CN114441406A - 一种模拟基坑止水帷幕局部渗流的试验系统及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于地下工程技术领域，提供一种模拟基坑止水帷幕局部渗流的试验系统及其试验方法，主要包括供水装置、水箱和试验箱；所述供水装置包括第一供水管道和第二供水管道，所述第一供水管道与所述水箱直接连通，所述第二供水管道与所述试验箱直接连通；所述水箱内设置有第一内腔，所述试验箱内设置有第二内腔，所述水箱设在所述试验箱的顶部且所述第一内腔与所述第二内腔相连通；所述第二内腔上设置有若干压力感应器，所述试验箱上连通有若干渗流通道，所述渗流通道的末端设有渗流孔，且不同渗流通道之间的所述渗流孔的孔径大小不相同。本发明可得出在不同水压以及不同渗流孔径条件下基坑外侧的渗流场变化情况，从而为设计施工提供技术资料。

Description

一种模拟基坑止水帷幕局部渗流的试验系统及其试验方法

技术领域

本发明属于地下工程技术领域，具体涉及一种模拟基坑止水帷幕局部渗流的试验系统及其试验方法。

背景技术

随着我国城市建设的不断推进，城市地下空间利用率越来越高，深基坑的数量也随之增加。深基坑设计施工中，降止水是一个影响安全的重要因素，尤其是临海临江的基坑对于基坑止水要求较高。目前深基坑较多的是采用灌注桩支护加搅拌桩止水帷幕或采用地下连续墙的支护形式。搅拌桩常用的有单轴搅拌桩和三轴搅拌桩，单轴搅拌桩设备轻便造价低，但是施工深度有限、质量难以保证；三轴搅拌桩可以在较大深度内仍有良好的垂直度，且可以进行套打作业，因此施工质量也更高。搅拌桩止水帷幕渗漏的主要是由于施工过程中垂直度不能保证导致桩间开叉，以及在地质较差或者有动水条件下成桩质量不高造成的。而地连墙渗漏主要在接缝处。止水帷幕或地连墙接缝处的渗漏案例屡见不鲜。是止水工程施工中较常见的问题。

目前关于基坑止水帷幕局部渗漏条件下的土体渗流特性的研究较少，往往是采用数值分析的方法，但由于数值分析参数取值依赖于室内试验和相关工程经验，且引入了较多的假设条件使得研究与实际情况往往有较大的出入。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的是提供一种模拟基坑止水帷幕局部渗流的试验系统及其试验方法，为基坑局部渗流的研究提供一种研究手段。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种模拟基坑止水帷幕局部渗流的试验系统，包括供水装置、水箱和试验箱；

所述供水装置包括第一供水管道和第二供水管道，所述第一供水管道与所述水箱直接连通，所述第二供水管道与所述试验箱直接连通；

所述水箱内设置有供水存放的第一内腔，所述试验箱内设置有供试验土存放的第二内腔，所述水箱叠设在所述试验箱的顶部，且所述第一内腔与所述第二内腔相连通；

所述试验箱在所述第二内腔的内壁上设置有若干压力感应器，且所述试验箱上连通设置有若干渗流通道，所述渗流通道的末端设置有渗流孔，且每一所述渗流通道之间的所述渗流孔的孔径大小不相同。

作为优选，所述水箱和/或所述试验箱为透明箱体。

作为优选，若干所述压力感应器均匀设置在所述第二内腔的侧壁上，且若干所述压力感应器沿所述第二内腔的高度呈分层式排布设置。

作为优选，所述水箱的其一侧面上设置有开口，所述开口的开设高度与所述水箱的高度一致；

对应所述开口设置有若干出水挡板，若干所述出水挡板自上而下拼接设置在所述开口处。

作为优选，对应所述开口在所述水箱的外侧还设置有出水槽，所述出水槽上连通设置有排水管。

作为优选，所述试验箱的外侧面上可拆卸地设置有渗流板，若干所述渗流通道为内置设置在所述渗流板上；

所述渗流板及所述试验箱的侧壁上开设有供旋钮插入设置的安装孔，若干所述渗流通道的一端均与所述渗流板上的安装孔相连通；

所述旋钮内设置有与所述第二内腔相连通的第一管道，以及连通所述第一管道与所述渗流通道的第二管道。

作为优选，所述渗流板上还设置有若干插接孔，所述渗流通道的另一端与所述插接孔相连通；

所述插接孔上插接连接有渗流孔板，若干所述渗流孔设置在所述渗流孔板上。

作为优选，所述渗流板为透明板体。

一种试验方法，适用于以上所述的一种模拟基坑止水帷幕局部渗流的试验系统，包括常压试验阶段，所述常压试验阶段包括如下步骤：

S10.往所述试验箱内填充试验土体至饱和状态，在试验土体填充前或填充时，进行对所述压力感应器的调试安装，此时，将所述第二内腔与所述渗流通道之间或所述渗流通道与所述渗流孔之间设置为断开连通的状态；

