[发明专利]模拟波浪荷载作用下临海基坑动态响应模型试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种海洋基坑工程中土压力、孔隙水压力测量的试验装置，特别是涉及波浪要素变化的临海基坑主被动侧土压力以及孔隙水压力响应的模型试验装置，可用于量测不同基坑开挖宽度、不同基坑开挖深度、不同挡墙入土深度以及不同挡墙、防波堤间距下临海基坑主被动侧土压力值和孔隙水压力值。

技术背景

随着沿海城市发展，越来越多的高层建筑、地下空间开发项目、跨海隊道、跨海大桥等重大工程投入建设,随之而来的是大量沿海深大基坑的开发与建设。研究发现波浪作用下海床内的孔隙水压力对工程受力和变形的影响,海洋建(构)筑物的失稳和破坏与海床内的孔隙水压力有着非常重要的关联。在波浪循环荷载的作用下,临海深基坑周围土体内产生不断累积并震荡的孔隙水压力,孔隙水压力的波动幅值和累积量对临海深基坑的变形及稳定性有着非常重要的影响。但是我国现有的临海工程设计中,仅考虑了波浪直接传递给海床及建(构)筑物的荷载,而未考虑波浪作用下海床内的孔隙水压力对工程受力和变形的影响。这使得临海基坑设计与实际情况相比可能趋于保守而使得项目建设费用高昂，也可能因为忽略了孔压累积的作用而使得工程存在安全隐患。

发明内容

为了克服已有临海基坑设计上的不足，本发明提供了可以模拟波浪荷载作用下临海基坑动态响应模型试验装置，实现了在不同波浪要素作用下，通过控制不同基坑开挖宽度、不同基坑开挖深度、不同挡墙入土深度以及不同挡土墙、防波堤间距，研究临海基坑主被动侧水土压力响应及规律。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种模拟波浪荷载作用下临海基坑动态响应模型试验装置，该装置置于波浪槽中进行试验，该装置包括模型箱、支撑钢架、引流斜坡和量测系统四个部分；所述量测系统包括微型土压力盒、孔压传感器和浪高仪；所述模型箱由模型箱框架、模型箱底板、模型箱左侧板、模型箱右侧板、钢化玻璃、吊环、挡土墙、防波堤和传感器固定支架组成；所述模型箱框架由铁条焊接而成；所述模型箱底板、模型箱左侧板和模型箱右侧板均由铁板制成并焊接到模型箱框架上；所述模型箱右侧板与模型箱顶部之间具有矩形开口；所述钢化玻璃通过结构胶粘贴在模型箱框架上；所述吊环安装在模型箱框架四个角上，用于吊装模型箱；所述挡土墙包括铝合金板，铝合金板的两侧中下部分别铆接尼龙板A、尼龙板B，铝合金板的上部固定横截面为L形的角钢，挡土墙通过角钢搁置于模型箱框架顶部，挡土墙和模型箱左侧板通过刚性支撑连接；所述尼龙板A和尼龙板B上均钻有圆形孔洞，圆形孔洞内安置微型土压力盒；所述防波堤横截面为一直角梯形，由有机玻璃板材通过玻璃胶形成整体，搁置在海床上，海床由土样在模型箱内按设计要求填筑而成；所述防波提前方水域悬挂浪高仪；所述传感器固定支架由圆柱形细长铁杆点焊于正方形薄铁板中央，放置于模型箱箱底板上的不同位置，所述传感器固定支架上车有凹槽，凹槽上安置孔压传感器；所述支撑钢架由方钢焊接而成，放置在模型箱底部，用于支撑模型箱；所述支撑钢架上钻有螺纹孔，螺纹孔处安装吊环；所述引流斜坡由斜坡框架、斜坡面板、两块有机玻璃板以及减震棒组成；所述斜坡框架由铁块、铁条焊接而成；所述斜坡面板为一整块铁板，焊接在斜坡框架上，与水平面成1:5～10的斜坡；所述有机玻璃板与斜坡框架铆接，两块有机玻璃板之间通过连接铁条铆接相连；所述减震棒由减震棒主体和尼龙帽组成，减震棒主体一端削去2厘米长半圆柱，用于卡住有机玻璃板，另一端与圆柱形尼龙帽相连，抵住波浪槽，减震棒用于稳定引流斜坡，防止引流斜坡在引导波浪时产生抖动；所述模型箱右侧板与模型箱顶部之间具有矩形开口，所述引流斜坡与模型箱通过矩形开口连通。

进一步地，所述铝合金板上从上到下依次开有以2行2列为一组，共三组一厘米深的孔洞，用于安插刚性支撑，可以根据实验需要选用不同组别的孔洞用于模拟不同的入土深度，也可以调节挡土墙模型箱左侧板的距离，模拟基坑不同开挖宽度；

进一步地，所述防波堤可以放置在海床不同位置上用于研究防波堤到挡土墙不同的距离产生的影响。

进一步地，所述尼龙板A和尼龙板B上均钻有阵列式圆形孔洞。

进一步地，所述微型土压力盒和尼龙板A以及尼龙板B厚度一致，微型土压力盒信号传输线通过尼龙板A和尼龙板B上刻有的线槽引出，连接到数据采集仪和微型土压力盒供电装置上。

进一步地，所述挡土墙和钢化玻璃之间的缝隙利用玻璃胶密封，防止水通过缝隙从主动侧渗流到被动侧；铝合金板、尼龙板A和尼龙板B底部用玻璃胶密封，防止水渗透到三块板之间的缝隙，影响土压力盒工作；所述防波堤和钢化玻璃之间的缝隙利用结构胶密封，防止水从防波堤外侧通过缝隙渗透到防波堤内部。