CN115116315A - 一种基坑突涌演示仪及其突涌研究方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基坑突涌演示仪及其突涌研究方法，包括底座，底座上固定安装有演示箱，演示箱一侧的底座上设有升降机构，升降机构上固定安装有调压水箱，演示箱的内腔底部活动设有供水管网，供水管网连接调压水箱，演示箱的内壁处活动设有注胶管网，演示箱内设有基坑模型，基坑模型上连接有监测组件。通过在演示箱内放置供水管网，并架设基坑模型，通过升降机构以及调压水箱调节供水管网的压力水压力，从而模拟实际地质中的压力水，实现压力水对基坑模型的影响模拟，从而观测是否会发生基坑突涌。
Description
技术领域
本发明涉及基坑研究技术领域，具体为一种基坑突涌演示仪及其突涌研究方法。
背景技术
基坑突涌：当基坑下有承压水存在，开挖基坑减小了含水层上覆不透水层的厚度，在厚度减小到一定程度时，承压水的的水头压力能顶裂或冲毁基坑底板，造成基坑突涌现象，基坑突涌将会破坏地基强度，并给施工带来很大困难，目前建筑设计中，实际施工前会进行图纸设计以及地质探测，探测会得到施工地点底部的压力水的压力，虽然图纸会根据探测数据进行设计，但是，设计数据仍为理论数据，无法保证施工中完全依照设计情况，目前缺乏一种根据设计和探测地质特征来模拟基坑突涌的实际出现情况的装置，针对上述问题，发明人提出一种基坑突涌演示仪及其突涌研究方法用于解决上述问题。
发明内容
为了解决目前建筑设计中，实际施工前会进行图纸设计以及地质探测，探测会得到施工地点底部的压力水的压力，虽然图纸会根据探测数据进行设计，但是，设计数据仍为理论数据，无法保证施工中完全依照设计情况，目前缺乏一种根据设计和探测地质特征来模拟基坑突涌的实际出现情况的装置的问题；本发明的目的在于提供一种基坑突涌演示仪及其突涌研究方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基坑突涌演示仪，包括底座，所述底座上固定安装有演示箱，所述演示箱一侧的底座上设有升降机构，所述升降机构上固定安装有调压水箱，所述演示箱的内腔底部活动设有供水管网，所述供水管网连接调压水箱，所述演示箱的内壁处活动设有注胶管网，所述演示箱内设有基坑模型，所述基坑模型上连接有监测组件。
优选的一种实施案例，所述基坑模型包括渗透层，所述渗透层填充在演示箱的内腔底部，且渗透层包裹供水管网，所述渗透层顶部的演示箱内填充有泥土层，所述泥土层四周的演示箱内填充有土坡层，所述土坡层和泥土层围成深基坑，所述深基坑的四周插设有钢板桩，所述钢板桩贴合土坡层，所述深基坑中的泥土层上插设有多个建筑基桩。
优选的一种实施案例，所述渗透层为砂砾层，所述深基坑、钢板桩和建筑基桩均为根据实际基坑施工方案按比例缩放制成，所述演示箱的内壁设有硅油离型纸层。
优选的一种实施案例，所述监测组件包括压力探测器和角度探测器，所述建筑基桩伸入泥土层和渗透层的一端外壁固定设有压力探测器，所述建筑基桩的顶部外壁固定设有角度探测器，所述演示箱的外壁固定设有显示器，且压力探测器和角度探测器均通过导线电连接显示器。
优选的一种实施案例，所述注胶管网紧密贴合演示箱的内壁，且注胶管网靠近基坑模型外壁处开有多个通孔，所述注胶管网的顶部固定连接注胶管。