S30.在所述试验箱的顶部叠设所述水箱，确保所述水箱与所述试验箱之间的安装状态后，打开所述第一供水管，向所述水箱内输入一定高度的水并进行静置，此时，将所述第二内腔与所述第二供水管道之间设置为断开连通的状态；

S50.将待观察的所述渗流通道设置为连通状态，以使得所述第二内腔与待观察的所述渗流孔连通，此时，通过所述压力感应器及试验人员的观察，对渗流状况进行数据记录；

S70.重复步骤S50，以记录不同所述渗流孔的孔径条件下的渗流状况；

S90.根据采集所得的数据，得出不同所述渗流孔的孔径条件下的渗流场。

进一步地，还包括高压试验阶段，所述高压试验阶段包括如下步骤：

S20.往所述试验箱内填充试验土体至饱和状态，在试验土体填充前或填充时，进行对所述压力感应器的调试安装，此时，将所述第二内腔与所述渗流通道之间或所述渗流通道与所述渗流孔之间设置为断开连通的状态；

S40.对所述试验箱的顶部进行密闭设置；或当在所述试验箱的顶部叠设有所述水箱时，将所述水箱与所述试验箱之间设置为相互阻隔的状态，此时断开所述第一供水管的供水；

S60.将待观察的所述渗流通道设置为连通状态，以使得所述第二内腔与待观察的所述渗流孔连通，此时，打开所述第二供水管道对所述第二内腔进行直接供水，然后通过所述压力感应器及试验人员的观察，对渗流状况进行数据记录；

S80.重复步骤S60，以记录不同所述渗流孔的孔径条件下的渗流状况；

S100.根据采集所得的数据，得出不同所述渗流孔的孔径条件下的渗流场。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括有：

本方案中，通过向试验箱内填充待试验的土体，再通过第一供水管道向水箱内输送试验所需的水量，然后根据设置在试验箱的第二内腔内的压力感应器，即可对渗透状况下第二内腔内的各处压力变化情况进行检测和记录，从而形成常压试验阶段的渗透技术资料。此外，还可以通过第二供水管道向水箱内输送高压水，再通过压力感应器的检测和记录，即可形成高压试验阶段的渗透技术资料。从而可以通过试验，得出在不同水压作用以及不同渗流孔径条件下基坑外侧的渗流场的变化情况，以提供更丰富及更准确的参考分析资料。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明试验系统的结构示意图。

图2为本发明试验系统的侧视结构示意图。

图3为本发明渗流板的侧视结构示意图。

图4为本发明渗流板的通道设置示意图。

其中：

1-供水装置，10-主管道，11-第一供水管道，12-第二供水管道；

2-水箱，21-出水挡板，22-出水槽，221-排水管；

3-试验箱，31-压力感应器，32-渗流板，321-渗流通道，322-渗流孔，3221-渗流孔板，33-旋钮，331-第一管道，332-第二管道。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

实施例1

如图1-4所示，本实施例中提供一种模拟基坑止水帷幕局部渗流的试验系统，主要为包括供水装置1、水箱2和试验箱3。

具体地，所述供水装置1包括主管道10，以及连通设置在所述主管道10上的第一供水管道11和第二供水管道12，本实施例中，在所述第一供水管道11、第二供水管道12上均对应地设置有控制阀，以实现对所述第一供水管道11、第二供水管道12的单独供水控制。其中所述第一供水管道11为与所述水箱2直接连通，所述第二供水管道12则与所述试验箱3直接连通。

作为其中的一种应用形式，亦可将所述第一供水管道11的出水端设置在所述水箱2的上方，从而可以便于多个所述水箱2的堆叠使用，通过向所述水箱2的内部进行输水操作，使得在试验时，可以通过控制所述水箱2内部的存水高度而实现对常压下不同水压的控制，以提供多组的试验数据，便于提高试验准确性。所述第二供水管道12的出水端则为直接连通设置在所述试验箱3的顶端。

