CN114134946A - 一种基坑内支撑伸缩对邻近竖井影响的试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基坑内支撑伸缩对邻近竖井影响的试验装置及方法，属于基坑开挖模型技术领域，包括：箱体；竖井，设置在箱体的内部一侧，填土，填充在竖井与箱体内壁之间；第一连接墙，设置在箱体内部靠近竖井的一侧，第二连续墙，设置在箱体内部的另一侧且与第一连接墙平行，支撑伸缩机构，设置在第一连接墙与第二连续墙之间，用于实现挖掘第一连接墙与第二连续墙之间的填土时对基坑提供支撑；本发明通过在箱体内部模拟支撑伸缩对邻近竖井的影响过程，与检测机构配合使用探究支撑杆件的长度变化对邻近竖井结构整体的影响，采集的土压力、结构变形、地表沉降等信息，为后续的分析处理提高坚实的基础，准确反映岩土体及基坑主体的受力变形情况。

Description

一种基坑内支撑伸缩对邻近竖井影响的试验装置及方法

技术领域

本发明属于基坑开挖模型技术领域，具体涉及一种基坑内支撑伸缩对邻近竖井影响的试验装置及方法。

背景技术

随着城市化的进一步推进，城市地下空间的开发与利用逐渐在基础建设中占据越来越大的比重，相邻基坑同时施工的情况时有发生，而与此同时出现的各种施工问题也随之增多。而现有研究多是集中在单个基坑方面，较少涉及到相邻基坑相互影响的问题。因此，如何掌握相邻基坑间的相互作用影响规律并在基坑施工中控制不良影响是目前基坑工程中的一个重点问题。国内外目前对相邻基坑间相互作用问题的研究方法主要是通过数建立数值模型结合现场监测数据来分析作用规律。而数值模型在建立前需要准确的岩土体物理力学参数，由于测量仪器和操作人员的问题，往往难以取得准确的参数，造成计算结果的偏差，且计算过程中选择不同的本构模型产生的结果也会有较大差异，难以准确反映岩土体及基坑主体的受力变形情况。因此，现急需一种基坑内支撑伸缩对邻近竖井影响的试验装置及方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基坑内支撑伸缩对邻近竖井影响的试验装置及方法，以便解决现有技术中的不足。

本发明的技术方案是：一种基坑内支撑伸缩对邻近竖井影响的试验装置，包括：箱体，竖井，填土，第一连接墙，第二连续墙，检测机构，外部控制器，；竖井，设置在箱体的内部一侧，所述竖井与箱体的底部垂直；填土，填充在竖井与箱体内壁之间；第一连接墙，设置在箱体内部靠近竖井的一侧，所述第一连接墙垂直插入填土中；第二连续墙，设置在箱体内部的另一侧且与第一连接墙平行，所述第二连续墙与垂直插入填土中；检测机构，设置在箱体上，用于实现采集基坑开挖时的土压力、结构变形、地表沉降信息；外部控制器，设置在箱体的外侧，所述外部控制器与检测机构电连接。

优选的，所述检测机构包括多个千分表，多个千分表均匀设置在第一连接墙与第二连续墙外侧填土的上方，千分表与箱体的内壁可拆卸连接，第二连续墙靠近竖井的一侧以及与其正对的竖井外壁上沿高度方向均匀固设有多个应变片，第二连续墙与竖井之间的填土中沿高度方向均匀埋设多个土压力盒，支撑伸缩机构，设置在第一连接墙与第二连续墙之间，用于实现挖掘第一连接墙与第二连续墙之间的填土时对基坑提供支撑；应变片、土压力盒、支撑伸缩机构分别与外部控制器电连接。

优选的，所述支撑伸缩机构包括沿高度方向均匀设置在第一连接墙与第二连续墙之间的多个支撑单元，支撑单元包括设置在第一连接墙与第二连续墙内壁上的多对支撑杆，每对支撑杆的一端与第一连接墙或者第二连续墙连接，另一端之间设有距离调节机构，用于实现调整每对支撑杆之间的距离。

