[发明专利]爆破荷载下基坑施工过程稳定性研究模型试验系统及方法

权利要求书

1.爆破荷载下基坑施工过程稳定性研究模型试验系统，其特征在于：包括：试验模型的制作系统、模型卸载系统、加载系统、模型检测系统；所述试验模型的制作系统包括以现场工程基坑为原型的试验模型箱(3)、箱体内壁粘贴的海绵(4)以及箱内分层锤击夯实的岩土相似材料，模型卸载系统包括试验箱模型基坑开挖工具用于对试验箱模型参照现场工程基坑开挖，所述加载系统包括放置在试验模型箱(3)外一侧的摆锤装置以及安装在模型箱外所述一侧的频率调节器(2)；通过摆锤击打频率调节器(2)来模拟爆破振动波的效果，所述模型检测系统包括，在试验模型箱制作时埋置在边坡坡顶到边坡底部、坡脚、基坑周边地表及岩土相似材料中的多个应变片(5)以及多个微型压力盒(6)、预先埋置在岩土层中的加速度计(7)、安装在模型箱顶部岩土相似材料与海绵分界位置的多个激光测距仪(9)、对称安装在模型箱上表面左右两侧开挖位置处的两个千分表(8)、安装在模型箱岩土相似材料底部的爆破振动测速仪传感器(13)、固定在模型箱正前方的高速摄像机以及一台用于输出包括应变数据、土压力、加速度和振动速度的计算机。

2.如权利要求1所述爆破荷载下基坑施工过程稳定性研究模型试验系统，其特征在于：所述摆锤装置包括摆锤(1)、摆臂、传动轮、传动装置(10)、伺服电机(11)、伺服控制器(12)、门字形钢架；所述摆臂的一端安装摆锤，另一端安装在钢架上横梁中间位置，摆臂在钢架的安装位置处左右两侧依次对称安装有传动轮、传动装置(10)以及伺服控制器(12)，所述传动轮紧挨着所述摆臂在钢架的安装位置，所述传动轮、传动装置(10)以及伺服控制器(12)安装在与摆锤摆动面垂直的横梁上，伺服电机(11)设置在钢架横梁上表面，通过伺服控制器(12)来控制伺服电机(11)的转矩及速度，伺服电机(11)控制传动装置(10)及传动轮，通过传动轮转动进而改变摆锤(1)的摆动速度，使摆锤敲击模型箱外部安装的频率调节器(2)，达到模拟爆破振动波的效果，频率调节器(2)用来调节爆破荷载的频率。

3.爆破荷载下基坑施工过程稳定性研究模型试验方法，其特征在于：包括以下操作步骤：

1)制作试验模型：基于现场工程边坡与基坑之间的空间相对关系，并考虑模型试验相似理论和模型试验的可操作性，得出模型相似材料以及基本物理量相似比，根据所研究基坑开挖工程应力重分布影响范围，通过模型相似理论确定模型箱的规格与尺寸，并依据模型箱使用相似材料模拟岩土体来制作试验箱基坑的二维平面应变模型；

2)模型卸载：参照现场基坑开挖步骤对模型进行分层开挖，按比例将需要开挖的部分轮廓画出并开挖卸载；直至完成了整个试验箱基坑模型的开挖；

3)加载试验模型：加载过程分为两个部分：①加载前对爆破参数校核，调整摆锤的摆击频率和频率调节器，使其振动速度、作用频率、作用时间满足爆破应力波要求；②基坑开挖过程中荷载加载：对基坑进行分层开挖，每开挖一层用摆锤按照校核后的功率敲击模型箱外部左侧安装的频率调节器模拟爆破振动，从而研究基坑开挖过程中边坡的稳定性；

4)模型试验测试与数据记录：通过控制频率调节器调节爆破频率进行加载测试，获取在不同爆破振动速度作用下基坑开挖过程中边坡的稳定性变化规律。