CN211402376U - 一种岩土工程可视化侧向分层开挖模型试验箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种岩土工程可视化侧向分层开挖模型试验箱，包括试验箱箱体，所述试验箱箱体为顶部敞口且至少侧壁透明的长方体形箱体，所述试验箱箱体的一侧为开挖侧，且开挖侧的侧壁由多块上下设置且相互拼接的侧板组成，所述侧板可拆卸安装于所述开挖侧；紧固框架，所述紧固框架设有多个，多个所述紧固框架上下间隔分布，并分别可拆卸的环设装配于所述试验箱箱体外壁上；竖向压力加载装置，所述竖向压力加载装置装配于所述试验箱箱体顶部，用于对所述试验箱箱体内部装填的模型土体加载载荷。优点：结构设计简单、合理，操作灵活、方便，能有效模拟岩土侧向分层开挖过程，易于推广使用。

Description

一种岩土工程可视化侧向分层开挖模型试验箱

技术领域

本实用新型涉及岩土工程领域，特别涉及一种岩土工程可视化侧向分层开挖模型试验箱。

背景技术

随着城市化进程的不断深入，各地区基础设施建设的规模越来越大，在这种大规模建设的背景下，地面资源及可开发的空间越来越少，由此产生了大量的诸如交通拥挤、环境恶化等一系列城市化进程中的环境问题。目前，地下空间已成为解决城市建设用地紧张和交通拥堵两大发展瓶颈的有效途径，各类用途的地下空间已在世界各大城市中得到广泛利用，地下空间利用较早和较充分的国家，如北欧的芬兰、瑞典、挪威，亚洲的日本，北美的加拿大等，已从城市中某个区域的综合规划走向整个城市的综合规划。我国北京、上海、广州、深圳、天津等主要大城市的地下空间开发亦从大型建筑物向地下延伸的简单利用发展到复杂的地下综合体。

在城市密集区进行多层地下综合体建设，无论是采用传统的明挖法施工(如深基坑开挖)还是采用暗挖法施工(如管幕法)，都会涉及多层土体侧向开挖卸荷问题及其产生的环境效应，如深基坑开挖开引起地表沉降、支护结构的变形、对周围建筑物构筑物的影响等。针对这些问题，国内外专家学者研究也进行了一些探索性的工作。然而，至今未有良好的多层土体侧向开挖卸荷室内模拟装置，现有的室内模拟装置主要使用水压或气压模拟开挖卸荷，但这些装置结构复杂、密封性要求高、成本费用高、尺寸通常较小，不便于推广应用和交流。因此，亟待设计一种结构简单、组装灵活、操作简单、观测方便、低成本的岩土工程可视化侧向分层开挖模型试验箱。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种岩土工程可视化侧向分层开挖模型试验箱，有效的克服了现有技术的缺陷。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

提供一种岩土工程可视化侧向分层开挖模型试验箱，包括试验箱箱体，上述试验箱箱体为顶部敞口且至少侧壁透明的长方体形箱体，上述试验箱箱体的一侧为开挖侧，且开挖侧的侧壁由多块上下设置且相互拼接的侧板组成，上述侧板可拆卸安装于上述开挖侧；紧固框架，上述紧固框架设有多个，多个上述紧固框架上下间隔分布，并分别可拆卸的环设装配于上述试验箱箱体外壁上；竖向压力加载装置，上述竖向压力加载装置装配于上述试验箱箱体顶部，用于对上述试验箱箱体内部装填的模型土体加载载荷。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，上述试验箱箱体由长方形的底板、多块长方形的侧壁板和多块上述侧板拼装组成，上述试验箱箱体四个角的内侧沿楞线分别竖直布设有角钢，上述角钢分别通过螺栓与对应侧的上述侧壁板、底板以及侧板可拆卸连接。

进一步，上述紧固框架包括四根边梁，四根上述边梁首尾相互连接构成与上述试验箱箱体匹配的长方形框架，与上述试验箱箱体的开挖侧相邻的两根上述边梁分别通过螺栓与对应侧的上述侧壁板内侧的角钢可拆卸连接。

进一步，上述侧壁板以及侧板均为透明的有机玻璃板。

进一步，相邻两块上述侧板的拼接处设有箍紧二者拼接缝的上述紧固框架。

进一步，上述竖向压力加载装置包括加载板、千斤顶和支架，上述支架架设于上述试验箱箱体相对的两侧侧壁板的上端，上述千斤顶装配于上述支架的下端，且其伸缩端竖直向下，上述加载板水平置于上述试验箱箱体内的模型土体的上表面，上述千斤顶的伸缩端与加载板上端接触。