优选的，所述距离调节机构包括对称设置在支撑杆两端的两个钢围檩且分别与其固定连接，支撑杆远端的钢围檩分别与第一连接墙或者第二连续墙可拆卸连接，另一端的钢围檩外侧分别对称设有两个连接板，两个连接板之间呈V型对称设有两对连接臂，每对连接臂的开口端分别与两个连接板铰接，另一端之间设有螺母座且分别与其铰接，两对连接臂之间的两个螺母座上穿设有双向丝杆且与其配合连接。

一种基坑内支撑伸缩对邻近竖井影响试验装置的试验方法，包括以下步骤：

S1、将箱体放置在操作台上，对第一连接墙、第二连续墙之间的填土进行分层挖掘，每层挖掘完毕后取一个支撑单元旋拧双向丝杆调整两对连接臂的开口角度，将支撑杆外侧的钢围檩分别与第一连接墙、第二连续墙进行连接实现对基坑进行支撑，并采集千分表、应变片、土压力盒的信息；

S2、待第一连接墙、第二连续墙之间的填土挖掘完毕后，通过旋拧每个支撑单元的双向丝杆调整连接臂的开口角度，模拟第一连接墙与第二连续墙之间的支撑伸缩，并采集千分表、应变片、土压力盒的信息；

S3、试验完毕后将采集千分表、应变片、土压力盒的信息进行汇总分析。

与现有技术相比，本发明提供的一种基坑内支撑伸缩对邻近竖井影响的试验装置及方法，通过在箱体内部模拟支撑伸缩对邻近竖井的影响过程，与检测机构配合使用探究支撑杆件的长度变化对邻近竖井结构整体的影响，采集的土压力、结构变形、地表沉降等信息，不仅能够直接展示基坑内部的支撑伸缩对邻近竖井的影响，而且能够获得准确的数据信息，为后续的分析处理提高坚实的基础，准确反映岩土体及基坑主体的受力变形情况；通过支撑伸缩机构的多个支撑单元能够对不同深度的基坑进行模拟实验，并且在开挖过程中快速安装模拟实际支撑，不仅提高试验模拟的效率，而且提高试验的准确性；通过设置在每对支撑杆上的距离调节机构能够灵活调整支撑的长度，通过长度的变化实现探究基坑内部的支撑伸缩对邻近竖井受力状态及位移变形的影响；通过设置在箱体上的千分表、应变片以及土压力盒能够采集土压力、结构变形、地表沉降等基坑开挖过程中的重要影响参数，便于试验结束后的数据分析，进一步提高试验过程的有效性；通过将箱体的一侧设置为玻璃，能够在试验过程中直观的观察影响情况，提高试验模拟的效果；本装置所使用的河砂还可根据不同工程背景的地质条件替换为其它材料，保证了土层物理力学参数的准确性，适用于各种不同的地质条件，具有较强的工程适用性；通过焊接组成的竖井以及采用Q235钢板的连续墙，其结构简单可自行手工制作，可以降低试验成本与门槛；并且试验装置在相关科研中泛用性较好，具有较强的扩展性，可进一步应用到基坑内支撑伸缩对邻近隧道、沉井的影响规律等研究中；采用本装置的试验方法进行相近基坑的影响效应研究，补足了数值模拟法在选取参数及本构模型上的局限性，可为施工现场提供建议，提前制定措施提供理论参考；本装置操作方便，试验效果准确，实用性强，值得推广。

附图说明

图1是本发明的正视图；

图2是本发明的俯视图；

图3是本发明的支撑单元放大示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种基坑内支撑伸缩对邻近竖井影响的试验装置及方法，下面结合图1到图3的结构示意图，对本发明进行说明。

