CN219196077U - 基坑围护结构模拟装置及基坑开挖支护试验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及建筑施工技术领域，公开一种基坑围护结构模拟装置及基坑开挖支护试验系统。所述基坑围护结构模拟装置包括支撑框架、安装座、弹性板和锁紧装置，安装座设置于支撑框架上，弹性板的顶部连接于安装座上，锁紧装置包括锁紧座以及设置于锁紧座上的锁紧块，锁紧座设置于支撑框架上，锁紧座上设置有止挡部，锁紧块与止挡部的间距可调，弹性板的底部位于锁紧块和止挡部之间，或，锁紧装置包括万向球和驱动气缸，驱动气缸用于驱动万向球与弹性板抵靠。本实用新型提高了土体模拟的真实性和试验结果的精确性，锁紧装置的锁紧块与止挡部的间距可调，既可以适用于不同厚度的弹性板，又可以调节弹性板的底端约束力度，适用范围广。

Description

基坑围护结构模拟装置及基坑开挖支护试验系统

技术领域

本实用新型涉及建筑施工技术领域，尤其涉及一种基坑围护结构模拟装置及基坑开挖支护试验系统。

背景技术

目前，针对基坑工程的室内模型试验都是基于相似性原理，通过相似比计算出模型中基坑围护结构的刚度，通过选用合适的材料来模拟围护结构，并通过试验得到可以指导实际工程的结论或建议。上述方法虽能模拟和指导某一特定工程，但却无法得到具有更广泛意义的结论，并且随着基坑工程形式的多样化以及环境的复杂化，基坑围护结构的变形特性越来越复杂，基坑工程的变形控制也越来越严格，为此亟待进行基坑围护结构不同变形特性下土体的应力变化特性研究，以丰富基坑工程的理论体系，推动基坑工程向精细化控制转变。

但是，在基坑开挖支护试验中，现有用于模拟基坑围护结构的装置大多结构复杂，制造成本高，适用范围小，通用性差，无法模拟围护结构的约束状态。

实用新型内容

基于以上问题，本实用新型的目的在于提供一种基坑围护结构模拟装置及基坑开挖支护试验系统，能够模拟围护结构的约束状态，结构简单，制造成本低，适用范围广，通用性强。

为实现上述目的，提供以下技术方案：

第一方面，本实用新型提供了一种基坑围护结构模拟装置，包括：

支撑框架；

安装座，设置于所述支撑框架上；

弹性板，所述弹性板的顶部连接于所述安装座上；

锁紧装置，所述锁紧装置包括锁紧座以及设置于所述锁紧座上的锁紧块，所述锁紧座设置于所述支撑框架上，所述锁紧座上设置有止挡部，所述锁紧块与所述止挡部的间距可调，所述弹性板的底部位于所述锁紧块和所述止挡部之间，或，所述锁紧装置包括万向球和驱动气缸，所述驱动气缸用于驱动所述万向球与所述弹性板抵靠。

作为本实用新型提供的基坑围护结构模拟装置的可选方案，所述锁紧装置还包括锁紧螺杆，所述锁紧螺杆转动设置于所述锁紧座上，并与所述锁紧块螺纹连接，旋拧所述锁紧螺杆能够带动所述锁紧块靠近或远离所述止挡部。

作为本实用新型提供的基坑围护结构模拟装置的可选方案，所述锁紧块包括相连接的滑动部和螺母部，所述滑动部滑动设置于所述锁紧座上，所述螺母部与所述锁紧螺杆螺纹连接，旋拧所述锁紧螺杆能够通过所述螺母部带动所述滑动部靠近或远离所述止挡部。

作为本实用新型提供的基坑围护结构模拟装置的可选方案，所述锁紧座上设置有限位槽，所述螺母部位于所述限位槽内。

作为本实用新型提供的基坑围护结构模拟装置的可选方案，所述锁紧螺杆上设置有手柄杆。

作为本实用新型提供的基坑围护结构模拟装置的可选方案，所述锁紧座上设置有连接部，所述连接部与所述支撑框架固定连接。

作为本实用新型提供的基坑围护结构模拟装置的可选方案，所述支撑框架包括底座以及间隔设置于所述底座上的两个支撑架，所述支撑架包括间隔设置于所述底座上的两个竖梁以及连接两个所述竖梁的横梁。

