[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

说明书

本发明公开了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，该方法包括以下步骤：1)填筑砂土垫层并自重固结；2)布置土工布和透水帷幕；3)填筑模型土，埋置地下结构模型，位移传感器记录初始数据；4)注水，模型土自重固结；5)各个传感器记录初始数据，位移传感器记录沉降数据；6)螺旋升降机拉动地下结构模型，各个传感器记录数据；7)分析数据，获得试验结果。本发明可真实模拟地下水位变动引起地下结构‑土体界面特性变化以及地下结构‑土体变形的过程，也可精确测量地下水位变动以及加载过程中，地下结构和周围土体应力场的变化以及拉力荷载、位移等数据。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，具体涉及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。

背景技术

随着我国城镇化进程的推进，对城市空间和交通运载能力的需求不断增加，对城市地下空间的开发利用得到了快速的发展。对于地下结构而言，暴雨、山洪等洪涝灾害对于地下结构及周围土体有着巨大的影响。因此，研究水位变动对地下结构-土体界面特性变化以及地下结构-土体变形的影响具有十分重要的现实意义。

目前，研究地下结构-土相互作用模型主要有地基梁模型、空间壳模型、土弹簧模型、空间理论模型、多场耦合模型及地下结构-土非线性接触模型等。现有针对地下结构-土体界面特性的研究中，大部分学者只针对冻土、软土等情况进行了试验，而并未考虑水位变动情况下地下结构-土体界面特性以及地下结构-土体应力场的变化规律。

因此，亟需开发一种能解决上述问题的试验装置及其试验方法。

发明内容

本发明的目的是提供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，以解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，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，包括模型箱、地下结构模型、地下结构固定装置、监测系统、加载系统和注水抽水系统。

所述模型箱包括模型箱主体和L型箱体，模型箱主体为上端敞口的矩形箱体，模型箱主体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穿过的孔洞。

所述模型箱主体内设置有砂土垫层和透水帷幕，砂土垫层铺设在模型箱主体的底部。

所述透水帷幕安装在砂土垫层上，透水帷幕包括侧板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、侧板A和砂土垫层围成的空间S内填充有模型土，砂土垫层和模型土之间设置有土工布。

所述L型箱体包括矩形箱体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，位于侧板H内侧的定滑轮穿过条形通孔并与滑板连接。

所述地下结构模型为空心圆柱体结构，地下结构模型的轴线垂直于侧板A。

所述地下结构固定装置包括支架、两根钢线和塑料板，塑料板开设有直径与地下结构模型直径一致的通孔，塑料板固定在侧板A的内壁上，塑料板的通孔与孔洞贯通。

所述地下结构模型的一端埋设在模型土内，另一端穿过孔塑料板和孔洞并伸入L型箱体。