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申请/专利权人：铜陵学院

摘要：本发明公开了一种模拟基坑工程围护结构任意变形的室内试验装置及其试验方法，包括模型槽、围护结构、组合挡板、反力架和数据采集装置。本结构的试验装置通过改变挡板形状可以模拟基坑工程围护结构的任意变形，并可监控到基坑内岩土体的应力变化特性及基坑破坏形态，可使基坑工程的试验研究更加系统、更加科学，同时也可为相关基坑工程理论体系的提出和形成提供可靠的试验依据。

主权项：1.一种模拟基坑工程围护结构任意变形的室内试验装置，其特征是包括模型槽、围护结构、组合挡板、反力架和数据采集装置；所述模型槽包括底座（1）、至少两个侧钢板（8）和至少两个型钢加固撑（10），所述侧钢板（8）上设有侧钢板凹槽（9）；所述围护结构包括钢板条（2）、不锈钢合页（11）和密封板（12），所述钢板条（2）之间通过不锈钢合页（11）相连，所述钢板条绕不锈钢合页（11）转动，不锈钢合页（11）靠近岩土体一侧连接密封板（12）；所述组合挡板为任意形状的挡板（3）组合而成，其形状由预设围护结构变形来确定，所述挡板（3）放置于侧钢板（8）的侧钢板凹槽（9）内；所述反力架包括型钢支架（7）、千斤顶（6）和型钢竖梁（4），所述型钢竖梁（4）前端连接围栏结构，其后端连接千斤顶（6），所述千斤顶（6）一端连接型钢竖梁（4），其另一端螺栓连接型钢支架（7）；所述数据采集装置包括土压力盒（13）、孔隙水压力计（14）、数据采集仪（15）和数据终端（16）。