实施例1

如图1所示，一种基坑内支撑伸缩对邻近竖井影响的试验装置，包括：箱体1，竖井2，填土3，第一连接墙4，第二连续墙5，检测机构，外部控制器；竖井2，设置在箱体1的内部一侧，所述竖井2与箱体1的底部垂直；填土3，填充在竖井2与箱体1内壁之间；第一连接墙4，设置在箱体1内部靠近竖井2的一侧，所述第一连接墙4垂直插入填土3中；第二连续墙5，设置在箱体1内部的另一侧且与第一连接墙4平行，所述第二连续墙5与垂直插入填土3中；检测机构，设置在箱体1上，用于实现采集基坑开挖时的土压力、结构变形、地表沉降信息；采集的土压力、结构变形、地表沉降等信息，不仅能够直接展示基坑内部的支撑伸缩对邻近竖井的影响，而且能够获得准确的数据信息，为后续的分析处理提高坚实的基础，准确反映岩土体及基坑主体的受力变形情况,外部控制器，设置在箱体1的外侧，所述外部控制器与检测机构电连接。

另外所述箱体1靠近千分表41的一侧壁板为玻璃，通过玻璃能够在试验过程中直观的观察影响情况，提高试验模拟的效果。

实施例2

为了进一步提高试验模拟方便性，通过设置在第一连接墙与第二连续墙之间的多个支撑单元，可以实现在挖掘到不同深度时，快速安装模拟实际支撑，对不同深度的基坑进行模拟实验，不仅提高试验模拟的效率，而且提高试验的准确性。

如图3所示，优选的，所述支撑伸缩机构包括沿高度方向均匀设置在第一连接墙4与第二连续墙5之间的多个支撑单元，支撑单元包括设置在第一连接墙4与第二连续墙5内壁上的多对支撑杆21，每对支撑杆21的一端与第一连接墙4或者第二连续墙5连接，另一端之间设有距离调节机构，用于实现调整每对支撑杆21之间的距离。

如图2所示，优选的，所述距离调节机构包括对称设置在支撑杆21两端的两个钢围檩31且分别与其固定连接，支撑杆21远端的钢围檩31分别与第一连接墙4或者第二连续墙5可拆卸连接，另一端的钢围檩31外侧分别对称设有两个连接板32，两个连接板32之间呈V型对称设有两对连接臂33，每对连接臂33的开口端分别与两个连接板32铰接，另一端之间设有螺母座且分别与其铰接，两对连接臂33之间的两个螺母座上穿设有双向丝杆34且与其配合连接，通过设置在支撑杆外侧的钢围檩能够提高安装方便性，并且可以提高受力的均匀性，另外通过双向丝杆调节两侧的连接臂的距离，不仅能够用于不同规格的基坑模拟实验，提高使用灵活性，且可用来调节支撑杆件的长度，研究长度变化产生的影响。

实施例3

为了进一步提高检测的准确性，通过设置在箱体上的千分表、应变片以及土压力盒能够采集土压力、结构变形、地表沉降等基坑开挖过程中的重要影响参数，便于试验结束后的数据分析。

优选的，所述检测机构包括多个千分表41，多个千分表41均匀设置在第一连接墙4与第二连续墙5外侧填土3的上方，千分表41与箱体1的内壁可拆卸连接，第二连续墙5靠近竖井2的一侧以及与其正对的竖井2外壁上沿高度方向均匀固设有多个应变片42，第二连续墙5与竖井2之间的填土3中沿高度方向均匀埋设多个土压力盒43，支撑伸缩机构，设置在第一连接墙4与第二连续墙5之间，用于实现挖掘第一连接墙4与第二连续墙5之间的填土3时对基坑提供支撑；应变片42、土压力盒43、支撑伸缩机构分别与外部控制器电连接。

