[发明专利]模拟承压水头升降的基坑开挖模型试验装置

摘要

本发明公开了一种模拟承压水头升降的基坑开挖模型试验装置。包括模型箱、承压架空层、对称面挡土单元、基坑支护结构、承压水头调节系统和量测系统；模型箱由模型箱框架、钢化玻璃、模型箱底板、反力板、顶框和模型箱底座组成；模型箱底部设置承压架空层，承压架空层与承压水头调节系统连接；对称面挡土单元通过螺栓固定在模型箱框架上；承压水头调节系统由水压计、马里奥特瓶和支架组成。本发明可模拟基坑开挖过程中承压水头升降；量测不同承压水头下基坑的水土压力和变形，整理相关试验数据并确定基坑受力和变形发展规律等问题，为承压水头升降引起的基坑问题研究提供有效的试验数据支持，并对于之后理论分析模型提供依据。

主权项

一种模拟承压水头升降的基坑开挖模型试验装置，其特征在于，包括模型箱(1)、承压架空层(2)、若干对称面挡土单元(3)、基坑支护结构、承压水头调节系统和量测系统六个部分；所述模型箱(1)由模型箱框架(1‑1)、钢化玻璃(1‑2)、模型箱底板(1‑3)、顶框(1‑4)、反力板(1‑5)和模型箱底座(1‑6)组成；所述模型箱框架(1‑1)的底部固定模型箱底板(1‑3)，前后两个侧面固定钢化玻璃(1‑2)；所述模型箱框架(1‑1)和反力板(1‑5)均固定在模型箱底座(1‑6)上，顶部通过顶框(1‑4)连接；所述模型箱(1)的右侧底部安装连通承压架空层(2)的阀门(9)，用于连接模型箱(1)和承压水头调节系统；所述承压架空层(2)由带通水孔的不锈钢板(2‑1)、不锈钢短柱(2‑2)和反滤土工织物(2‑3)组成；所述带通水孔的不锈钢板(2‑1)底部固定不锈钢短柱(2‑2)，放置于模型箱(1)内的模型箱底板(1‑3)上，并与模型箱框架(1‑1)、钢化玻璃(1‑2)密封连接；所述带通水孔的不锈钢板(2‑1)表面粘贴反滤土工织物(2‑3)，防止承压水头变化过程中试验土体的流失；所述对称面挡土单元(3)为U型不锈钢条，通过螺栓(4)固定在模型箱框架(1‑1)上；所述U型不锈钢条之间通过H型止水橡胶条连接，U型不锈钢条与模型箱框架(1‑1)通过S型止水橡胶条连接；所述基坑支护结构包括挡土墙(5)、挡土墙支架(6)和若干支撑单元(8)；所述挡土墙(5)上部通过支架固定螺栓(7)固定挡土墙支架(6)，中部开有螺纹孔，通过螺纹孔螺纹连接安装支撑单元(8)所需的支撑固定螺栓(8‑7)，两侧开槽固定止水橡胶条(5‑1)；所述止水橡胶条(5‑1)保证挡土墙(5)移动过程中与模型箱(1)接触面不发生漏水；所述支撑单元(8)的一端具有内螺纹口，内螺纹口与支撑固定螺栓(8‑7)螺纹连接，实现支撑单元(8)的安装；所述承压水头调节系统由水压计(11)、马里奥特瓶(12)和支架(13)组成；所述水压计(11)通过三通管连接模型箱(1)和马里奥特瓶(12)；所述支架(13)的顶端安装定滑轮(13‑1)，钢丝绳(13‑2)一端连接手摇器(13‑3)，另一端绕过定滑轮(13‑1)连接马里奥特瓶(12)，通过手摇器(13‑3)控制马里奥特瓶(12)的升降调节承压水头的大小；所述马里奥特瓶(12)由有机玻璃圆筒(12‑1)、进气阀门(12‑2)、通水阀门(12‑3)、出气阀门(12‑4)和气囊(12‑5)组成；所述有机玻璃圆筒(12‑1)底部设置进气阀门(12‑2)和通水阀门(12‑3)，顶部设置出气阀门(12‑4)；所述进气阀门(12‑2)与气囊(12‑5)连接；所述量测系统包括微型孔隙水压力传感器、微型土压力盒、位移传感器、多通道数据采集仪和数码照相机；所述微型孔隙水压力传感器、微型土压力盒、位移传感器通过信号传输线连接多通道数据采集仪；所述数码照相机放置于模型箱正前方；所述微型土压力盒安装在挡土墙(5)上；所述微型孔隙水压力传感器埋设在土体内；所述位移传感器安装在挡土墙(5)和基坑内外土体表面，分别监测挡土墙(5)的位移和基坑土体变形情况。