全文数据：一种模拟基坑工程围护结构任意变形的室内试验装置及其试验方法技术领域[0001]本发明涉及土工室内试验领域，尤其涉及一种模拟基坑工程围护结构任意变形的室内试验装置及其试验方法。背景技术[0002]随着我国城市化进程的不断加快，为了解决人口激增与城市基础设施相对落后的矛盾，城市建设愈益形成三维空间格局，这也促使基坑工程的数量越来越多，形式越来越多样，所处环境越来越复杂，变形控制要求越来越高，基坑工程的设计己从稳定控制转化为变形控制，该转变也促使基坑工程的理论更加精细。[0003]目前，针对基坑工程的室内模型试验都是基于相似性原理，通过相似比计算出模型中基坑围护结构的刚度，通过选用合适的材料来模拟围护结构，并通过试验得到可以指导实际工程的结论或建议。上述方法虽能模拟和指导某一特定工程，但却无法得到具有更广泛意义的结论，并且随着基坑工程形式的多样化以及环境的复杂化，基坑围护结构的变形特性越来越复杂，基坑工程的变形控制也越来越严格，为此亟待进行基坑围护结构不同变形特性下土体的应力变化特性研宄，以丰富基坑工程的理论体系，推动基坑工程向精细化控制转变。[0004]比如公开号为CN102914632A，一种多功能土木模型试验箱由模型试验箱箱体、力口载与测试部分、活动桩挡板与下移控制部分，以及位移测试系统等部件组成，利用摄像测量技术测得全场位移。可实现20种不同桩距比的土拱效应演示、桩承式路堤填料颗粒土拱效应以及刚性基础下复合地基垫层效应模拟试验。同时还可利用该试验箱进行地埋管受力与变形模拟、边坡变形、基坑开挖与围护结构受力与变形等模拟的土工模型试验装置。该技术方案中基坑围护结构无法实现主动的任意变形，且试验条件范围也受到约束。[0005]再比如公开号为CN203949850U，一种基坑工程渗透破坏发展过程的试验装置，该装置主要由装样槽装置、水位控制槽装置、数据采集装置等组成。装样槽内部设有挡板插槽，可以通过改变内部实体挡板的嵌入深度来模拟实际基坑工程围护结构的嵌入深度对基坑底部及周围土体产生的渗流以及渗透破坏现象，克服了以往对只能研宄土体一维渗流的局限;通过水位控制槽改变水位高度，模拟基坑在不同地下水位下的渗流以及渗透破坏;对双转子流量计、水头测量装置、变形测量装置所采集得到的数据进行分析，得到相应的渗流场、应力场、变形场。为实际基坑工程中围护结构的设计与施工提供指导，也可以作为岩土工程与水利工程教学与科研实验之用。该技术方案主要针对于地下水位渗透，对土层的变形测试效果不佳，且无法实现围护结构的主动变形。发明内容[0006]本发明的目的是解决先有技术的不足，提供一种专门模拟基坑工程围护结构任意变形情况下岩土特性的试验装置及其试验方法。[0007]本发明采用的技术方案是：一种模拟基坑工程围护结构任意变形的室内试验装置，包括模型槽、围护结构、组合挡板、反力架和数据采集装置;所述模型槽包括底座、至少两个侧钢板和至少两个型钢加固撑，所述侧钢板上设有侧钢板凹槽;所述围护结构包括钢板条、不锈钢合页和密封板，所述钢板条之间通过不锈钢合页相连，所述钢板条绕不锈钢合页转动，不锈钢合页靠近岩土体一侧连接密封板;所述组合挡板为任意形状的挡板组合而成，其形状由预设围护结构变形来确定，所述挡板放置于侧钢板的侧钢板凹槽内；所述反力架包括型钢支架、千斤顶和型钢竖梁，所述型钢竖梁前端连接围栏结构，其后端连接千斤顶，所述千斤顶一端连接型钢竖梁，其另一端螺栓连接型钢支架;所述数据采集装置包括土压力盒、孔隙水压力计、数据采集仪和数据终端。[0008]作为本发明的进一步改进，所述底座上设有底座凹槽，侧钢板下端位于底座上的底座凹槽内，侧钢板顶端与型钢加固撑焊接。[0009]作为本发明的更进一步改进，所述土压力盒和孔隙水压力计位于模型槽内，且依次信号连接数据采集仪和数据终端。[0010]本发明采用的有益效果是:本结构的试验装置通过改变挡板形状来模拟基坑工程围护结构的任意变形，并可监控到基坑内岩土体的应力变化特性及基坑破坏形态，可使基坑工程的试验研究更加系统、更加科学，同时也可为相关基坑工程理论体系的提出和形成提供可靠的试验依据。附图说明[0011]图1为本发明示意图。[0012]图2为图1的A-A剖面图。[0013]图3为图1的B-B剖面图。[0014]图4为图3的C-C剖面图。[0015]图中所示：1底座，2钢板条，3挡板，4型钢竖梁，5底座凹槽，6千斤顶，7型钢支架，8侧钢板，9侧钢板凹槽，10型钢加固撑，11不锈钢合页，12密封板，13土压力盒，14孔隙水压力计，15数据采集伩，16数据终端。具体实施方式[0016]下面结合图1至图4,对本发明做进一步的说明。[0017]如图所示，一种模拟基坑工程围护结构任意变形的室内试验装置，包括模型槽、围护结构、组合挡板、反力架和数据采集装置；所述模型槽包括底座1、至少两个侧钢板8和至少两个型钢加固撑10,所述侧钢板8上设有侧钢板凹槽9;两块侧钢板、一块钢板底座及型钢加固撑固定为一个稳定整体，型钢加固撑与侧钢板在顶端通过焊接连成一个整体，保证侧钢板的垂直状态和稳定。侧钢板上分别设置两个凹槽，用于固定和放置围护结构及组合挡板。[0018]所述围护结构包括钢板条2、不锈钢合页11和密封板12,所述钢板条2之间通过不锈钢合页11相连，所述钢板条绕不锈钢合页丨丨转动，不锈钢合页丨丨靠近岩土体一侧连接密封板12,避免岩土体从不锈钢合页1丨处挤出；通过上述技术手段保证围护结构可任意变形。[0019]所述组合挡板为任意形状的挡板3组合而成，其形状由预设围护结构变形来确定，挡板3由钢板切割而成，挡板3在试验前放置于侧钢板8的侧钢板凹槽9内，且位于可任意变形围护结构的外侧;组合挡板由各形状不一的挡板构成，可以组合成任意形状。[0020]所述反力架包括型钢支架7、千斤顶6和型钢竖梁4,所述型钢竖梁4前端连接围栏结构，其后端连接千斤顶6,所述千斤顶6—端连接型钢竖梁4,其另一端螺栓连接型钢支架7;保证围护结构在试验前处于竖直状态。[0021]所述数据采集装置包括土压力盒13、孔隙水压力计14、数据采集仪15和数据终端16。土压力盒13、孔隙水压力计14埋设到模型槽内的岩土体样品里，采集的数据经数据采集仪15传输至数据终端16进行分析处理。[0022]模型槽由一个带凹槽的钢板底座1、两个带凹槽的侧钢板8及型钢加固撑10组成。侧钢板8下端直接插入钢板底座1的凹槽内，确保其不发生相对位移，侧钢板8顶端与两个型钢加固撑10通过焊接连成一个整体，保证侧钢板的竖直和稳定。[0023]为提高反力架的工作性能，反力架上设有四个液压同步千斤顶，四个液压同步千斤顶沿竖直方向设置为两排，每一竖排千斤顶前端连接一个型钢竖梁，型钢竖梁直接作用于围护结构。水平方向上两个液压同步千斤顶分别作用于围护结构的三分点上。[0024]围护结构根据预设情况配合组合挡板实现预设方案，主动控制围护结构的变形，实现主动试验，提高试验效果。采用本发明的室内试验装置，可预先模拟各种情形，从而保证试验的完整性、可控性和全面性。[0025]利用上述试验装置进行模拟基坑工程维护结构任意变形的室内试验方法，包括三个阶段即准备阶段、试验阶段和清理阶段，1准备阶段首先，根据预设的基坑围护结构变形特性，借助计算机绘制变形曲线，并将挡板切3割成预设形状，将挡板组合起来可构成任意形状的组合挡板，将围护结构和组合挡板一同放入侧钢板8的侧钢板凹槽9内，其中组合挡板位于围护结构的外侧。然后，利用反力架上的液压同步千斤顶6，并通过型钢竖梁4直接作用在围护结构上，确保在向模型槽填土过程中围护结构处于竖直状态。最后，将配制好的岩土体土样分层填筑至模型槽内，同时在适当位置埋入土压力盒I3和孔隙水压力计14,并与数据采集仪15和数据终端16连接好，将岩土体填筑至设计标高后，对岩土体进行预压固结。[0026]2试验阶段待岩土体预压固结完成后，控制液压同步千斤顶6收缩，使围护结构直接变形至组合挡板上，发生预设变形，同时利用土压力盒13、孔隙水压力计14及数据采集仪记录岩土体内土压力和孔隙水压力的变化过程，观察基坑的破坏特性。[0027]3清理阶段试验结束之后，清理模型槽内的岩土体，拔出围护结构和组合挡板，并清理现场，为下次试验准备。[0028]本结构的试验装置通过改变挡板形状来模拟基坑工程围护结构的任意变形，并可监控到基坑内岩土体的应力变化特性及基坑破坏形态，可使基坑工程的试验研究更加系统、更加科学，同时也可为相关基坑工程理论体系的提出和形成提供可靠的试验依据。[0029]本领域技术人员应当知晓，本发明的保护方案不仅限于上述的实施例，还可以在上述实施例的基础上进行各种排列组合与变换，在不违背本发明精神的前提下，对本发明进行的各种变换均落在本发明的保护范围内。