作为本实用新型提供的基坑围护结构模拟装置的可选方案，所述安装座包括座本体、固定角板和安装板，两个所述固定角板分别设置于所述座本体的两端，两个所述固定角板分别与两个所述横梁连接，所述安装板设置于所述座本体的底部，所述弹性板的顶部连接于所述安装板上。

作为本实用新型提供的基坑围护结构模拟装置的可选方案，所述固定角板通过紧固件与所述横梁连接，所述横梁上设置有长条孔，所述紧固件位置可调地贯穿所述长条孔。

第二方面，本实用新型还提供了一种基坑开挖支护试验系统，包括上述的基坑围护结构模拟装置。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供的基坑围护结构模拟装置及基坑开挖支护试验系统，在支撑框架上设置安装座，弹性板的顶部连接于安装座上，通过弹性板模拟围护结构，弹性板的底部可以通过锁紧装置固定，根据基坑工程地质环境，选择是否进行弹性板的底端约束，锁紧装置可以是锁紧座和锁紧块的固定约束方式，从而模拟围护结构处于硬岩地层的强约束状态，锁紧装置也可以是万向球的固定约束方式，从而模拟围护结构处于砂土、砾石地层的约束强度，提高了土体模拟的真实性和试验结果的精确性，由于锁紧装置的锁紧块与止挡部的间距可调，既可以适用于不同厚度的弹性板，又可以调节弹性板的底端约束力度，万向球的力传递方向和力度可调，适用范围广，试验成本低。

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，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型具体实施方式提供的包括有基坑围护结构模拟装置的基坑开挖支护试验系统的结构示意图；

图2是本实用新型具体实施方式提供的支撑框架的结构示意图；

图3是本实用新型具体实施方式提供的基坑围护结构模拟装置的结构示意图；

图4是本实用新型具体实施方式提供的弹性板和锁紧装置的结构示意图；

图5是本实用新型具体实施方式提供的锁紧装置的结构示意图；

图6是本实用新型具体实施方式提供的固定座和固定板的分解示意图；

图7是本实用新型具体实施方式提供的固定座、电缸、载荷转换座和弹性件的结构示意图；

图8是本实用新型具体实施方式提供的固定座、电缸、载荷转换座和刚性杆的结构示意图；

图9是本实用新型具体实施方式提供的弹性板、万向球和驱动气缸的结构示意图。

图中：

1、支撑框架；2、基坑围护结构模拟装置；3、载荷加载装置；

11、底座；12、支撑架；

121、竖梁；122、横梁；1221、长条孔；

21、弹性板；22、安装座；23、锁紧装置；

221、座本体；222、固定角板；223、安装板；

231、锁紧座；2311、止挡部；2312、限位槽；2313、连接部；232、锁紧块；233、锁紧螺杆；2331、手柄杆；234、万向球；235、驱动气缸；

2321、滑动部；2322、螺母部；

31、载荷模块；32、固定板；321、限位孔；

311、固定座；312、电缸；313、载荷转换座；314、弹性件；315、刚性杆。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1至图9所示，本实施例提供一种基坑围护结构模拟装置2，该基坑围护结构模拟装置2包括支撑框架1、安装座22、弹性板21和锁紧装置23，安装座22设置于支撑框架1上。弹性板21的顶部连接于安装座22上，锁紧装置23包括锁紧座231以及设置于锁紧座231上的锁紧块232，锁紧座231设置于支撑框架1上，锁紧座231上设置有止挡部2311，锁紧块232与止挡部2311的间距可调，弹性板21的底部位于锁紧块232和止挡部2311之间，或，锁紧装置23包括万向球234和驱动气缸235，驱动气缸235用于驱动万向球234与弹性板21抵靠。万向球234使得弹性板21的位置和姿态可调节，从而方便模拟围护结构处于砂土、砾石地层的约束强度。万向球234和驱动气缸235分别可以设置有多个，多个万向球234分布在弹性板21的两侧。

