[发明专利]一种模拟基坑被动区加固的试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种模拟基坑被动区加固的试验装置及方法，包括试验箱、支撑构件、加固构件和测试单元；所述试验箱可以模拟土体结构；所述支撑构件可以对土体施加或卸除预应力；所述加固构件可以实现基坑被动区土体加固；所述测试单元设置在回填土表面、挡土墙表面、支撑构件上，用来监测地表沉降以及挡土墙侧向位移、开挖过程中挡土墙两侧土压力变化情况、挡土墙以及支撑构件的应力应变。本发明可以模拟基坑被动区加固后土体开挖和加撑过程，能够很好地模拟内支撑的支护作用和被动区加固的加固效能，通过监测得到支护结构和基坑周边环境应力与变形情况；本发明结构简单、操作方便，便于推广使用。

技术领域

本发明涉及岩土工程领域，尤其涉及一种模拟基坑被动区加固的试验装置及方法。

背景技术

近年来，随着城市地下空间的开发与利用，基坑工程向规模更大、深度更深、地质条件和施工环境更复杂的方向发展，基坑开挖对周边环境的影响范围、影响程度也越来越大，尤其在软弱富水地层中开挖深基坑。目前，基坑设计理念已明显地由强度控制转化为变形控制。如何控制基坑开挖引起的支护结构变形、降低环境影响是基坑工程实施过程中的首要内容。实践表明，在软土场地单纯依靠支护结构不能有效地控制基坑变形。由于土体加固可以显著改善软土的物理力学性质指标，从而达到控制支护结构变形和地面沉降目的，近年来被动区加固在基坑工程实践中得到了广泛运用，加固采用的主要型式有满堂加固、抽条加固、格栅加固等。但如何合理的确定加固范围、在设计计算中如何考虑加固土的作用等问题，现行规范和相关手册均没有明确的参考依据。为此，国内外研究人员对基坑被动区加固开展了大量的研究，采用的主要方法有数值计算、现场实测、理论分析等。由于软土基坑变形影响因素众多且关系复杂，被动区加固后对基坑的影响的理论还相当薄弱,同时数值分析中的计算参数难以准确选取，数值计算结果往往值得商榷。此外，现场监测难度较高，费用较大，且无法做到多种工况的实时对比分析。模型试验能够严格控制主要的试验参数、最大程度的模拟实际情况,是解决大型复杂岩土工程问题常用的手段。因此，有必要开发一种能模拟基坑被动区土体加固对支护结构及周边环境影响的模型试验装置及方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟基坑被动区加固的试验装置及方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种模拟基坑被动区加固的实验装置，包括试验箱、支撑构件、加固构件和测试单元；

所述试验箱包括底座，底座上端面一侧依次设有第一立柱、第二立柱、第三立柱，另一侧对应的设有第四立柱、第五立柱、第六立柱，第一立柱和第二立柱间、第一立柱和第四立柱间、第四立柱和第五立柱间设有挡土板，第二立柱和第三立柱间、第五立柱和第六立柱间设有竖向层叠的挡土矮板，第二立柱和第五立柱间固定有挡土墙，挡土墙上均匀布置有若干第一螺纹通孔，第三立柱和第六立柱间设有竖向层叠的挡土梁，挡土梁上设有与螺纹通孔对应的第二螺纹通孔；挡土墙和挡土板构成第一腔体，挡土墙和挡土梁、挡土矮板构成第二腔体，第一腔体和第二腔体内均设有回填土；

所述支撑构件包括同轴且不相连的第一连接杆和第二连接杆，第一连接杆一端设置在第一螺纹通孔内，第一连接杆外沿远离第一螺纹通孔方向依次套设有预紧的弹簧、弹簧压块、限位螺母，弹簧压块外还套设有加载筒，加载筒末端与第二连接杆一端螺纹连接，第二连接杆末端设置在第二螺纹通孔内，旋转加载筒，加载筒带动弹簧压块沿第一连接杆滑动，使弹簧压块挤压或远离弹簧，改变弹簧预紧而对挡土墙形成的支撑力；

所述加固构件包括两端设有外螺纹的支撑杆，支撑杆两端分别设置在对应的第一螺纹通孔和第二螺纹通孔内，支撑杆靠近第一螺纹通孔一端外套设有传力板，支撑杆与传力板螺纹连接，通过传力板对挡土墙施加支撑力；