权利要求：1.一种模拟基坑工程围护结构任意变形的室内试验装置，其特征是包括模型槽、围护结构、组合挡板、反力架和数据采集装置；所述模型槽包括底座（1、至少两个侧钢板8和至少两个型钢加固撑（1〇，所述侧钢板8上设有侧钢板凹槽9;所述围护结构包括钢板条2、不锈钢合页（11和密封板（12，所述钢板条2之间通过不锈钢合页（11相连，所述钢板条绕不锈钢合页（11转动，不锈钢合页（11靠近岩土体一侧连接密封板（12;所述组合挡板为任意形状的挡板3组合而成，其形状由预设围护结构变形来确定，所述挡板3放置于侧钢板8的侧钢板凹槽9内；所述反力架包括型钢支架7、千斤顶6和型钢竖梁4，所述型钢竖梁4前端连接围栏结构，其后端连接千斤顶6，所述千斤顶6—端连接型钢竖梁4，其另一端螺栓连接型钢支架7;所述数据采集装置包括土压力盒（13、孔隙水压力计（14、数据采集仪（15和数据终端16。2.根据权利要求1所述的一种模拟基坑工程围护结构任意变形的室内试验装置，其特征是所述底座（1上设有底座凹槽5，侧钢板8下端位于底座1上的底座凹槽5内，侧钢板8顶端与型钢加固撑10焊接。3.根据权利要求1所述的一种模拟基坑工程围护结构任意变形的室内试验装置，其特征是所述反力架设有四个液压同步千斤顶，所述四个液压同步千斤顶沿竖直方向设置为两排，每一竖排液压同步千斤顶连接一个钢竖梁。4.根据权利要求3所述的一种模拟基坑工程围护结构任意变形的室内试验装置，其特征是水平方向上两个液压同步千斤顶分别作用于围护结构的三分点上。5.根据权利要求1至4中任意一项所述的一种模拟基坑工程围护结构任意变形的室内试验装置，其特征是所述土压力盒（I3和孔隙水压力计（14位于模型槽内，且依次信号连接数据采集仪15和数据终端16。6.—种模拟基坑工程围护结构任意变形的室内试验方法，其特征是包括以下三个阶段：1准备阶段首先根据预设的基坑围护结构变形特性，借助计算机绘制变形曲线；其次将挡板切割成预设形状，将挡板组合起来构成组合挡板，将围护结构和组合挡板放入侧钢板8的侧钢板凹槽9内；然后利用反力架上的千斤顶6并通过型钢竖梁4直接作用在围护结构上，确保在向模型槽填土过程中围护结构处于竖直状态；最后将配制好的岩土体土样分层填筑至模型槽内，同时在适当位置埋入土压力盒（14和孔隙水压力计（14，并与数据采集仪15和数据终端（16连接好，将岩土体填筑至设计标高后，对岩土体进行预压固结；2试验阶段待岩土体预压固结完成后，控制千斤顶6收缩，使围护结构直接变形至组合挡板上，发生预设变形；^利用土压力盒（13、孔隙水压力计（14及数据采集仪（15记录岩土体内土压力和孔隙水压力的变化过程，观察基坑的破坏特性；3清理阶段清理模型槽内的岩土体，拔出围护结构和组合挡板，并清理现场，为下次试验准备。

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