首先制作一个模型箱、模型箱为长方体，由四块厚度为5mm的Q235钢板及一块厚度为5mm的钢化玻璃拼接组成；再通过Q235钢板制作第一连接墙4与第二连续墙5，第一连接墙4与第二连续墙5的内侧面上均匀设有多个安装槽，方便安装钢围檩；使用四块Q235钢板焊接构成竖井2，应变片42固定在竖井2的外壁上，相邻应变片之间间距为50mm，再将竖井2放置在箱体1的内部；然后将填土3分层填入箱体1的内部，每层填土3填入完毕后，在第二连续墙5与竖井2之间的填土3上埋入土压力盒43；将应变片42固定在第二连续墙5上，相邻应变片之间间距为50mm；将第一连接墙4、第二连续墙5分别垂直插入箱体1内部的填土3中，二者的间距为400mm；千分表41通过吸附固定在第一连接墙4与第二连续墙5外侧的箱体1玻璃壁板上，共设置14个。

实施例4

一种基坑内支撑伸缩对邻近竖井影响试验装置的试验方法，包括以下步骤：

S1、将箱体1放置在操作台上，对第一连接墙4、第二连续墙5之间的填土3进行分层挖掘，每层挖掘完毕后取一个支撑单元旋拧双向丝杆34调整两对连接臂33的开口角度，将支撑杆21外侧的钢围檩31分别与第一连接墙4、第二连续墙5进行连接实现对基坑进行支撑，并采集千分表41、应变片42、土压力盒43的信息；

S2、待第一连接墙4、第二连续墙5之间的填土3挖掘完毕后，通过旋拧每个支撑单元的双向丝杆34调整连接臂33的开口角度，模拟第一连接墙4与第二连续墙5之间的支撑伸缩，并采集千分表41、应变片42、土压力盒43的信息；

S3、试验完毕后将采集千分表41、应变片42、土压力盒43的信息进行汇总分析；其中双向丝杆没旋转90°，每对支撑杆对应伸长(缩短)1mm。

本发明提供的一种基坑内支撑伸缩对邻近竖井影响的试验装置及方法，通过在箱体内部模拟支撑伸缩对邻近竖井的影响过程，与支撑伸缩机构配合使用探究支撑杆件的长度变化对邻近竖井结构整体的影响，采集的土压力、结构变形、地表沉降等信息，不仅能够直接展示基坑内部的支撑伸缩对邻近竖井的影响，而且能够获得准确的数据信息，为后续的分析处理提高坚实的基础，准确反映岩土体及基坑主体的受力变形情况；通过支撑伸缩机构的多个支撑单元能够对不同深度的基坑进行模拟实验，并且在开挖过程中快速安装模拟实际支撑，不仅提高试验模拟的效率，而且提高试验的准确性；通过设置在每对支撑杆上的距离调节机构能够灵活调整支撑的长度，通过长度的变化实现探究基坑内部的支撑伸缩对邻近竖井受力状态及位移变形的影响；通过设置在箱体上的千分表、应变片以及土压力盒能够采集土压力、结构变形、地表沉降等基坑开挖过程中的重要影响参数，便于试验结束后的数据分析，进一步提高试验过程的有效性；通过将箱体的一侧设置为玻璃，能够在试验过程中直观的观察影响情况，提高试验模拟的效果；本装置所使用的河砂还可根据不同工程背景的地质条件替换为其它材料，保证了土层物理力学参数的准确性，适用于各种不同的地质条件，具有较强的工程适用性；通过焊接组成的竖井以及采用Q235钢板的连续墙，其结构简单可自行手工制作，可以降低试验成本与门槛；并且试验装置在相关科研中泛用性较好，具有较强的扩展性，可进一步应用到基坑内支撑伸缩对邻近隧道、沉井的影响规律等研究中；采用本装置的试验方法进行相近基坑的影响效应研究，补足了数值模拟法在选取参数及本构模型上的局限性，可为施工现场提供建议，提前制定措施提供理论参考；本装置操作方便，试验效果准确，实用性强，值得推广。

