CN216194619U - 一种模拟基坑开挖坑底土体卸载隆起的试验设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种模拟基坑开挖坑底土体卸载隆起的试验设备，包括：模型箱体、多个传感器、设置于模型箱体内的围护结构及放置于模型箱体底面的高压气囊，模型箱体为顶面开口结构，模型箱体的顶部设置有钢梁结构，钢梁结构上设置有用于夹持围护结构四边的夹具，模型箱体的侧壁下部开设有通气孔，高压气囊的加压孔通过橡胶软管贯穿所述通气孔与空气压缩机相连接，橡胶软管上设置有进气阀门，围护结构内设置有若干支撑结构，支撑结构的两端分别与围护结构的内侧壁相抵，高压气囊上方铺设有复合防水防渗层，本实用新型可通过底部的高压气囊注压调节研究模型箱体内土体变形及围护结构变形状态，结构简单、功能易行，重复性高。
Description
技术领域
本实用新型涉及土木工程中的基坑施工辅助装置的技术领域，特别是涉及一种模拟基坑开挖坑底土体卸载隆起的试验设备。
背景技术
目前，随着我国城市化的发展，越来越多的深基坑工程开始涌现，而坑底隆起量是确保基坑工程安全稳定的重点之一，基坑开挖后，由于开挖坑内土体卸载导致基坑向上出现隆起，对于重要工程且往往需要进行模拟实验,目前对于数值软件计算是对工程实例模型进行的一种简化，并且所需的土体本构参数很难精确测得，因此对结果影响很大，参考性较低。
而工程现场条件不可控因素太多，现场试验具有造价昂贵且不具有重复性的缺点，因此常采用其他方法对基坑开挖进行模拟，数值方法模拟往往要对土体及其他条件进行简化、土体的力学参数以及本构模型的选择对模拟结果影响较大，已有的室内模型实验可以通过等比例尺寸缩小来模拟实际工程且多取典型截面研究，对比模拟结果往往与现场监测结果有较大偏差甚至室内模拟结果出现隆起量很小的现象与实际情况严重不符，无法为实际工程提供指导的现象。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种模拟基坑开挖坑底土体卸载隆起的试验设备，可通过底部的高压气囊注压调节研究模型箱体内土体变形及围护结构变形状态，结构简单、功能易行，具有较高的经济性与可重复性。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是提供一种模拟基坑开挖坑底土体卸载隆起的试验设备，包括：模型箱体、多个传感器、设置于模型箱体内的围护结构及放置于模型箱体底面的高压气囊，所述模型箱体为顶面开口结构，所述模型箱体的顶部设置有钢梁结构，所述钢梁结构上设置有用于夹持围护结构四边的夹具，所述模型箱体的侧壁下部开设有通气孔，所述高压气囊的加压孔通过橡胶软管贯穿所述通气孔与空气压缩机相连接，所述橡胶软管上设置有进气阀门，所述围护结构内设置有若干支撑结构，所述支撑结构的两端分别与围护结构的内侧壁相抵，所述高压气囊上方铺设有复合防水防渗层。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述钢梁结构包括纵向钢梁及横向钢梁，所述纵向钢梁为具有矩形截面的空心钢梁，所述横向钢梁滑动设置于纵向钢梁的矩形截面内，所述纵向钢梁及横向钢梁上开设有若干螺栓孔且通过螺栓贯穿所述螺栓孔相连接。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述夹具的顶端与钢梁结构之间通过螺纹结构相连接。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述模型箱体为四面侧板和一面底板构成的敞口矩形容器。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述围护结构为四块铝合金板合围形成的基坑。
