[发明专利]基于简易土工离心机的模拟基坑开挖内支撑实验方法及其专用夹具

说明书

技术领域

本发明涉及土工离心机模型试验和深基坑工程，特别是土工离心机模型试验模拟深基坑开挖的内支撑夹具。

背景技术

深基坑是深基础和地下建筑物施工前在拟建场地开挖的大型零时结构物。在基坑开挖的过程中，由于地基土体影响范围内的应力重分布，坑壁发生向坑内的侧向位移。侧向位移过大可能导致坑壁坍塌或者影响周围建筑物的正常使用。在城市大型地下空间结构物，如地铁车站、地下停车场、地下商场等的施工过程中，受场地面积的限制，放坡开挖以控制侧向位移难以实现。因此，采用一定的基坑支护形式是保证基坑开挖安全的必要手段。

在深基坑工程中，常用的支护形式有：钢板桩支护、土钉墙支护、预应力锚索支护、钢梁或者混凝土梁支护、地下连续墙等。采用钢横梁或者钢筋混凝土横梁作为内支撑的支护形式常用于大断面深基坑开挖，这种支护形式能够很好的控制横向位移的发展，保证周围临近建筑物的横向位移在允许范围内。因此，合理的计算侧向土压力作用下横向位移是内支撑支护设计的关键。

土工离心模型试验作为一种可再现土体原始应力状态的试验方法，能够模拟各种岩土工程工况，已在土力学和岩土工程的各个领域得到广泛的应用。国内运用离心模型模拟基坑开挖时，一般都在重力场下开挖，与实际工况不符。同济大学地下建筑与工程系岩土工程重点实验室^[1]等单位开发研制了基于液压自动控制的内支撑基坑全过程施工模拟开挖系统，通过分时排放规定高度的代土液体来模拟土体分层开挖，并通过支撑杆锁定装置模拟对挡土墙进行适时支撑。该套系统采用代土液体代替现场土体，不能很好的模拟和反映现场的开挖工况；支撑结构采用液压装置，装置较复杂，而且液压系统在高离心力作用下可能发生漏液，影响试验结果。

发明内容

鉴于目前所运用的离心模型开挖技术的不准确性和复杂性，本发明的目的是提出一种能模拟采用内支撑结构作为支护方式的试验方法，并提出提出一种简易土工离心机模型试验模拟深基坑开挖的内支撑夹具。

本发明解决技术问题的具体技术方案是

基于简易土工离心机的模拟基坑开挖内支撑实验方法，在土工离心机上模拟基坑开挖内支撑工况,模型箱由支撑板将未开挖的土体分为左右两部分,采用如下的手段模拟实验条件:

实验开始前:在左部分未开挖的基坑场地内土体分层设置支撑机构,位移检测装置,同一水平面的支撑元件构成一道支撑元件,两相邻水平面的两道支撑元件间的土体构成一被测土体层,如此通过设置多层的支撑元件而构成多个土体层;

实验开始后,竖向分层逐层开挖左部土体,并逐层调节支撑机构使之顶紧支撑板,同时由置于下一级土体层内的位移检测装置采集支撑板的位移，开始离心机试验直至位移稳定后停止试验，将模型箱取出;然后进行第二层土体的开挖，并将第二道内支撑元件调节支撑元件使之顶紧支撑，然后进行第二层土体开挖后的离心机试验;如此往复，直至开挖至最后一层土体。

与以上实验方法相配合的装置是：

简易土工离心机的模拟基坑开挖内支撑夹具,置于模型箱内支撑板（7）与支模型箱（8）的箱璧之间，由可调节支撑机构及位移检测装置组成,所述可调节支撑机构由固定板1和置于固定板上的多道内支撑螺杆组成,每道内支撑螺杆具有由同一水平面设置的多个可调节支撑螺杆;所述可调节支撑螺杆具有置于固定板上的内支撑螺杆2和套置在其端头的外旋螺母3；固定板的相邻两道内支撑螺杆间设置了位移检测装置。

采用本发明基于简易土工离心机的模拟基坑开挖内支撑实验方法及其专用夹具。实验操作性强，拆装方便，能够模拟现场的开挖工况，为深基坑基坑开挖的现场施工提供可靠的试验依据。本发明用于模拟深基坑的开挖，与现有的模拟技术相比，其优点在于：能够精确测量基坑开挖过程中各工况阶段的侧向位移，此测量能用于指导实际的基坑开挖。此发明用于模拟基坑开挖工况与实际工况相同，这确保了模拟试验的准确性；工作原理简单，装置简易，安装操作方便，可依据不同的模型箱尺寸和不同的工程实例制造内支撑螺杆焊接位置不同的夹具。

附图说明

图1是本发明的侧立面图。

图2是本发明的左立面图。

图3是本发明实施例中和模型箱的安装示意图。

图中：1-固定板；2-内支撑螺杆；3-外旋螺母；4-位移计支撑螺杆；5-激光位移计；6-固定用螺栓孔；7-支撑板；8-模型箱；9-固定螺栓；10-土体材料。