优选的一种实施案例，所述供水管网为网状结构管道，所述供水管网上开有多个出水孔，且出水孔内固定安装有过滤网，所述过滤网为两层不锈钢网夹持一个海绵垫形成，所述供水管网的底部固定安装多个支撑腿，且支撑腿紧密支撑在演示箱的内腔底部，所述演示箱的侧壁固定套接有固定管，所述供水管网的一端固定连接连接管，所述连接管的一端贴合固定管，且连接管和固定管间通过螺纹结构安装有螺纹接头，所述固定管靠近演示箱外壁的一端通过软管连接调压水箱，所述固定管靠近软管的一端安装有压力表和阀门。
优选的一种实施案例，所述升降机构包括固定筒，所述底座上固定安装有两个固定筒，所述固定筒内滑动卡接有升降柱，所述固定筒内腔底部的底座上转动卡接有螺杆，所述螺杆螺纹连接升降柱的底部，所述升降柱的顶部固定连接调压水箱，所述固定筒间转动套接有转轴，所述转轴与螺杆间安装有相啮合的锥齿轮，一个所述固定筒的外壁底部固定安装有马达，所述马达的输出轴固定连接转轴的一端。
优选的一种实施案例，所述调压水箱包括箱体，所述箱体固定安装在升降柱的顶部，所述箱体的内壁间滑动卡接有浮板，所述箱体的内壁顶部固定安装有限位环，所述浮板的顶部固定安装多个固定杆，所述固定杆上滑动套接重力块，所述固定杆上通过螺纹结构套接锁紧环，所述锁紧环紧密压在重力块。
优选的一种实施案例，所述浮板的外壁固定内嵌有O型圈，且O型圈紧密贴合箱体的内壁，所述箱体的底部通过软管连接固定管，所述箱体的侧壁底部固定套接供水管，且供水管上安装有阀门。
一种基坑突涌演示仪的突涌研究方法，包括如下步骤：
S1、将固定管上的阀门关闭，将供水管网放入演示箱内，然后将连接管与固定管对齐并通过螺纹接头连接，然后将注胶管网贴合演示箱的内壁放置；
S2、向演示箱内填充渗透层并压紧，将供水管网掩埋，然后填充泥土层，再铺设土坡层，从而形成深基坑，然后插设固定钢板桩，将压力探测器和角度探测器固定在建筑基桩上，再将建筑基桩固定插设在深基坑内，形成基坑模型；
S3、通过注胶管网向基坑模型和演示箱内壁间注入硅胶，使得基坑模型和演示箱间进行密封隔绝，避免压力水从演示箱内壁处直接涌出，再通过马达带动转轴转动，锥齿轮带动螺杆转动，从而使得升降柱升降，调节箱体的高度，通过供水管向箱体内注水，浮板升高，然后将供水管阀门关闭，通过在固定杆上放置不同重力块，从而调节压力，通过P＝F/S可知，在面积不便的情况下，压强与压力成正比，从而通过重力调节来控制压力水的水压，并通过固定管的压力表显示；
S4、开启固定管的阀门，压力水进入供水管网，并通过出水孔均匀分布到渗透层内，从而模拟基坑压力水，通过压力探测器探测建筑基桩受到的压力，并根据角度探测器监测建筑基桩是否发生倾斜或变形，从而模拟突涌对基桩的影响，并观测钢板桩与土坡层间、以及深基坑内是否出现突涌渗水，实现突涌演示，并在演示过程中，可以实时调节箱体的高度以及重力块的重力调节压力。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
通过在演示箱内放置供水管网，并架设基坑模型，通过升降机构以及调压水箱调节供水管网的压力水压力，从而模拟实际地质中的压力水，实现压力水对基坑模型的影响模拟，从而观测是否会发生基坑突涌，便于设计和研究。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明结构示意图。
图2为本发明剖面结构示意图。
图3为本发明图2中A处放大结构示意图。
图4为本发明图2中B处放大结构示意图。
图5为本发明图2中C处放大结构示意图。
图6为本发明图2中D处放大结构示意图。