在本实用新型一个较佳实施例中，多个所述传感器包括设置于围护结构周围的压力传感器、应变计，以及设置于所述围护结构内用于测量基坑参数的基坑传感器。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述支撑结构为伸缩杆。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述高压气囊上设置有泄压孔，所述泄压孔上连接有出气阀门。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述空气压缩机连接有气压表。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述复合防水防渗层由从上至下铺设的土工膜和土工布组成。
本实用新型的有益效果是：本实用的模拟基坑开挖坑底土体卸载隆起的试验设备，可通过底部的高压气囊注压调节模拟基坑卸载后基坑底部土体隆起的现象，为实际工程提供指导意见，本设备试验模型为三维状态，试验现象更直观，偏差小，设备整体结构简单、重复性高，具有较高的经济性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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它的附图，其中：
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型内部剖面图；
图3为本实用新型中钢梁结构的示意图；
图4为本实用新型中钢梁结构的正视图；
图5为本实用新型中围护结构的示意图。
具体实施方式
下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1-2，本实用新型一种模拟基坑开挖坑底土体卸载隆起的试验设备，包括：模型箱体1、多个传感器、设置于模型箱体内的围护结构2及放置于模型箱体底面的高压气囊3，所述模型箱体为顶面开口结构，其由四面侧板101和一面底板102构成的敞口矩形容器，侧板及底板均由30mm钢板焊接制成，所述模型箱体的顶部设置有钢梁结构4，所述钢梁结构上设置有用于夹持围护结构四边的夹具5，所述模型箱体的侧壁下部开设有通气孔6，高压气囊13的加压孔通过橡胶软管7贯穿通气孔与空气压缩机8相连接，在橡胶软管上设置有进气阀门9，空气压缩机与橡胶软管间通过进气阀门连接，可通过空气压缩机工作向高压气囊内注入压缩气体，高压气囊上设置有泄压孔，所述泄压孔上连接有出气阀门10，高压气囊的加压孔上连接有气压表11，所述围护结构内设置有若干支撑结构12，在具体的一个实施例中，支撑结构为伸缩杆，可通过旋转伸缩进行长度调节，支撑结构的两端分别与围护结构的内侧壁相抵且可通过焊接方式与围护结构保持固定状态，测试前围护结构的内部没有填充测试土体，在围护结构外侧四周及底面填充土体，基坑开挖完毕后还没有隆起，基坑内部的隆起或隆起后的沉降是由高压气囊加压或泄压控制的，另外，支撑结构还可以按照等压刚度原则选取合适长度、内径的空心铝合金内螺纹圆管套筒替代，围护结构采用铝合金板合围模拟形成，铝合金板厚度可根据现场实际围护结构进行等刚度等效原则进行替换。
所述高压气囊上方铺设有复合防水防渗层14，在高压气囊上部填筑试验土体15，在试验土体与模型箱体内高压气囊之间布置有土工布141和土工膜142构成复合防水防渗材料层。
需要说明的是，高压气囊出厂自带有加压孔和泄压孔，该高压气囊截面厚度为3mm左右，由橡胶材质制成，气囊截面类似水膜状，气囊底部形状与模型箱截面一致，放置于模型箱体底板的上部，该高压气囊极限状态下最大膨胀高度50cm（远大于实际模拟隆起高度），工作温度为-10℃～90℃，最大承载力为5吨左右。
请参阅图3-4，所述钢梁结构4包括纵向钢梁41及横向钢梁42，横向钢梁滑动设置于纵向钢梁的矩形截面内，其中，纵向钢梁截面形状为边缘实心、中部贯通矩形截面空心钢梁，纵向钢梁长度与模型箱体的长度相近并搭接在模型箱体上部，横向钢梁穿过纵向钢梁内部，且四道钢梁上有预制若干螺栓孔43，夹具与钢梁结构螺纹连接，如图5所示，夹具上端设置有螺纹相当于螺栓，钢梁结构上的螺栓孔相当于螺母，两者之间通过类似于螺栓、螺母结构可拆卸式连接，通过移动横向钢梁的位置，可以模拟多种形式的基坑围护结构，且安装便捷，灵活度高，待横向钢梁移动到合适位置，调整使得纵向、横向钢梁上的螺栓孔位置重合，通过螺栓将纵向、横向钢梁的位置固定，夹具5为螺栓与夹头焊接组成，夹具的螺栓直径与螺栓孔直径一致，确定好钢梁结构的位置后，选择合适的螺栓孔放置夹具通过旋转夹具螺栓使四道夹具保持一致高度，固定好夹具位置后，通过夹具夹取围护结构安放至预定位置。
