可模擬基坑開(kāi)挖過(guò)程中地下水位變化的基坑模型試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可模擬基坑開(kāi)挖過(guò)程中地下水位變化的基坑模型試驗(yàn)裝置，特別是涉及地下水位變化條件下的基坑開(kāi)挖各個(gè)施工工況模擬的模型試驗(yàn)裝置，可用于量測(cè)不同基坑開(kāi)挖工況下基坑土壓力和基坑變形問(wèn)題。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著城市人口的急劇增長(zhǎng)，城市建設(shè)快速發(fā)展，深基坑工程日趨增多，基坑工程面臨深度深、平面規(guī)模大、周?chē)h(huán)境復(fù)雜的新趨勢(shì)。特別是在濱海、沿江地區(qū)的深基坑工程更是面臨地下水豐富，施工環(huán)境復(fù)雜以及施工難度大等挑戰(zhàn)，其中地下水作用引起的基坑變形和失穩(wěn)問(wèn)題是該類(lèi)地區(qū)深基坑工程的重大風(fēng)險(xiǎn)源之一?；娱_(kāi)挖引起的基坑變形和失穩(wěn)問(wèn)題是深基坑設(shè)計(jì)和施工中被高度關(guān)注和重視的工程問(wèn)題。采用室內(nèi)土工模型試驗(yàn)的方法模擬基坑開(kāi)挖，在巖土工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。其中，如何通過(guò)基坑模型試驗(yàn)客觀準(zhǔn)確地模擬復(fù)雜地下水環(huán)境作用基坑開(kāi)挖過(guò)程的各個(gè)施工工況是迫切需要解決的問(wèn)題。
[0003]目前基坑模型試驗(yàn)的土體多選用干砂，暫不考慮地下水的影響，主要研究基坑開(kāi)挖土體的土壓力和基坑的變形，但此類(lèi)研究不適用于地下水作用的基坑開(kāi)挖情況?？紤]恒定潛水位作用的基坑模型試驗(yàn)，有研究(彭述權(quán).砂土擋墻破壞機(jī)理宏細(xì)觀研究[D].同濟(jì)大學(xué)，2007.)采用薄膜通過(guò)電暈后涂抹環(huán)氧樹(shù)脂的方法連接擋土墻和模型箱，該方法可獲取試驗(yàn)土體中超靜孔隙水壓力、土壓力和基坑變形數(shù)據(jù)，但薄膜電暈工藝較為復(fù)雜，擋墻位移較大時(shí)薄膜可能在移動(dòng)過(guò)程中發(fā)生撕裂或由于土顆粒摩擦導(dǎo)致破損，無(wú)法順利完成試驗(yàn)或進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)?？紤]地下水位變化影響的基坑模型試驗(yàn)，有研究(孫威.濱海地區(qū)深基坑性狀的試驗(yàn)及理論研究[D].浙江大學(xué)，2015.)采用固定擋土墻的方法，該方法只能獲得土體中超靜孔隙水壓力的變化情況，無(wú)法獲得準(zhǔn)確的土壓力變化和基坑變形數(shù)據(jù)，與實(shí)際基坑工程在動(dòng)態(tài)地下水位作用下的響應(yīng)情況仍存在較大差異。因此，更為簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確地模擬地下水動(dòng)態(tài)變化和可移動(dòng)的擋土墻是濱海、沿江基坑開(kāi)挖模型試驗(yàn)中需要解決的主要問(wèn)題。
[0004]在基坑模型試驗(yàn)中，大多數(shù)研究針對(duì)每一級(jí)開(kāi)挖和加撐完成工況下的基坑受力和變形情況展開(kāi)，未考慮基坑在開(kāi)挖或加撐過(guò)程中基坑的受力和變形情況。在考慮基坑開(kāi)挖過(guò)程的模型試驗(yàn)中，有研究采用卸載等體積等重量的土袋(Azevedo RF.Centrifuge andAnalytical Modelling of Excavat1n in Sand.PhD thesis,University of Colorado,Boulder，C0，USA，1983.)或排放代土液體(Bolton MD and Powrie ff.The collapse ofdiaphragm walls retaining clay.Geotechnique，1987,37(3):335-353.)等方法模擬土體開(kāi)挖卸載，此類(lèi)方法不能準(zhǔn)確模擬基坑開(kāi)挖引起的土體中應(yīng)力場(chǎng)的改變，與實(shí)際基坑開(kāi)挖引起的基坑受力和變形情況仍存在一定的差異。大量模擬基坑開(kāi)挖的模型試驗(yàn)采用預(yù)先埋設(shè)安裝好支撐的擋土墻的方法，直接開(kāi)挖基坑土體，不需要再進(jìn)行加撐操作，該方法較為簡(jiǎn)單，但預(yù)置的所有內(nèi)支撐都將在整個(gè)開(kāi)挖過(guò)程中受力，顯然與實(shí)際工程的基坑受力情況不相符合，也無(wú)法準(zhǔn)確模擬基坑開(kāi)挖過(guò)程中未加撐情況下基坑的受力和變形情況。目前有研究采用液壓千斤頂向擋土墻支架施加力的方法模擬支撐的安裝，該方法采用液壓裝置較復(fù)雜，當(dāng)基坑開(kāi)挖寬度較大時(shí)該方法并不適用。