在支撑框架1上设置安装座22，弹性板21的顶部连接于安装座22上，通过弹性板21模拟围护结构，弹性板21的底部可以通过锁紧装置23固定，根据基坑工程地质环境，选择是否进行弹性板21的底端约束，锁紧装置23可以是锁紧座231和锁紧块232的固定约束方式，从而模拟围护结构处于硬岩地层的强约束状态，锁紧装置23也可以是万向球234的固定约束方式，从而模拟围护结构处于砂土、砾石地层的约束强度，提高了土体模拟的真实性和试验结果的精确性，由于锁紧装置23的锁紧块232与止挡部2311的间距可调，既可以适用于不同厚度的弹性板21，又可以调节弹性板21的底端约束力度，万向球234的力传递方向和力度可调，适用范围广，试验成本低。

为方便调节锁紧块232与止挡部2311的间距，可选地，锁紧装置23还包括锁紧螺杆233，锁紧螺杆233转动设置于锁紧座231上，并与锁紧块232螺纹连接，旋拧锁紧螺杆233能够带动锁紧块232靠近或远离止挡部2311。通过旋拧动作即可完成锁紧块232与止挡部2311的间距调节，操作方便快捷。

可选地，锁紧块232包括相连接的滑动部2321和螺母部2322，滑动部2321滑动设置于锁紧座231上，螺母部2322与锁紧螺杆233螺纹连接，旋拧锁紧螺杆233能够通过螺母部2322带动滑动部2321靠近或远离止挡部2311。锁紧螺杆233与螺母部2322形成丝杠螺母副，实现锁紧螺杆233与螺母部2322的运动传递，传动稳定，精度高。

可选地，锁紧座231上设置有限位槽2312，螺母部2322位于限位槽2312内。通过限位槽2312对螺母部2322进行限位，使得螺母部2322只能在限位槽2312内滑动，无法转动，保证了锁紧螺杆233与螺母部2322的运动传递。

为方便操作人员手动操作，可选地，锁紧螺杆233上设置有手柄杆2331。手柄杆2331穿设于锁紧螺杆233的端部，并与锁紧螺杆233垂直。

为方便固定锁紧座231，可选地，锁紧座231上设置有连接部2313，连接部2313与支撑框架1固定连接。连接部2313可以为耳板状，两个连接部2313分别设置于锁紧座231的两侧，使得锁紧座231的两侧受力均匀。

为保证支撑框架1的支撑可靠性，可选地，支撑框架1包括底座11以及间隔设置于底座11上的两个支撑架12，支撑架12包括间隔设置于底座11上的两个竖梁121以及连接两个竖梁121的横梁122，结构简单可靠，制造成本低，方便批量制造。为方便调平底座11，可选地，底座11上设置有多个可伸缩的调平地脚。

可选地，安装座22包括座本体221、固定角板222和安装板223，两个固定角板222分别设置于座本体221的两端，两个固定角板222分别与两个横梁122连接，安装板223设置于座本体221的底部，弹性板21的顶部连接于安装板223上。通过固定角板222连接横梁122和座本体221，安装方式简单可靠。弹性板21的顶部可以通过多个螺栓和螺母固定于安装板223上，采用可拆卸方式，便于更换弹性板21。在一些实施例中，弹性板21的顶部还可以焊接于安装板223上，施工方便，结构牢固。

可选地，固定角板222通过紧固件与横梁122连接，横梁122上设置有长条孔1221，紧固件位置可调地贯穿长条孔1221。由于紧固件的位置可调，使得固定角板222相对横梁122的安装位置可调，进而实现整个安装座22相对于横梁122的安装位置可调，从而实现弹性板21的位置可调，扩大了模拟试验的适用范围。

