[发明专利]模拟隧道开挖对桩基影响的试验装置及方法

说明书

本发明提供一种模拟隧道开挖对桩基影响的试验装置，该试验装置包括：试验箱体装置，包括试验箱体和地层结构；桩基模型，具有桩身和呈尖锥形的桩靴；隧道开挖模拟装置，包括中空的不锈钢筒、多个橡胶环以及多个钢杆，每个所述钢杆具有用于拉拽的牵拉端，通过拉拽所述牵拉端能够将与钢杆对应的橡胶环逐个从所述试验箱体中牵拉出；量测装置，包括激光器、计算机、支架以及至少两个工业相机，所述工业相机用于采集所述桩基模型经照射的视场内的地层结构在变形前后的图像数据，所述计算机与所述工业相机电连接，用于通过所述图像数据获得所述地层结构中的透明土的土体颗粒的移动变化规律。本发明还提供一种模拟隧道开挖对桩基影响的试验方法。

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，具体地，涉及一种模拟隧道开挖对桩基影响的试验装置以及一种模拟隧道开挖对桩基影响的试验方法。

背景技术

在隧道开挖施工过程中，由于地层损失而产生的地层位移可能使得隧道周围的建筑物桩基产生一定的沉降或倾斜，若控制不力则极易造成建筑物的开裂倾斜等问题，影响其正常使用，并可能带来生命和财产的严重损失。因此，控制好地层沉降位移，探究出土体与周围建筑物、桩基的相互作用，避免隧道开挖引起的灾害事故，是地铁隧道工程中迫切需要解决的问题，通过一种试验装置及试验方法，对桩基周围土体的变形特性和力学行为进行监测，为研究桩基的沉降倾斜机理提供充分的数据资料，对隧道开挖中桩基变形的预测给予科学的指导是具有重要意义的。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟隧道开挖对桩基影响的试验装置及一种模拟隧道开挖对桩基影响的试验方法，能够通过室内的试验模型模拟实际工程中隧道开挖对桩基的影响，得到隧道开挖过程中桩基附近土体的移动变化规律，结构和操作简单、准确性良好、造价低、可重复使用。

本发明提供的模拟隧道开挖对桩基影响的试验装置包括：试验箱体装置，包括试验箱体和地层结构；所述试验箱体为单开口中空立方形箱体结构，包括构成试验箱体底面的工作平台以及构成试验箱体侧壁的多个透明玻璃板，在其中两个相对设置的透明玻璃板上分别开设有作为隧道孔洞的通孔，所述通孔的中心线重合且中心线与地面平行，在其中一块透明玻璃板的靠近所述工作平台的边缘位置处开设有过滤排水口；所述试验箱体内填加有所述地层结构，所述地层结构由透明土以及填加在透明土的孔隙中的溴化钙溶液构成；

桩基模型，具有桩身和呈尖锥形的桩靴，所述桩基模型由桩靴作为插入端垂直插入在所述地层结构中；

隧道开挖模拟装置，包括中空的不锈钢筒、多个橡胶环以及多个钢杆；所述多个橡胶环通过多个钢杆串接并套装在所述不锈钢筒上，所述不锈钢筒的两端分别通过对应的通孔安装在所述试验箱体中，每个所述钢杆具有用于拉拽的牵拉端，通过拉拽所述牵拉端能够将与钢杆对应的橡胶环逐个从所述试验箱体中牵拉出；

量测装置，包括激光器、计算机、至少两个支架以及至少两个工业相机；所述激光器固定安装在所述试验箱体的上方，用于照射所述桩基模型周围预定范围内的地层结构，所述工业相机通过安装在所述支架上布置在所述试验箱体的外侧，用于采集所述桩基模型经照射的视场内的地层结构在变形前后的图像数据，所述计算机与所述工业相机电连接，用于通过所述图像数据获得所述地层结构中的透明土的土体颗粒的移动变化规律。

优选地，每个橡胶环的侧壁上沿轴向开设有至少两个对称设置的串接通孔，所述多个橡胶环由穿过每个橡胶环的串接通孔的多根钢杆串接，且每个橡胶环的串接通孔位置处均固定有对应的钢杆，以使得通过拉拽所述钢杆的牵拉端能够将橡胶环逐个从所述试验箱体中牵拉出。

优选地，套装有所述多个橡胶环的不锈钢筒的外径等于作为隧道孔洞的所述通孔的孔径。

优选地，所述通孔朝向所述试验箱体的外侧孔口位置处粘结有硅胶垫片。

优选地，所述不锈钢筒的长度大于所述两个通孔的中心点之间的距离。

优选地，在所述橡胶环的外表面裹覆有塑料膜。