[发明专利]一种可模拟地下水位动态变化的基坑模型试验装置

说明书

本发明公开了一种可模拟地下水位动态变化的基坑模型试验装置。该装置包括模型箱、水箱、挡土墙和内支撑。模型箱由模型箱框架、钢化玻璃、模型箱底板、反力板、顶框和模型箱底座组成；水箱设置在模型箱内的右上方，用于控制和观测土体中的水位变化；挡土墙通过挡土墙支架架设在模型箱内，其上可安装内支撑；内支撑顶紧反力板，由反力板提供支反力；模拟开挖完成后的基坑受地下水变化的响应情况，监测土压力、孔隙水压力的变化，探求开挖完成后的基坑受力和变形的变化规律。本发明结构合理，操作简便，可用于模拟地下水位动态变化对最危险开挖工况下的基坑受力和变形的影响，为相关基坑开挖模型试验和研究提供了一种有效手段。

技术领域

本发明涉及一种基坑模型试验装置，特别是涉及地下水位动态变化的最危险工况的基坑模型试验装置，可用于量测受地下水位动态变化引起的基坑土压力和孔隙水压力等的响应情况。

背景技术

近年来，城市建设快速发展，深基坑工程日趋增多，基坑工程面临深度深、平面规模大、周围环境复杂的新趋势。特别是在滨海、沿江地区的深基坑工程更是面临地下水丰富，施工环境复杂以及施工难度大等挑战，其中地下水作用引起的基坑变形和失稳问题在深基坑设计和施工中不断地被高度关注和重视。采用室内土工模型试验的方法模拟基坑开挖，在岩土工程领域得到了广泛的应用，但就如何通过基坑模型试验客观准确地模拟地下水动态变化下的基坑水土压力响应仍是迫切需要解决的问题。

目前基坑模型试验的土体多选用干砂，暂不考虑地下水的影响，主要研究基坑开挖土体的土压力和基坑的变形，但此类研究不适用于地下水作用的基坑开挖情况。考虑恒定潜水位作用的基坑模型试验，有研究(彭述权.砂土挡墙破坏机理宏细观研究[D].同济大学,2007.)采用薄膜通过电晕后涂抹环氧树脂的方法连接挡土墙和模型箱，该方法可获取试验土体中超静孔隙水压力、土压力和基坑变形数据，但薄膜电晕工艺较为复杂，挡墙位移较大时薄膜可能在移动过程中发生撕裂或由于土颗粒摩擦导致破损，无法顺利完成试验或进行重复试验。考虑地下水位变化影响的基坑模型试验，有研究(孙威.滨海地区深基坑性状的试验及理论研究[D].浙江大学,2015.)采用固定挡土墙的方法，该方法只能获得土体中超静孔隙水压力的变化情况，无法获得准确的土压力变化和基坑变形数据，与实际基坑工程在动态地下水位作用下的响应情况仍存在较大差异。因此，更为简便、准确地模拟地下水动态变化和可移动的挡土墙是滨海、沿江基坑开挖模型试验中需要解决的主要问题。

大量试验研究表明基坑开挖完成(基坑开挖到坑底)工况一般是基坑开挖的最危险工况。在实际工程中，众多的基坑变形过大或失稳破坏的情况也常常发生在基坑开挖完成这一工况。因此基坑开挖完成工况下的水土压力以及变形响应问题将成为模型试验研究中的重中之重。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了可模拟地下水位动态变化的基坑模型试验装置，解决了有效精确控制地下水位动态变化，及量测基坑最危险工况下的土压力、孔隙水压力，并确定基坑受力和变形的发展规律等问题。