[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

说明书

技术领域

本发明是关于基坑突涌研究领域，特别涉及一种基坑突涌演示仪及其基坑突涌实验研究方法。

背景技术

近年来，随着我国城市地下铁道、高层建筑、人防工程等基础设施的迅速发展，深基坑工程日益增多，深基坑工程开挖施工的地质条件和环境也日益复杂，其工程事故率和损失也越来越大。而在深基坑工程中，地下水防是治一项事关全局的工作，特别是在沿海地区，地下水是导致基坑工程事故最直接的原因之一。根据统计，约有一半以上的基坑事故与地下水有关。

地下水按其埋藏条件一般包括上层滞水、潜水和承压水这三类。其中，承压水是地表以下充满于两个稳定隔水层之间承受静水压力的含水层中的重力水，承压水常分布于松散地层，埋藏于场地下部，具有承压性，承压力大小与该含水层补给区与排泄区的地势有关；水量由含水层或含水构造的性质、渗透性等决定。软土地区承压水基坑突涌模式主要有3种：接触面涌水涌砂破坏、整体顶升破坏和隔水层表面砂沸破坏。

然而，回顾承压水基坑抗突涌稳定分析方法的研究现状，我们可以发现：①传统的压力平衡法在评判承压水基坑突涌稳定性时，只考虑了承压含水层顶隔水层土体自重力引起的抗力，没有考虑隔水层土体内聚力、摩擦力，其计算结果不合理。②均质连续构件分析法，将坑底隔水层土体假定为均质线弹性梁、板单元来分析。实际工程中，软土地区坑底承压含水层以上的隔水层为非均质、成层分布的非弹性土体，而且当隔水层厚度与基坑跨度之比较大时，简化成梁、板单元分析显然不合理。③均质连续体法，假设突涌破坏体为均质方柱体或圆柱体，这一假定与软土地区承压水基坑突涌破坏形式相差较大。实际工程中，基坑突涌破坏形式，要么为坑底被承压水水头压力顶破，出现网状或树枝状裂缝；要么为坑底发生流砂、流土或类似于“沸腾”的喷水冒砂现象。

因此，对于某一特定基坑在承压水作用下发生何种形式的突涌，突涌的内在机制研究，无论是学术界还是工程界都是亟待解决的关键问题。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种能填补目前关于基坑突涌研究领域空白的基坑突涌演示仪及基坑突涌实验研究方法。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种基坑突涌演示仪，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(厚度大于10mm的)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可拆卸的网格支架，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(水头高度是指隔板高度与蓄水箱底部至演示仪箱体底部垂直距离之和，而根据达西定律，水在砾石层中渗流会损失水头高度，因此需要测出实际的水头高度)；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(应变片与应变监测仪间的导线不应触碰基坑模型其余部分)，用于监测工程桩模型的形变。

在本发明中，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。

在本发明中，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。