CN203025185U

CN203025185U - 一种基坑模型试验装置

Info

Publication number: CN203025185U
Application number: CN 201220730400
Authority: CN
Inventors: 李镜培; 柏挺; 杨军; 秦高峰; 吕韬
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2022-12-26

Abstract

本实用新型涉及一种基坑模型试验装置，包括模型箱和设置在模型箱内的隔板、模型板、刚性挡板、支撑杆件和立柱桩，所述的隔板沿模型箱左右方向设置在模型箱内，将模型箱分隔成两个独立的试验空间，该试验空间内填装土体，所述的刚性挡板和模型板相互平行，并沿模型箱前后方向设置在每个试验空间内，所述的立柱桩设在刚性挡板和模型板之间，所述的支撑杆件水平穿过立柱桩，其两端分别与刚性挡板和模型板固定。与现有技术相比，本实用新型能够在基坑离心模拟试验中考虑工程桩的存在也能顺利施加支撑，并使挖土变得容易、方便。

Description

一种基坑模型试验装置

技术领域

本实用新型涉及一种模型试验装置，尤其是涉及一种方便架设支撑杆件和挖土的基坑模型试验装置。

背景技术

随着城市建设的不断发展，地下工程的规模和施工难度不断加大，对设计和工程人员的要求越来越高，设计理念逐渐从强度控制过渡为变形控制，而准确预测基坑变形性状是变形控制设计的关键所在。

鉴于有限元预测地表变形可靠性的能力与输入的材料参数有密切的联系；实测方案不具备可重复性，很难揭示某一参数对基坑变形的影响规律；离心机试验的存在有着独特的优势，它借助离心加速度能够再现与工程原型应力水平相当的应力场，近年来得到广泛的应用。传统的基坑离心模拟试验由于存在架设支撑的困难，均未考虑工程桩的存在，严重背离工程实际，且在试验过程中挖土也十分困难。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基坑模型试验装置，该装置能够在基坑离心模拟试验中考虑工程桩的存在也能顺利施加支撑，并使挖土变得容易、方便。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基坑模型试验装置，包括模型箱和设置在模型箱内的隔板、模型板、刚性挡板、支撑杆件和立柱桩，所述的隔板沿模型箱左右方向设置在模型箱内，将模型箱分隔成两个独立的试验空间，该试验空间内填装土体，所述的刚性挡板和模型板相互平行，并沿模型箱前后方向设置在每个试验空间内，所述的立柱桩设在刚性挡板和模型板之间，所述的支撑杆件水平穿过立柱桩，其两端分别与刚性挡板和模型板固定。

所述的刚性挡板的上部设有至少3块可拆卸式的活动钢板，各个活动钢板水平设置，且相互平行。

所述的支撑杆件至少设有3排，所述的刚性挡板的和模型板设有与支撑杆件的排数相同铝条，所述的铝条上设有支撑垫片，所述的支撑杆件的两端固定对应铝条在支撑垫片上。

所述的刚性挡板上的铝条位于可拆卸式的活动钢板上。

所述的模型箱为矩形，其左右侧壁和后侧壁为钢板，前侧壁为钢化玻璃。

所述的刚性挡板和模型板设有用于试验土体固结时进行定位的竖向支架。

所述的模型板表面设有应变片和土压计，模型板外侧的土体内设有位移传感器。

与现有技术相比，本实用新型通过在设置两个独立的试验空间，可以同时进行两组试验，并且将一面侧壁替换为钢化玻璃，方便在试验中对过程进行观察。此外，通过在刚性挡板上设置多个可拆卸式的活动板，可以在开挖过程中，立柱桩存在的情况下方便地架设支撑杆件以及挖土，因此能够在基坑离心模拟试验中考虑实际工况中工程桩的存在，也能顺利施加支撑，并使挖土变得容易、方便。

附图说明

图1为本实用新型的俯视结构示意图；

图2为本实用新型的剖面结构示意图；

图3为刚性挡板的示意图；

图4为模型板的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例

如图1和图2所示，一种基坑模型试验装置，包括模型箱1和设置在模型箱1内的隔板2、模型板4、刚性挡板3、支撑杆件5和立柱桩6。模型箱1呈矩形，左右侧壁和后侧壁为钢板，前侧壁为钢化玻璃，方便试验中对过程进行观察。隔板2为一块能将模型箱隔开的钢板，沿模型箱左右方向设置在模型箱内，将模型箱1分隔成两个独立的试验空间，该试验空间内在试验时需要填装土体。

刚性挡板3和模型板4相互平行，并沿模型箱前后方向设置在每个试验空间内，设置刚性挡板3是考虑到基坑的对称性，而取基坑的一半进行研究，根据对称性基坑的中央部分没有形变，因此设置刚性挡板，模拟半个基坑，可以节省试验空间，而模型板4则用于模拟实际工程中的地下连续墙。立柱桩6为用来模拟实际工程中的立柱、工程桩的钢构件或铝棒，设在刚性挡板3和模型板4之间，支撑杆件5为与工程中的支撑抗压刚度相似的铝棒，水平穿过立柱桩6，其两端分别与刚性挡板3和模型板4固定。

