[发明专利]一种模拟不同抗弯强度的预设断面支护桩试验装置在审

专利信息
申请号: 201710799735.9 申请日: 2017-09-07
公开(公告)号: CN107761785A 公开(公告)日: 2018-03-06
发明(设计)人: 郑刚;李溪源;程雪松;雷亚伟 申请(专利权)人: 天津大学
主分类号: E02D33/00 分类号: E02D33/00
代理公司: 天津市北洋有限责任专利代理事务所12201 代理人: 刘子文
地址: 300350 天津市津南区海*** 国省代码: 天津;12
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摘要:
搜索关键词: 一种 模拟 不同 抗弯强度 预设 断面 支护 试验装置
【说明书】:

技术领域

发明涉及岩土工程中的一种试验装置,具体地,为一种模拟基坑中若干根支护桩破坏造成基坑连续垮塌的装置,通过此装置可以得出基坑连续破坏的传递机理。

背景技术

近些年国内外发生了大量重大的基坑垮塌事故,例如新加坡、杭州、科隆等地,造成了非常严重的损失。根据这些事故发现,基坑的失稳破坏是一个非常复杂的过程,尤其在基坑深、大、平面形状不规则或支护结构复杂的情况下,其破坏则可能是由某一种局部破坏引起,进而发展演变为多种破坏的模式,也可能是由局部支护结构破坏或局部土体失稳引起,进而引起周边支护结构直至大范围倒塌的模式,即深基坑的垮塌过程是一个连续破坏过程。

根据新加坡Nicoll Highway地铁基坑事故破坏过程的记录可以发现,长近百米的基坑垮塌是从局部最薄弱的位置(即66kV电缆通过处地连墙存在缺口的位置)开始的。事发当天,地连墙缺口处第九道撑(S335)的围檩和支撑首先脱开,并导致此处地连墙发生垮塌,破坏停止2分钟后,坍塌开始沿基坑长度方向发展,直至垮塌至100m之外。大量基坑事故发生后,许多事故的调查和总结仍然会忽略事故的连续破坏机理。

在结构工程领域,针对多高层建筑、大跨结构以及桥梁等建构筑物在爆炸、地震、火灾、撞击等突发情况下的连续倒塌研究已经较为成熟,研究手段也很丰富,包括理论推导、模型试验及数值模拟等,同时很多国家和地区均对上部结构的抗连续倒塌设计制定了相关的规范和指导性文件。与结构工程中连续破坏问题的研究已经取得显著进展相比,目前岩土工程领域连续破坏的研究还很少,并且还未引起应有的重视。

目前的基坑稳定破坏模式(整体稳定破坏、倾覆破坏、坑底隆起破坏和踢脚破坏等)显然已经无法反映深基坑连续破坏的特点与机理,同时也无法为其控制方法的研究提供足够的支撑,因此,对深基坑连续破坏这种重大地下工程灾害的产生与演变机理进行深入研究极为有必要,只有揭示了局部破坏引发的破坏沿基坑深度、宽度、长度方向的传递发展机理和自然终止机理,并建立评价基坑连续倒塌可能性的量化评价指标和评价方法,才能提出防止基坑支护结构抗连续倒塌的理论和设计方法。

由于深基坑的连续破坏是一个大变形、非线性、多场耦合的问题,现有的极限平衡法、极限分析法、常规弹塑性有限元法及强度折减法等方法大都只能涉及到基坑即将破坏的临界状态,至于破坏开始后的发展与演变,这些传统方法就很难模拟和描述了。因此,为了研究深基坑的连续破坏,合理的大变形计算方法与模型试验等连续破坏研究手段也急需探索。

目前已通过大型物理模型试验、数值模拟的研究,以及通过设置可断的支护桩模拟了基坑局部垮塌的过程,发现基坑局部垮塌会引起相邻支护桩弯矩一定倍数的增长,但前期试验所用的矩形PVC桩强度太大,无法模拟基坑连续倒塌的过程,需进一步探索试验方法,以模拟基坑连续倒塌的过程。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足,解决模型试验中模拟由基坑局部支护桩破坏而引发基坑支护桩沿长度方向连续破坏的问题,提供一种模拟不同抗弯强度的预设断面支护桩试验装置,本发明能够在基坑开挖阶段作为普通支护桩正常工作,在预设的可断支护桩断裂后能模拟基坑连续破坏的过程。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的:

一种模拟不同抗弯强度的预设断面支护桩试验装置,用于模拟基坑支护桩连续破坏的过程,包括预制断桩、垫片、螺母、带眼尼龙螺栓、铰链紧固件、铰链和钢丝绳,所述预制断桩中部通过预设桩断面分为上半截桩和下半截桩,位于基坑内侧的上半截桩和下半截桩之间通过所述铰链紧固件和铰链相连接,位于基坑外侧的上半截桩和下半截桩上分别安装所述带眼尼龙螺栓,所述钢丝绳穿过所述带眼尼龙螺栓的螺栓眼并通过所述垫片和螺母固定。

进一步的,通过预制断桩在基坑内侧和基坑外侧的受力不同,分别分为受压侧和受拉侧。

进一步的,通过调整所述试验装置数量可模拟不同数目支护桩的同时破坏试验。

进一步的,所述预制断桩是由铝质、铁质、不锈钢或PVC其中的任何一种材料构成的矩形结构。

与现有技术相比,本发明的技术方案所带来的有益效果是:

1.通过预设截断面,并将两截断桩的受压侧利用铰链连接,而受拉侧利用细钢丝绳连接,模拟了排桩支护结构在初始局部支护桩破坏引发临近支护桩的破坏,实现了连续破坏的模拟。

2.通过调节钢丝绳的抗拉强度模拟支护桩的极限抗拉强度,可结合实际工况并根据实验需求调节支护桩的强度,并实现支护桩在水平土拱效应下由局部破坏引发的连续破坏。

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