图中：1、底座；2、演示箱；3、基坑模型；31、渗透层；32、泥土层；33、土坡层；34、深基坑；35、钢板桩；36、建筑基桩；4、调压水箱；41、箱体；42、浮板；43、限位环；44、固定杆；45、重力块；46、锁紧环；5、监测组件；51、压力探测器；52、角度探测器；6、升降机构；61、固定筒；62、升降柱；63、螺杆；64、转轴；65、锥齿轮；66、马达；7、供水管网；71、连接管；72、出水孔；8、注胶管网；9、固定管；10、螺纹接头。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
实施例：如图1-6所示，本发明提供了一种基坑突涌演示仪，包括底座1，底座1上固定安装有演示箱2，演示箱2一侧的底座1上设有升降机构6，升降机构6上固定安装有调压水箱4，演示箱2的内腔底部活动设有供水管网7，供水管网7连接调压水箱4，演示箱2的内壁处活动设有注胶管网8，演示箱2内设有基坑模型3，基坑模型3上连接有监测组件5。
通过上述技术方案，通过在演示箱2内放置供水管网7，并架设基坑模型3，通过升降机构6以及调压水箱4调节供水管网7的压力水压力，从而模拟实际地质中的压力水，实现压力水对基坑模型3的影响模拟，从而观测是否会发生基坑突涌。
进一步的，基坑模型3包括渗透层31，渗透层31填充在演示箱2的内腔底部，且渗透层31包裹供水管网7，渗透层31顶部的演示箱2内填充有泥土层32，泥土层32四周的演示箱2内填充有土坡层33，土坡层33和泥土层32围成深基坑34，深基坑34的四周插设有钢板桩35，钢板桩35贴合土坡层33，深基坑34中的泥土层32上插设有多个建筑基桩36，渗透层31为砂砾层，深基坑34、钢板桩35和建筑基桩36均为根据实际基坑施工方案按比例缩放制成，演示箱2的内壁设有硅油离型纸层。
通过上述技术方案，从而在演示箱2内架设基坑模型3，并且与实际设计按比例缩放，达到演示和研究的目的。
进一步的，监测组件5包括压力探测器51和角度探测器52，建筑基桩36伸入泥土层32和渗透层31的一端外壁固定设有压力探测器51，建筑基桩36的顶部外壁固定设有角度探测器52，演示箱2的外壁固定设有显示器，且压力探测器51和角度探测器52均通过导线电连接显示器。
通过上述技术方案，通过压力探测器51探测建筑基桩36受到的压力，并根据角度探测器52监测建筑基桩36是否发生倾斜或变形，从而模拟突涌对基桩的影响。
进一步的，注胶管网8紧密贴合演示箱2的内壁，且注胶管网8靠近基坑模型3外壁处开有多个通孔，注胶管网8的顶部固定连接注胶管。
通过注胶管网8注入硅胶，从而对基坑模型3与演示箱2内壁间进行密封封堵，避免压力水直接凶演示箱2内壁处涌出。
进一步的，供水管网7为网状结构管道，供水管网7上开有多个出水孔72，且出水孔72内固定安装有过滤网，过滤网为两层不锈钢网夹持一个海绵垫形成，供水管网7的底部固定安装多个支撑腿，且支撑腿紧密支撑在演示箱2的内腔底部，演示箱2的侧壁固定套接有固定管9，供水管网7的一端固定连接连接管71，连接管71的一端贴合固定管9，且连接管71和固定管9间通过螺纹结构安装有螺纹接头10，固定管9靠近演示箱2外壁的一端通过软管连接调压水箱4，固定管9靠近软管的一端安装有压力表和阀门。
通过上述技术方案，通过网状管道对基坑模型3底部提供压力水，使得压力水分布均匀，模拟实际地况。
进一步的，升降机构6包括固定筒61，底座1上固定安装有两个固定筒61，固定筒61内滑动卡接有升降柱62，固定筒61内腔底部的底座1上转动卡接有螺杆63，螺杆63螺纹连接升降柱62的底部，升降柱62的顶部固定连接调压水箱4，固定筒61间转动套接有转轴64，转轴64与螺杆63间安装有相啮合的锥齿轮65，一个固定筒61的外壁底部固定安装有马达66，马达66的输出轴固定连接转轴64的一端。
