[发明专利]地基基础承载力破坏模型试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及地基承载力破坏模型试验装置，可用于高等教育土木工程类教学实验。

背景技术

地基基础承载力是土力学研究的一个基本重要课题，在土木工程专业教学中占据重要的学科地位。受地基承载力影响尤其是地下水位升降的影响导致建筑物发生倾斜甚至破坏的现象时有发生。然而由于承载力而导致的建筑物破坏过程，一般在工程实践中难以记录，不能满足课堂教学中的直观性。有必要开发一套模型试验装置，直观再现由于地基承载力失效而导致建筑物破坏的过程。根据调查国内多所科研院所及科技文献检索，尚未发现类似试验装置的报道。

发明内容

本发明针对地基承载力失效的问题，提供一种地基基础承载力破坏模型试验装置。

为达到上述目的，本发明的模型实验装置结构是：它包括一个有机玻璃模型试验箱，在模型试验箱底部填充有砂粒，填充高度为250～350mm，砂粒中竖立有多层建筑物模型和高层建筑物模型，在模型试验箱外另布置一个支架，支架上悬挂有有机玻璃水容器，水容器底部高度高于模型试验箱顶面，水容器通过管道与模型试验箱底部相通；为了防止砂粒进入管道，在模型试验箱底部铺有一层网片。

所述的砂粒是由粒径为0.25～0.5mm的中沙和粒径为0.1～0.25mm的细沙按照2∶1的体积比混合而成的。

所述的多层建筑物模型是一个空心有机玻璃方柱体，方柱体内填充有钢屑，填充量以控制模型自重不超过1.5kg。

所述的高层建筑物是在一个模型承载台上布置有空心有机玻璃方柱体，方柱体内填充有钢屑，填充量以控制模型自重不超过2kg，在模型承载台底部有模型桩作为支撑。

本发明的试验过程是：

第一步：首先准备安装好模型试验箱、支架和有机玻璃水容器及其附件；

第二步：把有机玻璃水容器悬挂于支架上，水容器底部高度高于模型试验箱顶面300～500mm，水容器内注水后，打开开关，使水由注水容器流入模型试验箱，当水注入模型试验箱内100mm高度时，关闭开关，并检查各接头处的密水性；

第三步：向模型试验箱内轻轻放入砂，砂层厚度为250-350mm，再打开开关，控制砂中水位高度为200mm；

第四步：放入多层建筑物模型和高层建筑物模型；

第五步：打开开关，采用缓慢、快速等方式继续向模型箱内注水，在注水过程中观察建筑物的稳定性变化。

本发明的优点是：

1)直观展示了地下水位上升导致的建筑物破坏过程；能揭示土力学教学中的一个重要原理“土的有效应力原理”。

2)同种情况下浅基础建筑物和桩基建筑进行比较，直观揭示了桩基础抵抗地下水位变化的有效性；

3)通过控制注水速度，直观展现建筑稳定性影响的因素：地下水位上升速度、上升高度等。

4)能把复杂的工程问题，变成直观的模型试验，该模型试验制作容易，成本低廉，利于实验室推广应用，产生较好的教学效果和经济效益。

5)该模型试验具有较好的可移动性、可操作性，能满足不同场合的教学使用。

总之，本发明属于与人们生活息息相关的土木建筑领域，对本领域技术人员来说，直观性较强，它再现了由于地基承载力实效导致建筑物破坏的全过程，满足了课堂教学中的直观性，为土木教学实验提供了一种前所未有的模型实验设备，也为本领域技术人员分析地基承载力实效导致建筑物破坏提供了有力的分析依据。具有突出的实质性特点和显著的进步，具备专利法第22条第3款规定的创造性。

附图说明

图1是本发明主视示意图。

图中：1-试验台，2-有机玻璃模型试验箱，3-多层建筑物模型，4-高层建筑物模型，5-有机玻璃水容器，6-开关，7-管道，8-支架，9-网片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式进一步说明本发明的技术方案。

如图所示，本发明它包括一个竖立在试验台1上的有机玻璃模型试验箱2，在模型试验箱2底部填充有砂粒，填充高度为250～350mm，砂粒中竖立有多层建筑物模型3和高层建筑物模型4，在模型试验箱2外另布置一个支架8，支架8上悬挂有有机玻璃水容器5，有机玻璃水容器5底部高度高于模型试验箱2顶面300～500mm，有机玻璃水容器5底部设置有开关6，并通过管道7与模型试验箱2底部相通；在模型试验箱2底部铺有一层网片9。

上述模型试验箱2的尺寸为600×400×400mm，它是由厚度10mm的有机玻璃制成。