具体的，多个传感器包括设置于围护结构周围的压力传感器、应变计，以及设置于所述围护结构内用于测量基坑参数的基坑传感器，可根据采集的数据计算围护结构的位移和弯矩变化情况；基坑传感器可采用位移计、倾斜仪、红外线测距仪16等现有工具，红外线测距仪设置有多个，安装于横向钢梁或纵向钢梁上且对准的围护结构，用于检测基坑施工过程中高压气囊注压后基坑内部隆起高度的变化情况，可模拟预测工程施工对周围建筑物、道路等的环境影响。
本实用新型的有益效果是：本实用的模拟基坑开挖坑底土体卸载隆起的试验设备，可通过底部的高压气囊注压调节模拟基坑卸载后基坑底部土体隆起的现象，为实际工程提供指导意见，本设备试验模型为三维状态，试验现象更直观，偏差小，设备整体结构简单、重复性高，具有较高的经济性。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种模拟基坑开挖坑底土体卸载隆起的试验设备，其特征在于，包括：模型箱体、多个传感器、设置于模型箱体内的围护结构及放置于模型箱体底面的高压气囊，所述模型箱体为顶面开口结构，所述模型箱体的顶部设置有钢梁结构，所述钢梁结构上设置有用于夹持围护结构四边的夹具，所述模型箱体的侧壁下部开设有通气孔，所述高压气囊的加压孔通过橡胶软管贯穿所述通气孔与空气压缩机相连接，所述橡胶软管上设置有进气阀门，所述围护结构内设置有若干支撑结构，所述支撑结构的两端分别与围护结构的内侧壁相抵，所述高压气囊上方铺设有复合防水防渗层。
2.根据权利要求1所述的一种模拟基坑开挖坑底土体卸载隆起的试验设备，其特征在于，所述钢梁结构包括纵向钢梁及横向钢梁，所述纵向钢梁为具有矩形截面的空心钢梁，所述横向钢梁滑动设置于纵向钢梁的矩形截面内，所述纵向钢梁及横向钢梁上开设有若干螺栓孔且通过螺栓贯穿所述螺栓孔相连接。
3.根据权利要求1所述的一种模拟基坑开挖坑底土体卸载隆起的试验设备，其特征在于，所述夹具的顶端与钢梁结构之间通过螺纹结构相连接。
4.根据权利要求1所述的一种模拟基坑开挖坑底土体卸载隆起的试验设备，其特征在于，所述模型箱体为四面侧板和一面底板构成的敞口矩形容器。
5.根据权利要求1所述的一种模拟基坑开挖坑底土体卸载隆起的试验设备，其特征在于，所述围护结构为四块铝合金板合围形成的基坑。
6.根据权利要求5所述的一种模拟基坑开挖坑底土体卸载隆起的试验设备，其特征在于，多个所述传感器包括设置于围护结构周围的压力传感器、应变计，以及设置于所述围护结构内用于测量基坑参数的基坑传感器。
7.根据权利要求1所述的一种模拟基坑开挖坑底土体卸载隆起的试验设备，其特征在于，所述支撑结构为伸缩杆。
8.根据权利要求1所述的一种模拟基坑开挖坑底土体卸载隆起的试验设备，其特征在于，所述高压气囊上设置有泄压孔，所述泄压孔上连接有出气阀门。
9.根据权利要求1所述的一种模拟基坑开挖坑底土体卸载隆起的试验设备，其特征在于，所述空气压缩机连接有气压表。
10.根据权利要求1所述的一种模拟基坑开挖坑底土体卸载隆起的试验设备，其特征在于，所述复合防水防渗层由从上至下铺设的土工膜和土工布组成。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113049381A (zh) * | 2021-03-11 | 2021-06-29 | 深圳市勘察研究院有限公司 | 基坑支护模拟试验装置及系统 |
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2021
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