CN218629792U - 一种模拟基坑开挖的新型装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种模拟基坑开挖的新型装置包括顶部敞口的模型箱、模型箱内填筑的土体、位于模型箱上部的地连墙模拟板、驱动地连墙模拟板水平运动的横向加载机构以及控制横向加载机构水平运动的控制模块。该装置通过调节好活动背板和地连墙模拟板的位置，能确定模拟基坑的宽深比，以实现模拟不同尺寸的基坑，还能够模拟不同尺寸基坑开挖时周围土体及周围建筑物的土体不同含水率的位移沉降变化过程，并且能通过土压力盒、位移传感器和摄像头精确获得开挖过程中土体受力情况和获取土体整体沉降的变化照片，从而得到不同尺寸的基坑开挖对周围土体以及周围建筑物的影响。

Description

一种模拟基坑开挖的新型装置

技术领域

本实用新型涉及一种可用于地铁车站、挡土结构等岩土工程的物理模型试验装置，具体涉及一种模拟基坑开挖的新型装置。

背景技术

21世纪以来，随着城市土地资源供需矛盾日益突出和轨道交通的快速发展，开发地下空间、提高土地利用集约化程度的需求更为迫切，地上地下空间的综合统筹和一体化开发成为必然。基坑虽是临时性建筑，但若不采用合理的支护体系仍会导致严重后果。与其它工程结构不同的是，基坑支护结构除需满足自身的强度要求和变形要求外，还必须满足受基坑工程影响的周围环境的变形要求在软土地区后者的重要性往往不亚于前者。不少工程在支护结构尚未有破坏迹象的情况下，由于周围地层变形而损坏相邻建筑物或地下管线的现象时有发生，甚至引起严重后果。由于基坑开挖的特殊性，不可能存在一摸一样的场地进行现场原型试验，故目前基坑开挖的试验研究主要以模型试验为主。室内小比例的模型试验可操作性、系统性和重复性强，加载次数较大，可达上万次，可获得大量可供分析的数据。因此，有必要设计一款模拟基坑开挖装置，使其能够模拟不同尺寸基坑开挖时周围土体及周围建筑物的位移沉降变化过程，并且能够精确获得过程中土体受力情况。

实用新型内容

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种模拟基坑开挖的新型装置，能够模拟不同尺寸基坑开挖时周围土体及周围建筑物的位移沉降变化过程，并且能够精确获得过程中土体受力情况。具体方案如下：

一种模拟基坑开挖的新型装置,包括顶部敞口的模型箱、模型箱内填筑的土体、位于模型箱上部的地连墙模拟板、驱动地连墙模拟板水平运动的横向加载机构以及控制横向加载机构水平运动的控制模块，所述模型箱包括模型箱框架、钢化玻璃面板、活动背板、U型卡槽、透水板和脚轮，钢化玻璃面板安装在模型箱框架前侧，模型箱框架底端安装有底板，模型箱框架两侧分别安装有侧板，多个U型卡槽两侧分别由前至后安装在两侧板内，活动背板活动卡接在其中一个U型卡槽上，多个U型卡槽之间分别连接有透水板，透水板上阵列设有多个透水孔，每个U型卡槽底部与底板之间连接有隔仓板，隔仓板将多块透水板与底板之间形成多个水密舱，每个水密舱内分别设有注水口和排水口，模型箱框架底部安装有多个脚轮。

进一步地,包括土压力盒、位移传感器和摄像机，所述土压力盒设置在地连墙模拟板侧面和土体上，多个位移传感器分别安装在横向加载机构上，摄像机设置在钢化玻璃面板前方，且固定在模型箱框架上，土压力盒、位移传感器和摄像机分别连接控制模块。

进一步地,所述横向加载机构包括所述横向加载机构包括丝杠支架、丝杠、联轴器、减速机、步进电机和加载杆，丝杆支架至少设有一个，安装在模型箱侧板上部，每个丝杆支架内分别安装有丝杆，每根丝杆一端分别通过联轴器连接减速机，每个减速机分别连接步进电机，每根丝杆另一端分别穿过丝杆支架和模型箱侧板连接加载杆一端，加载杆另一端连接有加载帽，每个加载帽分别连接地连墙模拟板。

进一步地,所述透水孔、注水口和排水口上分别覆盖有一层无纺布，所述注水口上安装有注水阀，排水口上安装有排水阀。

进一步地,所述活动背板上设有吊钩。

进一步地,所述钢化玻璃面板外侧至少设有两根防护梁，每根防护梁分别胶结钢化玻璃面板，且两端分别连接在模型箱框架上。

进一步地,所述控制模块安装在电气控制柜内，电气控制柜顶部设有启动按钮、停止按钮、运行指示灯和急停按钮，控制模块包括处理器，处理器通过向减速机和步进电机发送控制信号带动地连墙模拟板运动，启动按钮、停止按钮、运行指示灯和急停按钮连接处理器。