所述水箱2内设置有供水存放的第一内腔，本实施例中的所述水箱2的竖直投影面积与所述试验箱3的竖直投影面积相适配，并且所述水箱2的截面形状呈U形设置；所述水箱2的底部则为叠设在所述试验箱3的顶部，从而在所述试验箱3的顶部与所述试验箱3的内部空间相连通，进而实现渗流试验时的供水。

作为一种优选的方案，本实施例中的所述水箱2为透明箱体，如采用塑胶板或玻璃材料制成，以便于对内部水况进行实现观察。此外，在所述水箱2的其一侧面上设置有开口，所述开口即为该U形的开口，所述开口的开设高度与所述水箱2的高度一致；同时，对应所述开口设置有若干出水挡板21，若干所述出水挡板21自上而下拼接设置在所述开口处。通过设置的所述出水挡板21，可以通过对设置在所述开口处的所述出水挡板21的块数进行控制，即可控制所述水箱2内的水位高度，从而可以达到控制水压的目的。作为其中的一种具体的设置方式，可以选择在所述水箱2的U形开口的两侧设置凹槽，然后将若干所述出水挡板21插入设置在凹槽内，此时，需确保所述出水挡板21与所述凹槽之间的密封连接，具体的密封连接方式可参见现有技术，此处不作赘述。

作为一种优选的方案，本实施例中对应所述开口在所述水箱2的外侧还设置有出水槽22，所述出水槽22呈盘状设置，且所述出水槽22的底部高度为低于位于最下方的第一块所述出水挡板21的挡水高度，从而使得所述水箱2内多出来的水可以及时地溢流至所述出水槽22内，以确保试验过程中的水压稳定。此时，在所述出水槽22上还连通设置有排水管221，以对暂存于所述出水槽22内的水进行疏排，避免所述出水槽22内的水溢出而影响试验场地。

所述试验箱3内则设置有供试验土存放的第二内腔，所述第一内腔则与所述第二内腔相连通；在实际的安装使用时，应确保所述水箱2与所述试验箱3在连接处的密封状况，避免所述水箱2内的存水外漏。

本实施例中，所述试验箱3为亦为采用呈矩形的透明箱体的结构形式，以便于在实验时对所述试验箱3的内部情况的观察及记录。此外，所述试验箱3在所述第二内腔的内壁上设置有若干的压力感应器31，若干的所述压力感应器31为均匀设置在所述第二内腔的各侧壁上，且若干的所述压力感应器31沿所述第二内腔的高度呈分层式排布设置，以实现对渗流试验下所述第二内腔内的压力变化做出更为详细、准确的数据记录。本实施例中的所述压力感应器31为压力传感器。

进一步地，在所述试验箱3上还连通设置有若干的渗流通道321，并且若干的所述渗流通道321的末端均设置有渗流孔322，且每一所述渗流通道321之间在末端所设置的所述渗流孔322的孔径大小均不相同，以依据孔径大小而提出多组对比试验。

作为一种优选的方案，在所述试验箱3的外侧面上还可拆卸地设置有渗流板32，若干的所述渗流通道321则为内置设置在所述渗流板32上；本实施例中，所述渗流板32亦设置为透明板体结构，以便于试验过程中的观察。作为其中的一种安装形式，所述渗流板32与所述试验箱3之间，亦可通过在所述试验箱3的相对侧的内侧壁上设置凹槽，然后将所述渗流板32滑动插入设置在凹槽内的安装方式；此时，所述渗流板32即作为所述第二内腔的其一侧壁使用，并应确保所述渗流板32与所述试验箱3之间的密封连接。

而作为另一种可选的安装方式，所述渗流板32亦可设置为贴合安装在所述试验箱3的其一外侧面上的形式，然后在所述渗流板32及所述试验箱3的侧壁上开设有供旋钮33插入设置的安装孔，若干所述渗流通道321的一端均与所述渗流板32上的安装孔相连通。此时，则需要着重考虑所述旋钮33与所述试验箱3及所述渗流板32之间的密封连接，如可设置为采用环形密封圈的周圈密封方式。

所述旋钮33内则设置有与所述第二内腔相连通的第一管道331，以及连通所述第一管道331与所述渗流通道321的第二管道332。所述渗流板32上还设置有若干的插接孔，所述渗流通道321的另一端与所述插接孔相连通；在所述插接孔上则可拆卸地插接连接有渗流孔板3221，若干所述渗流孔322则为设置在所述渗流孔板3221上。