通过上述技术方案，通过马达66带动转轴64转动，锥齿轮65带动螺杆63转动，从而使得升降柱62升降。
进一步的，调压水箱4包括箱体41，箱体41固定安装在升降柱62的顶部，箱体41的内壁间滑动卡接有浮板42，箱体41的内壁顶部固定安装有限位环43，浮板42的顶部固定安装多个固定杆44，固定杆44上滑动套接重力块45，固定杆44上通过螺纹结构套接锁紧环46，锁紧环46紧密压在重力块45，浮板42的外壁固定内嵌有O型圈，且O型圈紧密贴合箱体41的内壁，箱体41的底部通过软管连接固定管9，箱体41的侧壁底部固定套接供水管，且供水管上安装有阀门。
通过上述技术方案，通过供水管向箱体41内注水，浮板42升高，然后将供水管阀门关闭，通过在固定杆44上放置不同重力块，从而调节压力，通过P＝F/S可知，在面积不便的情况下，压强与压力成正比，从而通过重力调节来控制压力水的水压，模拟不同地况的压力水情况。
一种基坑突涌演示仪的突涌研究方法，包括如下步骤：
S1、将固定管9上的阀门关闭，将供水管网7放入演示箱2内，然后将连接管71与固定管9对齐并通过螺纹接头10连接，然后将注胶管网8贴合演示箱2的内壁放置；
S2、向演示箱2内填充渗透层31并压紧，将供水管网7掩埋，然后填充泥土层32，再铺设土坡层33，从而形成深基坑34，然后插设固定钢板桩35，将压力探测器51和角度探测器52固定在建筑基桩36上，再将建筑基桩36固定插设在深基坑34内，形成基坑模型3；
S3、通过注胶管网8向基坑模型3和演示箱2内壁间注入硅胶，使得基坑模型3和演示箱2间进行密封隔绝，避免压力水从演示箱2内壁处直接涌出，再通过马达66带动转轴64转动，锥齿轮65带动螺杆63转动，从而使得升降柱62升降，调节箱体41的高度，通过供水管向箱体41内注水，浮板42升高，然后将供水管阀门关闭，通过在固定杆44上放置不同重力块，从而调节压力，通过P＝F/S可知，在面积不便的情况下，压强与压力成正比，从而通过重力调节来控制压力水的水压，并通过固定管9的压力表显示；
S4、开启固定管9的阀门，压力水进入供水管网7，并通过出水孔72均匀分布到渗透层31内，从而模拟基坑压力水，通过压力探测器51探测建筑基桩36受到的压力，并根据角度探测器52监测建筑基桩36是否发生倾斜或变形，从而模拟突涌对基桩的影响，并观测钢板桩35与土坡层33间、以及深基坑34内是否出现突涌渗水，实现突涌演示，并在演示过程中，可以实时调节箱体41的高度以及重力块45的重力调节压力。
工作原理：将固定管9上的阀门关闭，将供水管网7放入演示箱2内，然后将连接管71与固定管9对齐并通过螺纹接头10连接，然后将注胶管网8贴合演示箱2的内壁放置，向演示箱2内填充渗透层31并压紧，将供水管网7掩埋，然后填充泥土层32，再铺设土坡层33，从而形成深基坑34，然后插设固定钢板桩35，将压力探测器51和角度探测器52固定在建筑基桩36上，再将建筑基桩36固定插设在深基坑34内，形成基坑模型3，通过注胶管网8向基坑模型3和演示箱2内壁间注入硅胶，使得基坑模型3和演示箱2间进行密封隔绝，避免压力水从演示箱2内壁处直接涌出，再通过马达66带动转轴64转动，锥齿轮65带动螺杆63转动，从而使得升降柱62升降，调节箱体41的高度，通过供水管向箱体41内注水，浮板42升高，然