本实用新型的优点

本实用新型的模拟基坑开挖的新型装置通过调节好活动背板和地连墙模拟板的位置，能确定模拟基坑的宽深比，以实现模拟不同尺寸的基坑。在模拟不同尺寸的基坑开挖过程中，根据需要向敞口模型箱内的土体顶部放置重物对土体施加纵向荷载，模拟实际的活动荷载；通过处理器设置横向加载机构的位移值，并发送信号控制步进电机通过联轴器驱动丝杆运动，丝杆带动加载杆，加载杆带动地连墙模拟板移动，以模拟基坑开挖的过程，还通过设置水密舱，通过注水和排水控制模型箱内土体的含水率，通过土压力盒、位移传感器分别监测模拟基坑开挖过程中不同含水率的土体内的压力变化和土体顶部沉降的数据，通过摄像头实时监控和记录不同尺寸基坑开挖时，周围土体及周围建筑物的位移沉降变化过程中的土体沉降变化的照片，再利用数字图像相关法对变化前后的照片对比分析从而获得模拟基坑开挖对周围土体以及周围建筑物的影响。

附图说明

图1为本实用新型的左侧结构示意图。

图2为图1的截面示意图。

图3为图1的主面结构示意图。

图4为图1的后侧结构示意图。

图5为本实用新型的电气控制柜的结构示意图。

图中：

1、模型箱；101、模型箱框架；102、钢化玻璃面板；103、活动背板；104、U型卡槽；105、透水板；106、脚轮；107、底板；108、侧板；109、防护梁；110、吊钩；111、透水孔；112、隔仓板；113、水密舱；114、注水阀；115、排水阀；2、地连墙模拟板；3、横向加载机构；301、丝杠支架；302、丝杠；303、联轴器；304、减速机；305、步进电机；306、加载杆；307、加载帽；5、位移传感器；6、电气控制柜；7、启动按钮；8、停止按钮；9、运行指示灯；10、急停按钮。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步地解释说明，需要注意的是，本具体实施例不用于限定本实用新型的权利范围。

如图1至图5所示，本具体实施例提供的一种模拟基坑开挖的新型装置包括顶部敞口的模型箱1、模型箱1内填筑的土体(图未示)、位于模型箱1上部的地连墙模拟板2、驱动地连墙模拟板水平运动的横向加载机构、控制横向加载机构水平运动的控制模块、土压力盒(图未示)、位移传感器5和摄像机。

所述模型箱1包括模型箱框架101、钢化玻璃面板102、活动背板103、U型卡槽104、透水板105和脚轮106，钢化玻璃面板102安装在模型箱框架101前侧，且钢化玻璃面板102外侧至少设有两根防护梁109，每根防护梁109分别胶结钢化玻璃面板102，且两端分别通过螺栓和螺母连接在模型箱框架101上，起到保护钢化玻璃面板102的作用。模型箱框架101底端安装有底板107，模型箱框架101两侧分别安装有侧板108，在两侧板108内分别由前至后依次安装有三个U型卡槽104，活动背板103活动卡接在其中一个U型卡槽104上，并通过螺栓连接在侧板108上，以满足不同模拟基坑大小的需求。活动背板103上设有吊钩110，方便起吊设备将活动背板103吊起更换到另一个U型卡槽104上。

三个U型卡槽104之间分别连接有透水板105，透水板105上阵列设有多个透水孔111，每个U型卡槽104底部与底板107之间连接有隔仓板112，隔仓板112将三块透水板105与底板107之间形成三个水密舱113，每个水密舱113内分别设有注水口和排水口，注水口上连接有注水阀114，排水口上连接有排水阀115，所述透水孔、注水口和排水口上分别覆盖有一层无纺布。通过往水密舱113注入水和排水控制模型箱1内土体的含水率，从而模拟不同尺寸模拟基坑内不同含水率的土体受力情况，模型箱框架101底部安装有六个脚轮106。

所述横向加载机构3包括丝杠支架301、丝杠302、联轴器303、减速机304、步进电机305和加载杆306，丝杆支架301至少设有一个，通过螺栓连接在模型箱1的侧板108上部，每个丝杆支架301内分别安装有丝杆302，每根丝杆302一端分别通过联轴器303连接减速机304，每个减速机304分别连接步进电机305，每根丝杆302另一端分别穿过丝杆支架301和模型箱1侧板108连接加载杆306一端，加载杆306另一端连接有加载帽307，每个加载帽307分别连接地连墙模拟板2。横向加载机构3作用在于通过控制模块控制地连墙模拟板2的位移以模拟基坑开挖时周围土体卸力过程。

在装样过程中，在土体上放置有多个竖直方向的土压力盒，在地连墙模拟板2侧面设有多个水平方向土压力盒。所述土压力盒设置在地连墙模拟板2侧面，多个位移传感器5分别安装在横向加载机构3上，具体地，多个位移传感器5分别安装在丝杠支架301上，摄像机设置在钢化玻璃面板102前方，且固定在模型箱框架101上，土压力盒4、位移传感器5和摄像机分别连接控制模块，所述控制模块安装在电气控制柜6上内，电气控制柜6上顶部设置有启动按钮7、停止按钮8、运行指示灯9和急停按钮10，控制模块包括处理器，处理器通过向减速机304和步进电机305发送控制信号带动地连墙模拟板2运动，启动按钮7、停止按钮8、运行指示灯9和急停按钮10分别连接处理器。

