[实用新型]一种超重力环境下卷板式基坑开挖模拟装置

说明书

本实用新型提供了一种超重力环境下卷板式基坑开挖模拟装置，包括模型箱体和卷板式模拟结构，模型箱体为上端开口的矩形箱体，卷板式模拟结构设置在模型箱体内，且将模型箱体分割成左右两部分，模型箱体左部分放置土体，卷板式模拟结构包括平行设置的卷板支撑板和闸门支撑板以及位于两者之间的活动闸门，卷板支撑板上设置有若干可转动的卷板结构，活动闸门可在钢丝绳导向机构的带动下上升和下降，随着活动闸门向下移动，位于其左边的卷板结构依次向右转动，土体通过卷板结构转动后产生的缝隙掉落进入到模型箱体右侧。本实用新型能够满足不同工况下的基坑开挖需求尤其是超重力环境下的基坑开挖试验模拟需求。

技术领域

本实用新型属于超重力离心模型试验装置领域，尤其是涉及一种超重力环境下卷板式基坑开挖模拟装置。

背景技术

在深基坑土方开挖施工过程中，需要充分考虑时空效应，土方应分层、分区、对称、匀衡的开挖，来防止土体应力、强度急剧降低，使基坑边坡发生局部破坏或整体失稳、滑移，支护结构倾斜、下陷以致倒塌。在土工模型试验过程中，怎样精确模拟分层开挖的过程成为影响此类基坑开挖试验结果的重要环节。

传统的基坑开挖模拟方法可归纳为抓斗法、排重液法和砂囊法三种，但都存在各自的问题和局限性，具体说明如下：

(1)抓斗法。抓斗的形状与港口爪机的抓斗类似，存在的缺点有：①由于机械抓斗结构形式的限制，造成底部开挖面凹凸不平；②时空上由于开挖区域存在先后顺序，造成整个开挖面应力分布不均；③开挖深度难以精确控制，难以模拟薄层开挖的施工状态；④整个开挖过程耗时较长，试验效率较低。

(2)排重液法。排重液法一般需要按照设计尺寸，在土体模型表面预先挖出基坑，并制作柔性硅胶盒放入基坑中，并使用排液管路将硅胶囊连接到模型箱外，通过排空硅胶囊内重液的方法试验基坑开挖的模拟。此种做法存在很多缺点：①重液为ZnCl₂液体，具有毒性，对人体健康损害较大；②此方法仅适用于特殊的模型土，如具有一定强度的粘土；③排液管路贯穿于土体模型中，对土体强度影响较大；④需要另外的阀门来控制管路的通断，试验中可能存在无法打开的风险，降低了试验的成功率。

(3)砂囊法。砂囊法与排重液法相似，需要预先挖出基坑，制作有硬质外壳的沙袋放入其中，试验中通过将沙袋逐一吊出而实现基坑的分层开挖。此种方法的缺点是：①仅适用于特殊的模型土，如具有一定强度的粘土；②开挖的深度固定，且较大，无法实现动态或者较小深度的开挖。

综上所述，在土工离心模型试验领域急需研制一套能灵活调节开挖深度、可适应多种土质、符合现场实际情况、简单可靠的基坑开挖模拟装置。

发明内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种超重力环境下卷板式基坑开挖模拟装置，针对超重力环境下基坑开挖模拟的试验要求，通过控制活动闸门的高度灵活调节基坑开挖时每层的深度；在有限的工作空间下，通过滑轮组牵引的方式实现了闸门大行程的开启，有利于模拟更大深度的基坑开挖；卷板结构既能在超重力环境下克服巨大土压力带来的形变又能灵活的实现卷板结构的翻转，满足不同工况下的基坑开挖需求尤其是超重力环境下的基坑开挖试验模拟需求。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种超重力环境下卷板式基坑开挖模拟装置，包括模型箱体和卷板式模拟结构，模型箱体为上端开口的矩形箱体，卷板式模拟结构设置在模型箱体内，且将模型箱体分割成左右两部分，模型箱体左部分放置土体，卷板式模拟结构包括平行设置的卷板支撑板和闸门支撑板以及位于两者之间的活动闸门，卷板支撑板上设置有若干可转动的卷板结构，活动闸门可在钢丝绳导向机构的带动下上升和下降，随着活动闸门向下移动，位于其左边的卷板结构依次向右转动，土体通过卷板结构转动后产生的缝隙掉落进入到模型箱体右侧。通过控制活动闸门的高度可以灵活调节基坑开挖时每层的高度。