[发明专利]离心场中微型基坑自动加支撑系统

说明书

技术领域

本发明属岩土及地下工程中的基坑工程领域，具体涉及一种在离心场中微型基坑自动加支撑系统。

背景技术

软土地层中的基坑工程施工技术复杂、风险性大。特别是近些年随着地铁建设及高层建筑的发展，基坑开挖深度越来越深，与临近建筑物间距越来越小，对基坑工程本身的安全和对环境的影响提出了更高要求。控制基坑对周围影响的关键因素之一为基坑支撑对挡墙及墙后土体的变形控制作用。实际工程中基坑支撑的作用机理及对支撑设计的优化得到了越来越高的重视。离心模型试验是一种岩土工程领域先进的物理模拟手段，能够真实再现现场的土体应力水平，非常适用于基坑工程研究，可以为实际工程建设提供重要依据，并可以通过离心试验分析变形机理，提高基坑工程的理论研究水平。但是现有的离心场中基坑施工模拟方式的土体的应力水平及应力路径与实际工程均存在着一定的差别，并且难以在高g值的离心场下模拟基坑的施工过程，使试验结果产生很大误差，因此亟需开发出一套新型的基坑自动加支撑的模拟方式来再现实际基坑工程施工情况。

国内外关于离心试验模拟基坑加支撑的方式主要有停开机加支撑方式和排放高密度液体方式两种。停开机方式是预先制作好模型，安装后施加离心力，待稳定后停机，在常规重力场内实施开挖及加支撑的操作，达到预定的深度后重新开机施加离心力，待稳定后再重复该动作进行下一步开挖及支撑，直至到达基底标高。这种方法操作简单直观，但存在的不足之处为：由于停机，对整个模型有个卸载再加载的过程，土体应力路径与实际有所差别。另一种模拟方式是排放高密度液体模拟基坑开挖，即在预先挖好的空间内注入密度相当于土的容重的高密度溶液，在稳定的离心场中通过将溶液抽出模拟基坑开挖的卸载效用。该方法的优点是简化基坑施工的复杂过程，可以反映基坑开挖卸载过程，试验较为简单，易于控制，存在的不足之处为不能模拟基坑加支撑过程，并且土体的侧压力系数与实际土体情况有差异。

发明内容

本发明的目的在于提出一种离心场中微型基坑自动加支撑系统，以实现在高度稳定的离心场中完成基坑内土体的分层开挖后对挡墙进行加支撑的过程。

本发明提出的离心场中微型基坑自动加支撑系统，由基坑模型系统、基坑开挖系统和基坑支撑系统构成，其中：

基坑模型系统由模型箱1、挡墙2与隔板3构成，模型箱1为中部空心的长方体结构，挡墙2垂直位于模型箱1内，挡墙2上设有挡墙凹槽5，顶端设有挡墙凸起6，隔板3固定于模型箱1内，隔板3由固定部7和分离部8构成，固定部7底部与底板40一侧垂直焊接，底板40另一侧与侧向铁板41垂直焊接，呈U字形结构，起稳定作用；分离部8由8块挡片9构成，每排两块，共四排，相邻的挡片9间的接触面处设有凹凸榫10，同一行的挡片9通过固定杆11相连，在土层制备时用固定杆11将分离部8固定住；

基坑开挖系统由刮刀12、牵引装置13及开挖油路14构成，刮刀12呈倒T型，下部为刀片15，刮刀12与牵引装置13连接，牵引装置13包括竖向千斤顶16和水平向千斤顶17，竖向千斤顶16和水平向千斤顶17均连接开挖油路14，由开挖油路14提供动力并进行控制，开挖油路14由离心机总系统控制；

支撑系统由油缸18、支撑支架19、支撑件21和支撑油路构成，支撑油路包括支撑顶进油路和支撑回撤油路，支撑支架19为两个，两个支撑支架19的一端分别固定于支架底板28两端，支架底板28位于模型箱1内底部一侧，油缸18的两端分别固定于两个支撑支架19上，支撑件21通过油缸18的活塞杆连接油缸18，油缸18两侧分别设有顶进压力进口31和回撤压力进口32，顶进压力进口31连接顶进支油管22，顶进支油管22通过电磁阀23连接顶进分油管33，顶进分油管33连接总油管24，总油管24通过针型阀25、压力测量计26连接支撑顶进油路，回撤压力进口32通过回撤支油管连接支撑回撤油路。

本发明中，支撑件21沿基坑深度方向分布有4道，每道由水平方向并行的2个支撑件21构成，每个支撑件21均连接相应的油缸18的活塞杆。

本发明中，支撑顶进油路27及支撑回撤油路分别连接离心机总系统控制器。

本发明中，固定部7、支架底板28、挡墙一侧的支撑支架19以及模型箱两侧面形成一长方体区域为集土阁30，开挖的土在刮刀作用下落入集土阁30内。

本发明中，模型箱1前侧面采用有机玻璃面4，便于标注与摄像，其余5个面均可拆卸，6个面的连接处采用密封条密封。