[发明专利]一种偏压和渗流条件下狭长基坑隆起变形的模拟装置

说明书

一种偏压和渗流条件下狭长基坑隆起变形的模拟装置，包括模型箱、基坑支护系统、偏压加载系统、水循环与水位控制系统和监测系统；模型箱内装有夯土，夯土内设有基坑，基坑支护系统安装在基坑内；模型箱外装有偏压加载系统，偏压加载系统对基坑外侧的夯土加压；水循环与水位控制系统对模型箱内的夯土供水，并从基坑底部排水。本发明通过自动控制模型箱内水位高度与控制基坑内侧水位高度的水头差模拟渗流条件，可以对基坑外侧土体进行加压大小、加压距离进行实时控制，可方便地调节对挡土墙的预应力，能更真实的反映基坑工程开挖时的受力情况。

技术领域

本发明涉及一种偏压和渗流条件下狭长基坑隆起变形的模拟装置，特别是涉及富水条件下进行基坑开挖产生的地下水渗流与基坑存在偏压荷载进行基坑开挖的模型试验装置；可用于模拟实际基坑开挖步骤，模拟基坑稳定渗流、偏压、渗流偏压耦合三种工况；可监测基坑开挖过程中围护结构的位移与变形、水土压力的变化与开挖完成基坑底部土体隆起变形问题。

背景技术

在实际工程中基坑开挖，由于周边各种超载或者基坑内外差产生的水头差，使坑底产生塑性隆起导致基坑隆起破坏，使得工程发生安全问题，并造成严重的经济损失。

现今规范虽然有对基坑抗隆起的计算要求说明，但是设计计算的原理简单，并没有考虑到基坑周边的压载、渗流以及偏压渗流的耦合的因素对基坑的隆起变形影响。设计计算方法要考虑到上述的问题，就必须对偏压、渗流以及渗流偏压的耦合作用对基坑隆起变形的机理和规律有认识。目前对于数值软件计算是对工程实例模型进行的一种简化，并且所需的土体本构参数很难精确测得，因此对结果影响很大，参考性较低。而由于工程现场条件不可控因素太多，并且对于基坑底部土体隆起位移大多都是通过检测格构柱的位移作为土体隆起位移，对于现场监测的数据有时根本无法真正获取。

基坑室内缩尺模型试验可控性强，所得的数据也可根据缩尺比反算出实际工程基坑变形受力情况。但目前没有学者考虑过偏压与渗流耦合的模型试验。目前对于偏载模型试验多数为堆载重物，这样费时费力，可调性差，无法很好实施偏压大小与偏压距离的影响；对于基坑渗流模型试验大多通过人为控制水位差，也须花费大量时间不断去调整；在模拟基坑开挖的过程大多数通过预先安设支撑，这样无法真实模拟实际开挖过程中基坑的受力和变形情况。在模型试验中对于基坑隆起变形的监测并没有可参考的方法，而对隆起变形的准确监测是试验数据的关键之一。

因此设计一种可操作性强，可模拟基坑不同分步开挖方案下，不同类型偏压场和渗流场单独及耦合作用，用来准确评价偏压与渗流条件下基坑隆起变形对基坑支护结构的设计具有重要意义。

发明内容

为了克服现上述现有的技术不足，本发明的目的在于提供了一种偏压和渗流条件下狭长基坑隆起变形的模拟装置。

本发明可以模拟基坑不同分步开挖方案下，不同类型偏压场和渗流场单独及耦合作用下的坑底隆起变形，并监测三种工况下围护结构弯矩及变形、水土压力变化和基坑底部隆起位移，为研究偏压和渗流条件下基坑隆起的变形规律、分析方法及抗隆起稳定性措施提供关键信息和参数。

本发明所采用的技术方案是：

一种偏压和渗流条件下狭长基坑隆起变形的模拟装置，其特征在于：包括模型箱(1)、基坑支护系统(2)、偏压加载系统(3)、水循环与水位控制系统(4)和监测系统(5)；模型箱(1)内装有模型土，模型土内设有基坑，基坑支护系统(2)安装在基坑内；模型箱(1)外装有偏压加载系统(3)，偏压加载系统(3)对基坑外侧的模型土加压；水循环与水位控制系统对模型箱(1)内的模型土供水，并从基坑底部排水，以模拟基坑的渗流；

所述偏压加载系统(3)的立柱(3-5)设立在模型箱(1)外，架设在立柱(3-5)上的反力梁(3-4)横跨基坑上方，千斤顶(3-6)可在反力梁(3-4)上移动，通过第一螺栓(3-7)与钢板(3-3)连接固定在反力梁上(3-4)，千斤顶(3-6)的顶升部连接荷载传递板(3-8)；