进一步，上述竖向压力加载装置设有多组，多组上述千斤顶在上述加载板的上方均匀间隔分布。

本实用新型的有益效果是：结构设计简单、合理，操作灵活、方便，能有效模拟岩土侧向分层开挖过程，易于推广使用。

附图说明

图1为本实用新型的岩土工程可视化侧向分层开挖模型试验箱的结构示意图；

图2为本实用新型的岩土工程可视化侧向分层开挖模型试验箱的结构侧视图；

图3为本实用新型的岩土工程可视化侧向分层开挖模型试验箱的俯视结构示意图；

图4为本实用新型的岩土工程可视化侧向分层开挖模型试验箱的箱体的结构分解图；

图5为本实用新型的岩土工程可视化侧向分层开挖模型试验箱中紧固框架的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、试验箱箱体，2、紧固框架，3、竖向压力加载装置，11、底板，12、侧壁板，21、边梁，31、加载板，32、千斤顶，33、支架，121、侧板。

具体实施方式

以下对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

实施例：如图1至3所示，本实施例的岩土工程可视化侧向分层开挖模型试验箱包括试验箱箱体1，上述试验箱箱体1为顶部敞口且至少侧壁透明的长方体形箱体，上述试验箱箱体1的一侧为开挖侧，且开挖侧的侧壁由多块上下设置且相互拼接的侧板121组成，上述侧板121可拆卸安装于上述开挖侧；紧固框架2，上述紧固框架2设有多个，多个上述紧固框架2上下间隔分布，并分别可拆卸的环设装配于上述试验箱箱体1外壁上；竖向压力加载装置3，上述竖向压力加载装置3装配于上述试验箱箱体1顶部，用于对上述试验箱箱体1内部装填的模型土体加载载荷。

本装置的开挖侧由多块可拆卸的侧板121拼接，可以实现土体的分层侧向开挖，对诸如深基坑多层开挖、多层地下空间开挖模拟具有实际意义。同时，配合竖向压力加载装置3的向下作用力可以模拟地层上覆土体受力条件，如地层高度、地表堆载、超载等，箱体侧壁透明设置，增加了试验过程的可视化程度，便于进行观测，整个实验装置具备结构简单、组装灵活、操作简单、观测方便、可视化的优点，能快速进行快速的拆装、移动，易于推广使用，解决了长期以来室内模型试验土体侧向多层开挖卸荷模拟难，现有的各种试验装置和试验技术复杂、成本费用高等问题。

更具体的，侧板121设有五块，且均为规格一致的长方形板。

作为一种优选的实施方式，如图4所示，上述试验箱箱体1由长方形的底板11、多块长方形的侧壁板12和多块上述侧板121拼装组成，上述试验箱箱体1四个角的内侧沿楞线分别竖直布设有角钢，上述角钢分别通过螺栓与对应侧的上述侧壁板12、底板11以及侧板121可拆卸连接。

该实施方式中，整体试验箱箱体1组装灵活、方便，能快速进行快速的拆装、移动。

作为一种优选的实施方式，如图5所示，上述紧固框架2包括四根边梁21，四根上述边梁21首尾相互连接构成与上述试验箱箱体1匹配的长方形框架，与上述试验箱箱体1的开挖侧相邻的两根上述边梁21分别通过螺栓与对应侧的上述侧壁板12内侧的角钢可拆卸连接。

上述边梁21分别为槽钢和角钢，其中，槽钢贴合于试验箱箱体1紧邻开挖侧的两侧侧壁外，试验箱箱体1开挖侧和余下的一侧的边梁21为角钢，角钢的两端搭接在两个槽钢的两端的上端或下端，且搭接处通过贯穿二者的螺栓连接固定。

其中，槽钢的两端分别设有与试验箱箱体1内部其中两个对应棱角处的角钢对应的装配孔，试验箱箱体1内部的角钢、侧壁板12以及槽钢之间共同穿过一根螺栓固定，在拆除每层的紧固框架2时，仅需拆除开挖侧每层的边梁21即可。

该实施例中，紧固框架2组装简单、方便、快捷，能够将试验箱箱体1侧面的紧紧箍住，使得箱体结构强度较好。

作为一种优选的实施方式，上述侧壁板12以及侧板121均为透明的有机玻璃板。

该实施方式中，易于观察箱体内部试验过程。

作为一种优选的实施方式，相邻两块上述侧板121的拼接处设有箍紧二者拼接缝的上述紧固框架2。

需要特别说明的是：对应相邻两块侧板121接缝处的紧固框架2中，该侧的边梁21应包括两个角钢，两个角钢上下分布，并分别与两个槽钢的两端搭接固定，两个角钢分别贴合于两块侧板121接缝处的端部外表面，余下的紧固框架2该侧的边梁21设计一个角钢即可。

该实施方式中，此设计使得侧板121的拼接处不会因受力而产生缝隙，确保箱体于试验过程不会在缝隙处卸载。

作为一种优选的实施方式，上述竖向压力加载装置3包括加载板31、千斤顶32和支架33，上述支架33架设于上述试验箱箱体1相对的两侧侧壁板12的上端，上述千斤顶32装配于上述支架33的下端，且其伸缩端竖直向下，上述加载板31水平置于上述试验箱箱体1内的模型土体的上表面，上述千斤顶32的伸缩端与加载板31上端接触。