后将供水管阀门关闭，通过在固定杆44上放置不同重力块，从而调节压力，通过P＝F/S可知，在面积不便的情况下，压强与压力成正比，从而通过重力调节来控制压力水的水压，并通过固定管9的压力表显示，开启固定管9的阀门，压力水进入供水管网7，并通过出水孔72均匀分布到渗透层31内，从而模拟基坑压力水，通过压力探测器51探测建筑基桩36受到的压力，并根据角度探测器52监测建筑基桩36是否发生倾斜或变形，从而模拟突涌对基桩的影响，并观测钢板桩35与土坡层33间、以及深基坑34内是否出现突涌渗水，实现突涌演示，并在演示过程中，可以实时调节箱体41的高度以及重力块45的重力调节压力，适用性高。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种基坑突涌演示仪，包括底座(1)，其特征在于：所述底座(1)上固定安装有演示箱(2)，所述演示箱(2)一侧的底座(1)上设有升降机构(6)，所述升降机构(6)上固定安装有调压水箱(4)，所述演示箱(2)的内腔底部活动设有供水管网(7)，所述供水管网(7)连接调压水箱(4)，所述演示箱(2)的内壁处活动设有注胶管网(8)，所述演示箱(2)内设有基坑模型(3)，所述基坑模型(3)上连接有监测组件(5)。
2.如权利要求1所述的一种基坑突涌演示仪，其特征在于，所述基坑模型(3)包括渗透层(31)，所述渗透层(31)填充在演示箱(2)的内腔底部，且渗透层(31)包裹供水管网(7)，所述渗透层(31)顶部的演示箱(2)内填充有泥土层(32)，所述泥土层(32)四周的演示箱(2)内填充有土坡层(33)，所述土坡层(33)和泥土层(32)围成深基坑(34)，所述深基坑(34)的四周插设有钢板桩(35)，所述钢板桩(35)贴合土坡层(33)，所述深基坑(34)中的泥土层(32)上插设有多个建筑基桩(36)。
3.如权利要求2所述的一种基坑突涌演示仪，其特征在于，所述渗透层(31)为砂砾层，所述深基坑(34)、钢板桩(35)和建筑基桩(36)均为根据实际基坑施工方案按比例缩放制成，所述演示箱(2)的内壁设有硅油离型纸层。
4.如权利要求2所述的一种基坑突涌演示仪，其特征在于，所述监测组件(5)包括压力探测器(51)和角度探测器(52)，所述建筑基桩(36)伸入泥土层(32)和渗透层(31)的一端外壁固定设有压力探测器(51)，所述建筑基桩(36)的顶部外壁固定设有角度探测器(52)，所述演示箱(2)的外壁固定设有显示器，且压力探测器(51)和角度探测器(52)均通过导线电连接显示器。
5.如权利要求2所述的一种基坑突涌演示仪，其特征在于，所述注胶管网(8)紧密贴合演示箱(2)的内壁，且注胶管网(8)靠近基坑模型(3)外壁处开有多个通孔，所述注胶管网(8)的顶部固定连接注胶管。
6.如权利要求2所述的一种基坑突涌演示仪，其特征在于，所述供水管网(7)为网状结构管道，所述供水管网(7)上开有多个出水孔(72)，且出水孔(72)内固定安装有过滤网，所述过滤网为两层不锈钢网夹持一个海绵垫形成，所述供水管网(7)的底部固定安装多个支撑腿，且支撑腿紧密支撑在演示箱(2)的内腔底部，所述演示箱(2)的侧壁固定套接有固定管(9)，所述供水管网(7)的一端固定连接连接管(71)，所述连接管(71)的一端贴合固定管(9)，且连接管(71)和固定管(9)间通过螺纹结构安装有螺纹接头(10)，所述固定管(9)靠近演示箱(2)外壁的一端通过软管连接调压水箱(4)，所述固定管(9)靠近软管的一端安装有压力表和阀门。
