)安装在通过卡扣固定在附有卡孔的滑块(3-8)上，滑块(3-8)上附有锁紧限位扳手(3-9)，并通过转拧方式实现在导轨(3-10)上自由移动或固定，以监测不同深度处的竖向围护结构水平位移大小；滑块(3-8)滑动设置在导轨(3-10)内，导轨(3-10)通过第二螺栓(3-2b)竖直固定在模型箱(1)侧板(1-1)内壁。
2.如权利要求1所述的一种用于基坑模型试验的竖向围护结构水平位移监测装置，其特征在于：所述细钢丝(3-1)表面涂覆有凡士林，以减小接触摩擦力。
3.如权利要求1所述的一种用于基坑模型试验的竖向围护结构水平位移监测装置，其特征在于：所述竖向围护结构(2-1)包括地连墙、围护桩或拉森钢板桩型式。
4.如权利要求1所述的一种用于基坑模型试验的竖向围护结构水平位移监测装置，其特征在于：所述滑轮保护盒(3-5)根据测试点的数量分为不同的滑轮保护盒(3-5)类型，其中位于上方的滑轮保护盒(3-5)上贯穿设有用于避让位于下方细钢丝(3-1)的避让孔。
5.如权利要求1所述的一种用于基坑模型试验的竖向围护结构水平位移监测装置，其特征在于：所述内螺纹空心铝管(3-3)两端设有内螺纹，内螺纹空心铝管(3-3)与滑轮保护盒(3-5)螺纹连接；内螺纹空心铝管(3-3)的长度与细钢丝(3-1)的长度相适配。
6.如权利要求1所述的一种用于基坑模型试验的竖向围护结构水平位移监测装置，其特征在于：所述滑块(3-8)内置滚轮，滑块(3-8))通过滚轮与导轨(3-10)滑动连接；所述滑块(3-8)上设有锁紧限位扳手(3-9)，锁紧限位扳手(3-9)上设有制动片，转拧锁紧限位扳手(3-9)使得制动片与导轨(3-10)接合时由于摩擦锁定而产生制动动作。
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