[发明专利]模拟地下水位变动及地下结构移动下的结构-土体相互作用的模型试验装置及其试验方法

权利要求书

1.模拟地下水位变动及地下结构移动下的结构-土体相互作用的模型试验装置，其特征在于：包括所述模型箱(1)、地下结构模型(2)、地下结构固定装置(3)、监测系统、加载系统和注水抽水系统；

所述模型箱(1)包括模型箱主体(101)和L型箱体(102)，模型箱主体(101)为上端敞口的矩形箱体，模型箱主体(101)的四块侧板依次记为侧板A、侧板B、侧板C和侧板D，侧板A开有供地下结构模型(2)穿过的孔洞(1011)；

所述模型箱主体(101)内设置有砂土垫层(103)和透水帷幕(104)，砂土垫层(103)铺设在模型箱主体(101)的底部；

所述透水帷幕(104)安装在砂土垫层(103)上，透水帷幕(104)包括侧板E、侧板F和侧板G，侧板E与侧板B平行且相互间隔，侧板F与侧板C平行且相互间隔，侧板G与侧板D平行且相互间隔，侧板E、侧板F和侧板G依次连接形成U型槽结构，该U型槽结构的槽口朝向侧板A，侧板E和侧板G均与侧板A接触；所述透水帷幕(104)、侧板A和砂土垫层(103)围成的空间S内填充有模型土，砂土垫层(103)和模型土之间设置有土工布(105)；

所述L型箱体(102)包括矩形箱体Ⅰ和矩形箱体Ⅱ，矩形箱体Ⅰ的长度方向与水平方向平行，矩形箱体Ⅱ的长度方向与竖直方向平行，矩形箱体Ⅰ的一端与侧板A垂直连接且与孔洞(1011)连通，矩形箱体Ⅰ的另一端与矩形箱体Ⅱ的下端连接且相互连通，矩形箱体Ⅱ的上端呈敞口状；

所述矩形箱体Ⅱ平行且远离侧板A的一块侧板记为侧板H，侧板H上开设有竖直的条形通孔，侧板H的外侧设置有滑板(1022)，位于侧板H内侧的定滑轮(1021)穿过条形通孔并与滑板(1022)连接；

所述地下结构模型(2)为空心圆柱体结构，地下结构模型(2)的轴线垂直于侧板A；

所述地下结构固定装置(3)包括支架(301)、两根钢线(302)和塑料板(303)，塑料板(303)开设有直径与地下结构模型(2)直径一致的通孔，塑料板(303)固定在侧板A的内壁上，塑料板(303)的通孔与孔洞(1011)贯通；

所述地下结构模型(2)的一端埋设在模型土内，另一端穿过孔塑料板(303)和孔洞(1011)并伸入L型箱体(102)；

所述监测系统包括力传感器(4)、两个位移传感器(501)、若干土压力传感器(6)、若干孔隙水压力传感器(7)和若干应变传感器(8)，若干压力传感器(6)安装在地下结构模型(2)外壁上以及地下结构模型(2)周围的土体内，若干孔隙水压力传感器(7)安装在地下结构模型(2)外壁，若干应变传感器(8)安置在地下结构模型(2)内壁以及外壁上；

所述支架(301)包括两根伸缩立柱(3011)和撑板，两个伸缩立柱(3011)分别安装在侧板A和侧板C的上边缘，撑板连接在两根伸缩立柱(3011)上；

两根所述钢线(302)的上端穿过撑板并分别与两个位移传感器(501)连接，下端与地下结构模型(2)连接；

所述加载系统包括螺旋升降机(9)、钢支架(10)和钢绞线(11)，螺旋升降机(9)安装在钢支架(10)上，螺旋升降机(9)的升降杆下端从矩形箱体Ⅱ的上端口伸入矩形箱体Ⅱ；

所述螺旋升降机(9)的升降杆下端与力传感器(4)连接，力传感器(4)与钢绞线(11)连接，钢绞线(11)绕过定滑轮(1021)并连接到地下结构模型(2)的端面上；

工作时，所述注水抽水系统向透水帷幕(104)与模型箱主体(101)之间的间隙中注水或抽水，待水位稳定模型土固结完成后，开启螺旋升降机(9)，通过钢绞线(11)拉动地下结构模型(2)移动，监测系统获取地下结构模型(2)及其周围土体的应力场、应变和拉力荷载数据，通过分析数据得到地下水位变动导致地下结构-土体界面特性变化及地下结构-土体变形的规律。

2.根据权利要求1所述的模拟地下水位变动及地下结构移动下的结构-土体相互作用的模型试验装置，其特征在于：所述滑板(1022)为竖直的矩形板，滑板(1022)的两个竖直边缘上均开设有若干螺纹孔，带螺孔的两块钢板(1023)通过若干螺栓垂直连接到滑板(1022)的两个竖直边缘上。

3.根据权利要求1或2所述的模拟地下水位变动及地下结构移动下的结构-土体相互作用的模型试验装置，其特征在于：所述塑料板(303)包括两块矩形板，矩形板上开设有半圆形缺口，两块矩形板的缺口相对并相互拼接。