7.如权利要求1所述的一种基坑突涌演示仪，其特征在于，所述升降机构(6)包括固定筒(61)，所述底座(1)上固定安装有两个固定筒(61)，所述固定筒(61)内滑动卡接有升降柱(62)，所述固定筒(61)内腔底部的底座(1)上转动卡接有螺杆(63)，所述螺杆(63)螺纹连接升降柱(62)的底部，所述升降柱(62)的顶部固定连接调压水箱(4)，所述固定筒(61)间转动套接有转轴(64)，所述转轴(64)与螺杆(63)间安装有相啮合的锥齿轮(65)，一个所述固定筒(61)的外壁底部固定安装有马达(66)，所述马达(66)的输出轴固定连接转轴(64)的一端。
8.如权利要求7所述的一种基坑突涌演示仪，其特征在于，所述调压水箱(4)包括箱体(41)，所述箱体(41)固定安装在升降柱(62)的顶部，所述箱体(41)的内壁间滑动卡接有浮板(42)，所述箱体(41)的内壁顶部固定安装有限位环(43)，所述浮板(42)的顶部固定安装多个固定杆(44)，所述固定杆(44)上滑动套接重力块(45)，所述固定杆(44)上通过螺纹结构套接锁紧环(46)，所述锁紧环(46)紧密压在重力块(45)。
9.如权利要求8所述的一种基坑突涌演示仪，其特征在于，所述浮板(42)的外壁固定内嵌有O型圈，且O型圈紧密贴合箱体(41)的内壁，所述箱体(41)的底部通过软管连接固定管(9)，所述箱体(41)的侧壁底部固定套接供水管，且供水管上安装有阀门。
10.一种基坑突涌演示仪的突涌研究方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将固定管(9)上的阀门关闭，将供水管网(7)放入演示箱(2)内，然后将连接管(71)与固定管(9)对齐并通过螺纹接头(10)连接，然后将注胶管网(8)贴合演示箱(2)的内壁放置；
S2、向演示箱(2)内填充渗透层(31)并压紧，将供水管网(7)掩埋，然后填充泥土层(32)，再铺设土坡层(33)，从而形成深基坑(34)，然后插设固定钢板桩(35)，将压力探测器(51)和角度探测器(52)固定在建筑基桩(36)上，再将建筑基桩(36)固定插设在深基坑(34)内，形成基坑模型(3)；
S3、通过注胶管网(8)向基坑模型(3)和演示箱(2)内壁间注入硅胶，使得基坑模型(3)和演示箱(2)间进行密封隔绝，避免压力水从演示箱(2)内壁处直接涌出，再通过马达(66)带动转轴(64)转动，锥齿轮(65)带动螺杆(63)转动，从而使得升降柱(62)升降，调节箱体(41)的高度，通过供水管向箱体(41)内注水，浮板(42)升高，然后将供水管阀门关闭，通过在固定杆(44)上放置不同重力块，从而调节压力，通过P＝F/S可知，在面积不便的情况下，压强与压力成正比，从而通过重力调节来控制压力水的水压，并通过固定管(9)的压力表显示；
S4、开启固定管(9)的阀门，压力水进入供水管网(7)，并通过出水孔(72)均匀分布到渗透层(31)内，从而模拟基坑压力水，通过压力探测器(51)探测建筑基桩(36)受到的压力，并根据角度探测器(52)监测建筑基桩(36)是否发生倾斜或变形，从而模拟突涌对基桩的影响，并观测钢板桩(35)与土坡层(33)间、以及深基坑(34)内是否出现突涌渗水，实现突涌演示，并在演示过程中，可以实时调节箱体(41)的高度以及重力块(45)的重力调节压力。
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