本实施例还提供一种基坑开挖支护试验系统，该基坑开挖支护试验系统包括上述的基坑围护结构模拟装置2，在支撑框架1上设置安装座22，弹性板21的顶部连接于安装座22上，通过弹性板21模拟围护结构，弹性板21的底部可以通过锁紧装置23固定，根据基坑工程地质环境，选择是否进行弹性板21的底端约束，锁紧装置23可以是锁紧座231和锁紧块232的固定约束方式，从而模拟围护结构处于硬岩地层的强约束状态，锁紧装置23也可以是万向球234的固定约束方式，从而模拟围护结构处于砂土、砾石地层的约束强度，提高了土体模拟的真实性和试验结果的精确性，由于锁紧装置23的锁紧块232与止挡部2311的间距可调，既可以适用于不同厚度的弹性板21，又可以调节弹性板21的底端约束力度，万向球234的力传递方向和力度可调，适用范围广，试验成本低。

需要说明的是，该基坑开挖支护试验系统还包括载荷加载装置3，两个载荷加载装置3间隔设置于支撑框架1上，且位于基坑围护结构模拟装置2的两侧。

该载荷加载装置3包括固定板32和载荷模块31，采用模块化设计可随时拆卸更换，固定板32设置于支撑框架1上，载荷模块31包括固定座311、电缸312和载荷转换座313，固定座311安装于固定板32上，电缸312的壳体安装于固定座311上，电缸312的输出轴与载荷转换座313连接，载荷转换座313用于与弹性板21刚性连接或弹性连接，电缸312的输出轴设置有位移传感器，载荷转换座313上设置有压力传感器。

在支撑框架1上设置固定板32，可以保证固定板32的稳固可靠，由于固定座311安装于固定板32上，电缸312的壳体安装于固定座311上，为电缸312提供了稳定可靠的作业环境，电缸312的输出轴与载荷转换座313连接，载荷转换座313与弹性板21刚性连接或弹性连接，从而方便电缸312对弹性板21进行刚性加载或柔性加载，适用范围广，通用性强，试验成本低，由于电缸312的输出轴设置有位移传感器，方便提供试验过程中电缸312的输出轴的位移数据，从而监测基坑土体的位移变形，由于载荷转换座313上设置有压力传感器，方便提供试验过程中载荷转换座313的压力数据，从而监测基坑土体的变形压力，试验功能丰富，有利于开展基坑开挖支护过程中的各种试验。

为方便载荷转换座313与弹性板21弹性连接，可选地，载荷转换座313和弹性板21之间设置有弹性件314。弹性件314可以是弹簧，弹性件314可以是一个、两个或多个，根据加载需求而定，在此不作限定。为方便载荷转换座313与弹性板21刚性连接，可选地，载荷转换座313和弹性板21之间设置有刚性杆315。刚性杆315可以是一个、两个或多个，根据加载需求而定，在此不作限定。

为保证电缸312的输出轴与载荷转换座313的连接强度，可选地，电缸312的输出轴与载荷转换座313螺纹连接。在其他实施例中，电缸312的输出轴与载荷转换座313也可以采用焊接、卡接等固定方式。可选地，电缸312的输出轴设置有螺纹段，载荷转换座313上设置有与螺纹段螺纹配合的中心螺纹孔。中心螺纹孔设置在载荷转换座313的中心位置，保证载荷转换座313的受力均匀。

为保证加载的精确度，可选地，固定板32上设置有限位孔321，电缸312的输出轴贯穿限位孔321。限位孔321能够防止电缸312的不均匀荷载及自身重力所产生的倾覆力矩，可精细化土层力学状态。限位孔321和电缸312的输出轴同轴设置，保证了加载的对中性。由于电缸312阵列设置有多列多排，相应的，固定板32上也阵列设置有多个限位孔321。根据基坑工程开挖深度以及模型相似尺度进行规划每层土体对应的电缸312的数量。