以上公开的仅为本发明的较佳的具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基坑内支撑伸缩对邻近竖井影响的试验装置，其特征在于，包括：箱体(1)；竖井(2)，设置在箱体(1)的内部一侧，所述竖井(2)与箱体(1)的底部垂直；填土(3)，填充在竖井(2)与箱体(1)内壁之间；第一连接墙(4)，设置在箱体(1)内部靠近竖井(2)的一侧，所述第一连接墙(4)垂直插入填土(3)中；第二连续墙(5)，设置在箱体(1)内部的另一侧且与第一连接墙(4)平行，所述第二连续墙(5)与垂直插入填土(3)中；检测机构，设置在箱体(1)上，用于实现采集基坑开挖时的土压力、结构变形、地表沉降信息；外部控制器，设置在箱体(1)的外侧，所述外部控制器与检测机构电连接。

2.根据权利要求1所述的一种基坑内支撑伸缩对邻近竖井影响的试验装置，其特征在于，所述检测机构包括多个千分表(41)，多个千分表(41)均匀设置在第一连接墙(4)与第二连续墙(5)外侧填土(3)的上方，千分表(41)与箱体(1)的内壁可拆卸连接，第二连续墙(5)靠近竖井(2)的一侧以及与其正对的竖井(2)外壁上沿高度方向均匀固设有多个应变片(42)，第二连续墙(5)与竖井(2)之间的填土(3)中沿高度方向均匀埋设多个土压力盒(43)，支撑伸缩机构，设置在第一连接墙(4)与第二连续墙(5)之间，用于实现挖掘第一连接墙(4)与第二连续墙(5)之间的填土(3)时对基坑提供支撑；应变片(42)、土压力盒(43)、支撑伸缩机构分别与外部控制器电连接。

3.根据权利要求2所述的一种基坑内支撑伸缩对邻近竖井影响的试验装置，其特征在于，所述支撑伸缩机构包括沿高度方向均匀设置在第一连接墙(4)与第二连续墙(5)之间的多个支撑单元，支撑单元包括设置在第一连接墙(4)与第二连续墙(5)内壁上的多对支撑杆(21)，每对支撑杆(21)的一端与第一连接墙(4)或者第二连续墙(5)连接，另一端之间设有距离调节机构，用于实现调整每对支撑杆(21)之间的距离。

4.根据权利要求3所述的一种基坑内支撑伸缩对邻近竖井影响的试验装置，其特征在于，所述距离调节机构包括对称设置在支撑杆(21)两端的两个钢围檩(31)且分别与其固定连接，支撑杆(21)远端的钢围檩(31)分别与第一连接墙(4)或者第二连续墙(5)可拆卸连接，另一端的钢围檩(31)外侧分别对称设有两个连接板(32)，两个连接板(32)之间呈V型对称设有两对连接臂(33)，每对连接臂(33)的开口端分别与两个连接板(32)铰接，另一端之间设有螺母座且分别与其铰接，两对连接臂(33)之间的两个螺母座上穿设有双向丝杆(34)且与其配合连接。

5.根据权利要求4所述的一种基坑内支撑伸缩对邻近竖井影响试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将箱体(1)放置在操作台上，对第一连接墙(4)、第二连续墙(5)之间的填土(3)进行分层挖掘，每层挖掘完毕后取一个支撑单元旋拧双向丝杆(34)调整两对连接臂(33)的开口角度，将支撑杆(21)外侧的钢围檩(31)分别与第一连接墙(4)、第二连续墙(5)进行连接实现对基坑进行支撑，并采集千分表(41)、应变片(42)、土压力盒(43)的信息；

S2、待第一连接墙(4)、第二连续墙(5)之间的填土(3)挖掘完毕后，通过旋拧每个支撑单元的双向丝杆(34)调整连接臂(33)的开口角度，模拟第一连接墙(4)与第二连续墙(5)之间的支撑伸缩，并采集千分表(41)、应变片(42)、土压力盒(43)的信息；

S3、试验完毕后将采集千分表(41)、应变片(42)、土压力盒(43)的信息进行汇总分析。

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