作为一种优选的方案，可以将所述第一管道331与所述第二管道332之间设置为直角连通的形式，此时转动所述旋钮33，则可对应连通一条所述渗流通道321进行渗流试验。而在另一具体应用中，亦可将所述第一管道331与所述第二管道332设置为呈T形的形式，此时转动所述旋钮33，则可以同时连通两条所述渗流通道321。因此，所述旋钮33内的管道的具体设计，可根据实际的试验需求进行选择，此处不针对简单的叠加连通的方案进行赘述。

同时，所述渗流孔板3221为可拆卸地插接设置在对应的插接孔上，使得可以根据实际的试验需求，而进行对具有需要的孔径大小的所述渗流孔板3221进行选择应用，使得试验的适用性可以更为广泛，且操作简单。

为了便于对本方案的进一步理解，本实施例中还提供有一种试验方法，适用于以上所述的一种模拟基坑止水帷幕局部渗流的试验系统，主要包括常压试验阶段和高压试验阶段：

所述常压试验阶段主要包括如下步骤：

S10.往所述试验箱3内填充试验土体至饱和状态，其中，试验土体应分层填充，在试验土体填充前或填充时，同步进行对所述压力感应器31的调试安装，此时，将所述第二内腔与所述渗流通道321之间或所述渗流通道321与所述渗流孔322之间设置为断开连通的状态；

S30.在所述试验箱3的顶部叠设所述水箱2，确保所述水箱2与所述试验箱3之间的安装状态后，打开所述第一供水管11，向所述水箱2内输入一定高度的水并进行静置，如静置24小时；此时，所述第二内腔与所述第二供水管道12之间为处于断开连通的状态；

S50.转动所述旋钮33，将待观察的所述渗流通道321设置为连通状态，以使得所述第二内腔与待观察的所述渗流孔322连通，此时，通过所述压力感应器31及试验人员的观察，对渗流状况进行数据记录，包括用墨水笔在箱体的侧板上画出对应的渗流路径，并进行拍照；

S70.重复步骤S50，以记录不同所述渗流孔322的孔径条件下的渗流状况；

S90.根据采集所得的数据，得出不同所述渗流孔322的孔径条件下的渗流场。

进一步地，所述高压试验阶段主要包括如下步骤：

S20.往所述试验箱3内填充试验土体至饱和状态，其中，试验土体应分层填充，在试验土体填充前或填充时，同步进行对所述压力感应器31的调试安装，此时，将所述第二内腔与所述渗流通道321之间或所述渗流通道321与所述渗流孔322之间设置为断开连通的状态；

S40.对所述试验箱3的顶部进行密闭设置；或当在所述试验箱3的顶部叠设有所述水箱2时，将所述水箱2与所述试验箱3之间设置为相互阻隔的状态，此时断开所述第一供水管11的供水；

S60.转动所述旋钮33，将待观察的所述渗流通道321设置为连通状态，以使得所述第二内腔与待观察的所述渗流孔322连通，此时，打开所述第二供水管道12对所述第二内腔进行直接供水，然后通过所述压力感应器31及试验人员的观察，对渗流状况进行数据记录，包括用墨水笔在箱体的侧板上画出对应的渗流路径，并进行拍照；

S80.重复步骤S60，以记录不同所述渗流孔322的孔径条件下的渗流状况；

S100.根据采集所得的数据，得出不同所述渗流孔322的孔径条件下的渗流场。

通过采用本实施例中所提供的试验系统及试验方法，通过可调节水位高度的所述水箱2来对基坑支护结构在不同水压力下的局部渗流场进行模拟，为止水帷幕设计和研究提供基础数据。同时，当遇到更高水压要求时，可采用所述第二供水管道12直接提供高水头压力。而设置的所述旋钮33，通过控制所述旋钮33可实现不同渗流孔径大小的目的。在所述试验箱3内安装压力感应器31，则可测量渗流试验过程中，各点位的孔隙水压力值，进而可得到整个渗流场的分布情况。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种模拟基坑止水帷幕局部渗流的试验系统，其特征在于，包括供水装置、水箱和试验箱；

所述供水装置包括第一供水管道和第二供水管道，所述第一供水管道与所述水箱直接连通，所述第二供水管道与所述试验箱直接连通；

所述水箱内设置有供水存放的第一内腔，所述试验箱内设置有供试验土存放的第二内腔，所述水箱叠设在所述试验箱的顶部，且所述第一内腔与所述第二内腔相连通；

所述试验箱在所述第二内腔的内壁上设置有若干压力感应器，且所述试验箱上连通设置有若干渗流通道，所述渗流通道的末端设置有渗流孔，且每一所述渗流通道之间的所述渗流孔的孔径大小不相同。