固定板32可以设置有两个，两个固定板32分别安装于两个支撑架12上，每个固定板32上均设置有多个加载模块，从而方便对两个支撑架12之间的弹性板21的两侧进行加载试验。可选地，固定板32的两侧分别与两个竖梁121连接。固定板32与竖梁121可以通过螺栓固定连接，也可以采用焊接固定，在此不作限定。固定板32的两侧分别与两个支撑架12的竖梁121连接，从而为固定板32的中间留足空间安装载荷模块31。

基坑开挖支护试验系统的试验步骤大致为：首先，根据基坑工程开挖深度以及模型相似尺度进行规划每层土体对应的电缸312的数量；其次，根据基坑工程地质环境，选择是否进行底端约束，以模拟围护结构的约束状态；最后，根据水土压力理论计算，通过电缸312进行荷载施加。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.基坑围护结构模拟装置，其特征在于，包括：

支撑框架(1)；

安装座(22)，设置于所述支撑框架(1)上；

弹性板(21)，所述弹性板(21)的顶部连接于所述安装座(22)上；

锁紧装置(23)，所述锁紧装置(23)包括锁紧座(231)以及设置于所述锁紧座(231)上的锁紧块(232)，所述锁紧座(231)设置于所述支撑框架(1)上，所述锁紧座(231)上设置有止挡部(2311)，所述锁紧块(232)与所述止挡部(2311)的间距可调，所述弹性板(21)的底部位于所述锁紧块(232)和所述止挡部(2311)之间，或，所述锁紧装置(23)包括万向球(234)和驱动气缸(235)，所述驱动气缸(235)用于驱动所述万向球(234)与所述弹性板(21)抵靠。

2.根据权利要求1所述的基坑围护结构模拟装置，其特征在于，所述锁紧装置(23)还包括锁紧螺杆(233)，所述锁紧螺杆(233)转动设置于所述锁紧座(231)上，并与所述锁紧块(232)螺纹连接，旋拧所述锁紧螺杆(233)能够带动所述锁紧块(232)靠近或远离所述止挡部(2311)。

3.根据权利要求2所述的基坑围护结构模拟装置，其特征在于，所述锁紧块(232)包括相连接的滑动部(2321)和螺母部(2322)，所述滑动部(2321)滑动设置于所述锁紧座(231)上，所述螺母部(2322)与所述锁紧螺杆(233)螺纹连接，旋拧所述锁紧螺杆(233)能够通过所述螺母部(2322)带动所述滑动部(2321)靠近或远离所述止挡部(2311)。

4.根据权利要求3所述的基坑围护结构模拟装置，其特征在于，所述锁紧座(231)上设置有限位槽(2312)，所述螺母部(2322)位于所述限位槽(2312)内。

5.根据权利要求2所述的基坑围护结构模拟装置，其特征在于，所述锁紧螺杆(233)上设置有手柄杆(2331)。

6.根据权利要求1所述的基坑围护结构模拟装置，其特征在于，所述锁紧座(231)上设置有连接部(2313)，所述连接部(2313)与所述支撑框架(1)固定连接。

7.根据权利要求1-6任一项所述的基坑围护结构模拟装置，其特征在于，所述支撑框架(1)包括底座(11)以及间隔设置于所述底座(11)上的两个支撑架(12)，所述支撑架(12)包括间隔设置于所述底座(11)上的两个竖梁(121)以及连接两个所述竖梁(121)的横梁(122)。

8.根据权利要求7所述的基坑围护结构模拟装置，其特征在于，所述安装座(22)包括座本体(221)、固定角板(222)和安装板(223)，两个所述固定角板(222)分别设置于所述座本体(221)的两端，两个所述固定角板(222)分别与两个所述横梁(122)连接，所述安装板(223)设置于所述座本体(221)的底部，所述弹性板(21)的顶部连接于所述安装板(223)上。

9.根据权利要求8所述的基坑围护结构模拟装置，其特征在于，所述固定角板(222)通过紧固件与所述横梁(122)连接，所述横梁(122)上设置有长条孔(1221)，所述紧固件位置可调地贯穿所述长条孔(1221)。

10.基坑开挖支护试验系统，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的基坑围护结构模拟装置。

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