工作原理：

模拟基坑开挖前，先设置好活动背板103和地连墙模拟板2的位置，以确定好模拟基坑的宽深比；采用砂雨装置在模型箱1内分层填筑土体至所需高度，在填筑土体的过程中根据实验需要在地连墙模拟板2侧面放置水平方向的土压力盒，在土体上放置竖直方向的土压力盒，所述土体为砂土，填筑每层土体时，要求砂雨装置漏斗口距土体顶面的距离相同；在开设有敞口的模拟箱1内的土体顶部放置重物静置两天，以模拟沉降过程；撤掉土体顶部重物，在土体顶部根据实验需要，在丝杠支架301上放置位移传感器5，在钢化玻璃面板102前方设置高速摄像机，实时监控和记录土体沉降变化情况；再根据实验需要用MTS电液伺服加载系统将竖向循环荷载施加于土体顶部，模拟实际的活动荷载；当竖向循环荷载稳定时，通过处理器控制横向加载机构设置位移值，驱动减速机304和步进电机305通过联轴器带动丝杠302，丝杠302带动加载杆306，加载杆306进而带动地连墙模拟板2移动，以模拟基坑开挖，直至土样出现明显的滑裂面；通过土压力盒和位移传感器5分别监测土样内的压力变化和土体顶部沉降，通过摄像头监控和获取土样整体沉降变化照片，从而得到基坑开挖对周围土体以及周围建筑物的影响。通过电气控制柜6顶部的启动按钮7、停止按钮8、运行指示灯9和急停按钮10控制横向加载机构的启动和停止。更换土样，根据模拟基坑的宽深比移动活动背板和地连墙模拟板的位置，重复上述步骤，以探究不同基坑开挖对周围土体和周围建筑物的影响。

Claims (7)

1.一种模拟基坑开挖的新型装置,其特征在于,包括顶部敞口的模型箱、模型箱内填筑的土体、位于模型箱上部的地连墙模拟板、驱动地连墙模拟板水平运动的横向加载机构以及控制横向加载机构水平运动的控制模块，所述模型箱包括模型箱框架、钢化玻璃面板、活动背板、U型卡槽、透水板和脚轮，钢化玻璃面板安装在模型箱框架前侧，模型箱框架底端安装有底板，模型箱框架两侧分别安装有侧板，多个U型卡槽两侧分别由前至后安装在两侧板内，活动背板活动卡接在其中一个U型卡槽上，多个U型卡槽之间分别连接有透水板，透水板上阵列设有多个透水孔，每个U型卡槽底部与底板之间连接有隔仓板，隔仓板将多块透水板与底板之间形成多个水密舱，每个水密舱内分别设有注水口和排水口，模型箱框架底部安装有多个脚轮。

2.根据权利要求1所述的模拟基坑开挖的新型装置,其特征在于,包括土压力盒、位移传感器和摄像机，所述土压力盒设置在地连墙模拟板侧面和土体上，多个位移传感器分别安装在横向加载机构上，摄像机设置在钢化玻璃面板前方，且固定在模型箱框架上，土压力盒、位移传感器和摄像机分别连接控制模块。

3.根据权利要求1所述的模拟基坑开挖的新型装置,其特征在于,所述横向加载机构包括所述横向加载机构包括丝杠支架、丝杠、联轴器、减速机、步进电机和加载杆，丝杆支架至少设有一个，安装在模型箱侧板上部，每个丝杆支架内分别安装有丝杆，每根丝杆一端分别通过联轴器连接减速机，每个减速机分别连接步进电机，每根丝杆另一端分别穿过丝杆支架和模型箱侧板连接加载杆一端，加载杆另一端连接有加载帽，每个加载帽分别连接地连墙模拟板。

4.根据权利要求1所述的模拟基坑开挖的新型装置,其特征在于,所述透水孔、注水口和排水口上分别覆盖有一层无纺布，所述注水口上安装有注水阀，排水口上安装有排水阀。

5.根据权利要求1所述的模拟基坑开挖的新型装置,其特征在于,所述活动背板上设有吊钩。

6.根据权利要求1所述的模拟基坑开挖的新型装置,其特征在于,所述钢化玻璃面板外侧至少设有两根防护梁，每根防护梁分别胶结钢化玻璃面板，且两端分别连接在模型箱框架上。

7.根据权利要求1所述的模拟基坑开挖的新型装置,其特征在于,所述控制模块安装在电气控制柜内，电气控制柜顶部设有启动按钮、停止按钮、运行指示灯和急停按钮，控制模块包括处理器，处理器通过向减速机和步进电机发送控制信号带动地连墙模拟板运动，启动按钮、停止按钮、运行指示灯和急停按钮连接处理器。

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