[发明专利]一种基坑突涌演示仪及其基坑突涌实验研究方法

权利要求书

1.一种基坑突涌演示仪，其特征在于，包括演示仪箱体、蓄水箱和监测系统；

所述演示仪箱体为顶部开口的长方体结构箱体，演示仪箱体的底部为钢板，演示仪箱体的四面侧壁为有机玻璃，且四面侧壁的外部箍紧有铁条，用于增加演示仪箱体的承压能力；

所述演示仪箱体上开有两个箱体进水口、一个箱体排水口和一个测压口，箱体进水口、测压口分别设在演示仪箱体的侧壁上，箱体排水口设在演示仪箱体的底部，且箱体进水口、箱体排水口分别装有用于控制开启关闭的阀门；演示仪箱体的内部用于装设基坑模型，演示仪箱体的顶部装有网格支架，网格支架通过卡扣实现可拆卸地定位固定在演示仪箱体的顶部；

所述蓄水箱安装在导轨上，并连接有电机，蓄水箱能利用电机提供的动力，沿导轨进行升降，且能通过电机控制升降速度；蓄水箱内设有隔板，用于将蓄水箱内部分隔为蓄水区和排水区，且隔板高度为蓄水箱箱体高度的2/3；蓄水箱上开有一个蓄水箱进水口与四个蓄水箱排水口，蓄水箱进水口、蓄水箱排水口分别装有用于控制开启关闭的阀门；所述蓄水箱进水口设置在蓄水区的上方，一个蓄水箱排水口设置在排水区的底部，三个蓄水箱排水口设置在蓄水区的底部，且蓄水区底部的其中两个蓄水箱排水口分别通过塑料软管与演示仪箱体的两个箱体进水口连接；

所述监测系统包括测压管、位移百分表、应变片、应变监测仪；所述测压管为标有刻度的透明玻璃管，利用测压管支架垂直固定在演示仪箱体外部，测压管通过塑料软管与演示仪箱体的测压口连接，用于监测演示仪箱体内承压水层的实际水头高度；所述位移百分表的表盘固定在演示仪箱体顶部的网格支架上，并将位移百分表的测量头布置于基坑模型的工程桩模型顶部与桩间土表面，用于监测基坑底部土体与桩顶竖直位移；所述应变片埋设在工程桩模型的桩内，并通过导线采用半桥接法与应变监测仪连接，用于监测工程桩模型的形变。

2.根据权利要求1所述的一种基坑突涌演示仪，其特征在于，所述演示仪箱体上测压口的高度高于箱体进水口的高度；测压管的高度大于蓄水箱的水头最大高度。

3.根据权利要求1所述的一种基坑突涌演示仪，其特征在于，所述演示仪箱体上的箱体进水口、测压口、箱体排水口处都设置有滤网，用于防止土体堵塞管道。

4.根据权利要求1所述的一种基坑突涌演示仪，其特征在于，所述蓄水箱中的隔板与蓄水箱的底部垂直设置。

5.根据权利要求1所述的一种基坑突涌演示仪，其特征在于，所述蓄水箱的升降范围满足：

蓄水箱降至高度最低时，蓄水箱内部的水位高度能低于演示仪箱体上箱体进水口的高度；

蓄水箱升至高度最高时，蓄水箱内部的水位高度能高于演示仪箱体的高度。

6.根据权利要求1所述的一种基坑突涌演示仪，其特征在于，所述基坑突涌演示仪还包括基坑模型，基坑模型包括砾石层、软土层、围护桩模型、工程桩模型；

所述砾石层铺设在演示仪箱体内部的下层，且砾石层顶部在靠近演示仪箱体四周处，涂有用于减少接触面渗透的防水硅胶；

所述软土层采用经固结后的软土，软土层铺设在砾石层的上部；

所述围护桩模型是指经过等比例缩小的所模拟工程的围护桩模型，围护桩模型的布置位置按照所模拟工程进行布置；

所述工程桩模型是指经过等比例缩小的所模拟工程的混凝土工程桩模型，工程桩模型的布置位置按照所模拟工程进行布置。

7.根据权利要求6所述的一种基坑突涌演示仪，其特征在于，所述砾石层的层顶高度高于箱体进水口的高度，并与测压口的高度相同。

8.根据权利要求6所述的一种基坑突涌演示仪，其特征在于，所述测压管的零刻度位置与砾石层的顶部处于同一水平位置。

9.根据权利要求6所述的一种基坑突涌演示仪，其特征在于，所述工程桩模型每一个水平截面均匀布置4片应变片，每一根工程桩布置3个截面。

10.基于权利要求1所述的一种基坑突涌演示仪的基坑突涌实验研究方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤A：制作围护桩模型与工程桩模型，并在制作工程桩模型时预先将应变片编号完毕后埋入工程桩模型内；

步骤B：向演示仪箱体内部铺设下层的砾石层，保证层顶平整，砾石层的高度高于箱体进水口的高度；

步骤C：向演示仪箱体内部铺设上层的软土层，且分层夯实以模拟实际土质情况；布置围护桩模型、工程桩模型与位移百分表；

步骤D：将蓄水箱、测压管连接到演示仪箱体，将应变片连接至应变监测仪；

步骤E：将蓄水箱降至最低高度后开始注水，当水位达到平稳后，即测压管中的实际水头高度保持稳定，不再变化时，提升蓄水箱，通过测压管读出实际水头高度；在实验持续阶段，箱体排水口应处于开启状态以保持砾石层中有流动的承压水；

步骤F：当达到实验结束条件中的任意一种情况时，实验研究结束；

所述实验结束条件包括：条件1)水头高度稳定在预先设定的目标高度，即测压管中的实际水头高度稳定在预先设定的目标高度，并持续1小时，位移百分表及应变片读数基本保持不变；条件2)水头高度在达到预先设定的目标高度前，基坑模型发生突涌；条件3)工程桩模型因桩顶位移过大而发生失稳破坏，或者因桩身应变过大而发生断裂破坏；

步骤G：实验结束后，关闭蓄水箱进水口，打开蓄水箱排水口与演示仪箱体排水口进行排水，将水排干后，回收围护桩模型、工程桩模型、砾石、软土。