2.根据权利要求1所述的一种模拟基坑止水帷幕局部渗流的试验系统，其特征在于，所述水箱和/或所述试验箱为透明箱体。

3.根据权利要求2所述的一种模拟基坑止水帷幕局部渗流的试验系统，其特征在于，若干所述压力感应器均匀设置在所述第二内腔的侧壁上，且若干所述压力感应器沿所述第二内腔的高度呈分层式排布设置。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种模拟基坑止水帷幕局部渗流的试验系统，其特征在于，所述水箱的其一侧面上设置有开口，所述开口的开设高度与所述水箱的高度一致；

对应所述开口设置有若干出水挡板，若干所述出水挡板自上而下拼接设置在所述开口处。

5.根据权利要求4所述的一种模拟基坑止水帷幕局部渗流的试验系统，其特征在于，对应所述开口在所述水箱的外侧还设置有出水槽，所述出水槽上连通设置有排水管。

6.根据权利要求1或5所述的一种模拟基坑止水帷幕局部渗流的试验系统，其特征在于，所述试验箱的外侧面上可拆卸地设置有渗流板，若干所述渗流通道为内置设置在所述渗流板上；

所述渗流板及所述试验箱的侧壁上开设有供旋钮插入设置的安装孔，若干所述渗流通道的一端均与所述渗流板上的安装孔相连通；

所述旋钮内设置有与所述第二内腔相连通的第一管道，以及连通所述第一管道与所述渗流通道的第二管道。

7.根据权利要求6所述的一种模拟基坑止水帷幕局部渗流的试验系统，其特征在于，所述渗流板上还设置有若干插接孔，所述渗流通道的另一端与所述插接孔相连通；

所述插接孔上插接连接有渗流孔板，若干所述渗流孔设置在所述渗流孔板上。

8.根据权利要求7所述的一种模拟基坑止水帷幕局部渗流的试验系统，其特征在于，所述渗流板为透明板体。

9.一种试验方法，适用于上述权利要求1-8任一项所述的一种模拟基坑止水帷幕局部渗流的试验系统，其特征在于，包括常压试验阶段，所述常压试验阶段包括如下步骤：

S10.往所述试验箱内填充试验土体至饱和状态，在试验土体填充前或填充时，进行对所述压力感应器的调试安装，此时，将所述第二内腔与所述渗流通道之间或所述渗流通道与所述渗流孔之间设置为断开连通的状态；

S30.在所述试验箱的顶部叠设所述水箱，确保所述水箱与所述试验箱之间的安装状态后，打开所述第一供水管，向所述水箱内输入一定高度的水并进行静置，此时，将所述第二内腔与所述第二供水管道之间设置为断开连通的状态；

S50.将待观察的所述渗流通道设置为连通状态，以使得所述第二内腔与待观察的所述渗流孔连通，此时，通过所述压力感应器及试验人员的观察，对渗流状况进行数据记录；

S70.重复步骤S50，以记录不同所述渗流孔的孔径条件下的渗流状况；

S90.根据采集所得的数据，得出不同所述渗流孔的孔径条件下的渗流场。

10.根据权利要求9所述的一种试验方法，其特征在于，还包括高压试验阶段，所述高压试验阶段包括如下步骤：

S20.往所述试验箱内填充试验土体至饱和状态，在试验土体填充前或填充时，进行对所述压力感应器的调试安装，此时，将所述第二内腔与所述渗流通道之间或所述渗流通道与所述渗流孔之间设置为断开连通的状态；

S40.对所述试验箱的顶部进行密闭设置；或当在所述试验箱的顶部叠设有所述水箱时，将所述水箱与所述试验箱之间设置为相互阻隔的状态，此时断开所述第一供水管的供水；

S60.将待观察的所述渗流通道设置为连通状态，以使得所述第二内腔与待观察的所述渗流孔连通，此时，打开所述第二供水管道对所述第二内腔进行直接供水，然后通过所述压力感应器及试验人员的观察，对渗流状况进行数据记录；

S80.重复步骤S60，以记录不同所述渗流孔的孔径条件下的渗流状况；

S100.根据采集所得的数据，得出不同所述渗流孔的孔径条件下的渗流场。

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