刚性挡板3和模型板4具体结构如图3和图4所示，刚性挡板的厚度较大，受力时位移可忽略不计，其上部设有3块可以拆卸的活动板31，可以方便开挖和架设支撑杆件，活动钢板的数量可以根据需要开挖的次数具体设置。模型板4为与实际工程中围护抗弯刚度相似的铝板，用于模拟连续墙，其表面可以根据需要贴上应变片，获取应变后，可以计算出墙体的弯矩和位移。模型板4的表面还可以布置土压计，进而可以测得模型板4内侧和外侧的主动土压力和被动土压力，模型板外侧的土体内可以布置位移传感器7，用来获取外侧土体的沉降情况。模型板4和刚性挡板3上设有三排铝条，每个铝条上设有设有支撑垫片，用于固定支撑杆件的两端。此外，刚性挡板3和模型板4在土体进行固结时，可以通过竖向支架固定，防止其产生竖向位移，影响试验结果。

采用本实用新型进行基坑离心模拟试验的具体过程为：

(1)土样制作：

先晒干从现场取回的土样，碾碎过筛后，用水浸泡成流塑状土膏，基于土体的固结特性，砂质粉土按土水质量比为10∶1进行调制，淤泥质粘土按土水质量比为5∶1进行调制，均匀搅拌后形成重塑土。

(2)应变片和土压计布置：

先用砂纸打磨模型板，并用丙酮清洁后，采用502胶固定，用涂抹702胶形成表面保护层，最后为了防止试验中水的侵入，而导致应变片失效，再用环氧树脂封闭严实。布置完应变片后，根据需要在相应的位置再布置一定数量的土压计。

(3)模型布置：

用隔板把模型箱隔成两个空间，以便同时做两组基坑试验，分别在任意空间置入一块刚性挡板和一块模型板，均由螺栓固定在相应的位置。刚性挡板根据需要开挖的次数设置相应的活动钢板；模型板上已布置了根据需要设置的土压计和应变片。

(4)离心机配重设计：

由于离心机要求吊篮端和配重端平衡，而配重端的重量可根据吊篮端的模型箱、试验模型及传感器的重量计算得出，并且离心机的配重需要根据不同开挖工况下吊篮端的重量改变而及时调整。

(5)分层固结：

将模型箱内壁先涂凡士林，再粘贴双层聚四氟乙烯薄膜，置入立柱桩，并矫正其位置。在箱底均匀铺设50mm的排水黄沙层，再铺设砂质粉土，按照固结时间和土的含水率的要求，采用分层固结法先固结砂质粉土；拆掉固定螺栓和用来定位模型板和刚性挡板的竖向支架，再填淤泥质粘土，按要求分层固结。

(6)传感器检查和布置：

传感器在分层固结的过程中被安放的相应的位置，并需要及时检查传感器的工作状态(包括供电电压，预热时间存分，导线的绑扎，接线位置和连接方式，信号端读数)。固结完成后，根据需要布置一定数量位移传感器。

(7)模型开挖：

a.分级加速至预定加速度100g，在离心加速度稳定时，记录所有测量数据：包括应变片读数，孔压，土压力，位移，以此作为开挖前的初始值。

b.停机，取下刚性挡板的第一块活动钢板，挖土至60mm，并安装第一排支撑杆件，将第一块活动钢板再重新装回刚性挡板上(需要注意接缝处的防水处理)，开机分级加速至加速度100g，稳定10min。记录试验过程中所有采集数据。

c.停机，取下刚性挡板的第二块活动钢板，挖土至100mm，并安装第二排支撑杆件，将第二块活动钢板再重新装回刚性挡板上，开机分级加速至加速度100g，稳定10min。记录试验过程中所有采集数据。

d.停机，取下小钢板的第三块活动钢板，挖土至100mm，并安装第三排支撑杆件，将第三块活动钢板再重新装回刚性挡板上，开机分级加速至加速度100g，稳定10min。记录试验过程中所有采集数据。

上述过程描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实例的限制，上述实例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种基坑模型试验装置，其特征在于，包括模型箱和设置在模型箱内的隔板、模型板、刚性挡板、支撑杆件和立柱桩，所述的隔板沿模型箱左右方向设置在模型箱内，将模型箱分隔成两个独立的试验空间，该试验空间内填装土体，所述的刚性挡板和模型板相互平行，并沿模型箱前后方向设置在每个试验空间内，所述的立柱桩设在刚性挡板和模型板之间，所述的支撑杆件水平穿过立柱桩，其两端分别与刚性挡板和模型板固定。

2.根据权利要求1所述的一种基坑模型试验装置，其特征在于，所述的刚性挡板的上部设有至少3块可拆卸式的活动钢板，各个活动钢板水平设置，且相互平行。

3.根据权利要求2所述的一种基坑模型试验装置，其特征在于，所述的支撑杆件至少设有3排，所述的刚性挡板的和模型板设有与支撑杆件的排数相同铝条，所述的铝条上设有支撑垫片，所述的支撑杆件的两端固定对应铝条在支撑垫片上。

4.根据权利要求3所述的一种基坑模型试验装置，其特征在于，所述的刚性挡板上的铝条位于可拆卸式的活动钢板上。

5.根据权利要求1所述的一种基坑模型试验装置，其特征在于，所述的模型箱为矩形，其左右侧壁和后侧壁为钢板，前侧壁为钢化玻璃。

6.根据权利要求1所述的一种基坑模型试验装置，其特征在于，所述的刚性挡板和模型板设有用于试验土体固结时进行定位的竖向支架。

7.根据权利要求1所述的一种基坑模型试验装置，其特征在于，所述的模型板表面设有应变片和土压计，模型板外侧的土体内设有位移传感器。