另外絕大多數(shù)基坑開(kāi)挖模型的開(kāi)挖對(duì)稱面是垂直固定的擋板，通過(guò)向下抓土或掏土實(shí)現(xiàn)基坑開(kāi)挖，該方法不能清晰界定開(kāi)挖土層，會(huì)擾動(dòng)未開(kāi)挖的土體;該方法繁瑣，不易操作，特別是基坑開(kāi)挖模型的尺寸較大或需要開(kāi)挖的土體較多時(shí)，試驗(yàn)操作的工作量相當(dāng)大。因此，如何實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確地土體開(kāi)挖和支撐安裝是基坑開(kāi)挖模型試驗(yàn)中需要解決的重點(diǎn)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了可模擬基坑開(kāi)挖過(guò)程中地下水位變化的基坑模型試驗(yàn)裝置，解決了有效準(zhǔn)確模擬復(fù)雜地下水環(huán)境下的基坑開(kāi)挖各個(gè)施工工況，及量測(cè)各工況下基坑土壓力、擋土墻位移和基坑變形，整理相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)并確定基坑受力和變形發(fā)展規(guī)律等問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種可模擬基坑開(kāi)挖過(guò)程中地下水位變化的基坑模型試驗(yàn)裝置，包括模型箱、水箱、若干對(duì)稱面擋土單元和基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)四個(gè)部分;所述模型箱由模型箱框架、鋼化玻璃、模型箱底板、頂框、反力板和模型箱底座組成；所述模型箱框架的底部固定模型箱底板，前后兩個(gè)側(cè)面固定鋼化玻璃;所述模型箱框架和反力板均固定在模型箱底座上，頂部通過(guò)頂框連接;所述水箱由帶通水孔的鋁板、條形鋁板、水箱支架、水箱支架固定螺絲和刻度尺組成，通過(guò)水箱支架架設(shè)在模型箱內(nèi)的右上方，用于控制和觀測(cè)土體中的水位變化;所述帶通水孔的鋁板表面粘貼反濾土工織物，防止水位變化過(guò)程中試驗(yàn)土體的流失;所述刻度尺粘貼在鋼化玻璃上，可用于直接觀測(cè)和記錄水位變化情況;所述對(duì)稱面擋土單元為U型不銹鋼條，通過(guò)螺栓固定在模型箱框架上;所述U型不銹鋼條之間通過(guò)H型止水橡膠條連接，U型不銹鋼條與模型箱框架1-1通過(guò)S型止水橡膠條連接;所述基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)包括擋土墻、擋土墻支架和若干支撐單元;所述擋土墻上部通過(guò)支架固定螺栓固定擋土墻支架，中部開(kāi)有螺紋孔，通過(guò)螺紋孔螺紋連接安裝支撐單元所需的支撐固定螺栓，兩側(cè)開(kāi)槽固定止水橡膠條;所述止水橡膠條保證擋土墻移動(dòng)過(guò)程中與模型箱接觸面不發(fā)生漏水;所述支撐單元的一端具有內(nèi)螺紋口，內(nèi)螺紋口與支撐固定螺栓螺紋連接，實(shí)現(xiàn)支撐單元的安裝。所述模型箱的右側(cè)安裝連通水箱的閥門(mén)，用于控制水箱2內(nèi)水位的升降。
[0007]進(jìn)一步地，所述支撐單元包括實(shí)心鋁桿、伸縮桿和支撐連接螺栓;所述實(shí)心鋁桿上開(kāi)有若干凹槽，一端具有內(nèi)螺紋口 ；所述伸縮桿為空心鋁管，伸縮桿上開(kāi)有若干螺紋孔;所述支撐連接螺栓穿過(guò)伸縮桿上的螺紋孔抵住實(shí)心鋁桿的凹槽，使得實(shí)心鋁桿和伸縮桿緊密連接。
[0008]進(jìn)一步地，所述支撐單元包括第一支撐桿、第二支撐桿和套筒;所述第一支撐桿的一端具有外螺紋;所述第二支撐桿的一端具有內(nèi)螺紋口，另一端具有外螺紋;所述套筒具有內(nèi)螺紋通道，一端螺紋連接第一支撐桿，另一端螺紋連接第二支撐桿。
[0009]進(jìn)一步地，所述模型箱框架由不銹鋼鋼條和不銹鋼鋼板焊接而成;所述鋼化玻璃通過(guò)建筑膠水安裝在模型箱框架內(nèi)側(cè);所述模型箱底板和反力板為不銹鋼鋼板;所述頂框由不銹鋼鋼條焊接而成;所述模型箱底座由工字鋼焊接而成;所述擋土墻為鋁板，其厚度由試驗(yàn)?zāi)M的擋土墻剛度計(jì)算得到;所述擋土墻支架為條狀鋁板;所述閥門(mén)為優(yōu)質(zhì)銅芯閥門(mén)。
[0010]進(jìn)一步地，所述模型箱框架和反力板通過(guò)四周點(diǎn)焊固定于模型箱底座。
[0011 ]進(jìn)一步地，所述水箱通過(guò)玻璃膠連接模型箱的內(nèi)壁。
[0012]進(jìn)一步地，所述帶通水孔的鋁板和水箱支架由水箱支架固定螺絲擰緊連接。
[0013]進(jìn)一步地，所述擋土墻在移動(dòng)過(guò)程中始終與鋼化玻璃保持垂直。
[0014]進(jìn)一步地，所述實(shí)心鋁桿的直徑、伸縮桿的壁厚、第一支撐桿的直徑、第二支撐桿的直徑和套筒的壁厚均由試驗(yàn)?zāi)M的內(nèi)支撐的剛度計(jì)算得到。
[00? 5]進(jìn)一步地，在模型箱內(nèi)填筑的試驗(yàn)土體采用標(biāo)準(zhǔn)福建細(xì)砂，通過(guò)砂雨法饒制得到。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0017]1、本發(fā)明中的水箱架設(shè)在模型箱內(nèi)，采用玻璃膠密封水箱與模型箱之間的縫隙，帶通水孔的鋁板使得水箱內(nèi)的水位與試驗(yàn)土體水位連通，可以通過(guò)調(diào)節(jié)