该实施方式中，竖向压力加载装置3组成简单，加压稳定，操作方便。

作为一种优选的实施方式，上述竖向压力加载装置3设有多组，多组上述千斤顶32在上述加载板31的上方均匀间隔分布。

该实施方式中，多组千斤顶32同时加压，压力分布范围均匀。

本实施例的岩土工程可视化侧向分层开挖模型试验箱使用方法具体如下：

步骤一：准备待试验的试验箱箱体1。以比尺效应作为根据，确定相应的试验箱箱体1的尺寸；

步骤二：确定合理的放置位置，在地面上用标签笔进行标记，将试验箱箱体1的底板11放入合适的位置。首先分别安装与开挖侧相邻的两侧侧壁板12上的四根角钢以及对应的紧固框架2的边梁21(槽钢)，然后安装余下一侧侧壁板12以及该侧侧壁板12上的多根边梁21(角钢)，接着从下往上依次安装侧板121及每块侧板121对应的边梁21(角钢)；

步骤三：在上述试验箱箱体1内进行填如土体模型，填入的土体可根据实际工程环境中的土而选择，若实际工程环境中的土为砂土，则填充砂土，若实际工程环境中的土为黏土，则填充黏土，填土高度根据试验要求选择；

步骤四：安装竖向压力加载装置3，加载大小根据试验需求确定；

步骤五：进行土体侧向开挖试验。首先拆卸对应区域的边梁21(角钢)，然后取下对应的侧板121，对该层土体进行侧向开挖卸荷试验；

步骤六：重复步骤五的操作过程，即可实现多层土体的侧向开挖卸荷试验。试验完毕后后，可按照相反的顺序拆除试验箱箱体1。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种岩土工程可视化侧向分层开挖模型试验箱，其特征在于，包括：

试验箱箱体(1)，所述试验箱箱体(1)为顶部敞口且至少侧壁透明的长方体形箱体，所述试验箱箱体(1)的一侧为开挖侧，且开挖侧的侧壁由多块上下设置且相互拼接的侧板(121)组成，所述侧板(121)可拆卸安装于所述开挖侧；

紧固框架(2)，所述紧固框架(2)设有多个，多个所述紧固框架(2)上下间隔分布，并分别可拆卸的环设装配于所述试验箱箱体(1)外壁上；

竖向压力加载装置(3)，所述竖向压力加载装置(3)装配于所述试验箱箱体(1)顶部，用于对所述试验箱箱体(1)内部装填的模型土体加载载荷。

2.根据权利要求1所述的一种岩土工程可视化侧向分层开挖模型试验箱，其特征在于：所述试验箱箱体(1)由长方形的底板(11)、多块长方形的侧壁板(12)和多块所述侧板(121)拼装组成，所述试验箱箱体(1)四个角的内侧沿楞线分别竖直布设有角钢，所述角钢分别通过螺栓与对应侧的所述侧壁板(12)、底板(11)以及侧板(121)可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的一种岩土工程可视化侧向分层开挖模型试验箱，其特征在于：所述紧固框架(2)包括四根边梁(21)，四根所述边梁(21)首尾相互连接构成与所述试验箱箱体(1)匹配的长方形框架，与所述试验箱箱体(1)的开挖侧相邻的两根所述边梁(21)分别通过螺栓与对应侧的所述侧壁板(12)内侧的角钢可拆卸连接。

4.根据权利要求2所述的一种岩土工程可视化侧向分层开挖模型试验箱，其特征在于：所述侧壁板(12)以及侧板(121)均为透明的有机玻璃板。

5.根据权利要求1所述的一种岩土工程可视化侧向分层开挖模型试验箱，其特征在于：相邻两块所述侧板(121)的拼接处设有箍紧二者拼接缝的所述紧固框架(2)。

6.根据权利要求1至5任一项所述的一种岩土工程可视化侧向分层开挖模型试验箱，其特征在于：所述竖向压力加载装置(3)包括加载板(31)、千斤顶(32)和支架(33)，所述支架(33)架设于所述试验箱箱体(1)相对的两侧侧壁板(12)的上端，所述千斤顶(32)装配于所述支架(33)的下端，且其伸缩端竖直向下，所述加载板(31)水平置于所述试验箱箱体(1)内的模型土体的上表面，所述千斤顶(32)的伸缩端与加载板(31)上端接触。

7.根据权利要求6所述的一种岩土工程可视化侧向分层开挖模型试验箱，其特征在于：所述竖向压力加载装置(3)设有多组，多组所述千斤顶(32)在所述加载板(31)的上方均匀间隔分布。

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