[發明專利]一種模擬土體突涌破壞現象及規律的試驗裝置

有效

• 申請號: 201210465081.3
• 申請日: 2012-11-16
• 公開（公告）號: CN103821183A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 王建秀;劉笑天;馬瑞強;姜韻驊;鄒寶平;黃天榮
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: E02D33/00
• 分類號: E02D33/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

技術領域

本發明屬于基坑和地下工程領域，尤其是涉及一種模擬土體突涌破壞現象及規律的試驗裝置。

背景技術

近年來，隨著我國城市地下鐵道、高層建筑、人防工程等基礎設施的迅速發展，深基坑工程也越來越多，深基坑工程開挖施工的地質條件和環境影響非常復雜，土體突涌破壞成為工程事故的常見原因。

基坑工程和地下工程在開挖過程中可能產生突涌破壞，這將對工程安全產生巨大影響。以往研究主要是針對土體突涌安全厚度進行試驗分析，很少對不同土體變形破壞現象和規律進行橫向分析。在基坑開挖過程中，對于承壓含水層而言，如果開挖削弱了弱透水層的厚度，當地層的重量不足以抵抗承壓含水層的測壓水頭時，將會在地層中產生突涌破壞。現有的理論分析只考慮土體的重量平衡水壓，但未考慮不同種類土體破壞的抗剪強度和潛蝕過程。通過對不同種類土體突涌破壞現象以及變形數據的分析，研究不同種類土體突涌變形規律及其開挖安全厚度。

浙江大學詹良通等曾設計基坑工程滲透破壞模型試驗裝置(專利號200820165167.3)，但該裝置只要用于研究基坑工程滲透破壞，通過側向水位變化模擬承壓水，在模擬突涌現象時可能造成承壓含水層壓力不均勻或者由于接觸流土作用影響實驗結果。

本試驗裝置既可以模擬承壓含水層水頭增加或者開挖導致隔水層厚度減小對土體突涌破壞的影響，獲取突涌臨界水頭和臨界隔水層厚度，又能通過測壓管、孔壓計、位移計等監測數據分析不同種類土體空隙比、滲透系數和力學參數對土體突涌破壞的影響規律，明確基坑降水中安全系數的物理意義。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種設備易得、組裝方便、測量準確率高的模擬土體突涌破壞現象及規律的試驗裝置。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

本發明通過對不同種類土體突涌破壞現象以及變形數據的分析，研究不同種類土體突涌變形規律及其開挖安全厚度。

一種模擬土體突涌破壞現象及規律的試驗裝置，該實驗裝置包括模型箱、加壓組件及土體變形測量組件，所述的模型箱內設有反濾層，所述的反濾層的上方鋪設試驗土體，反濾層的下方為增壓水儲存室，所述的加壓組件與增壓水儲存室連通，所述的土體變形測量組件設在模型箱內的試驗土體內；

利用加壓組件對試驗土體的底部施加水壓或開挖土體實現土體突涌破壞，土體變形測量組件測量水壓、土體變形位移、土體孔隙壓力和土體力學參數，通過這些數據分析土體突涌破壞現象的影響規律，研究分析評價不同種類土體在承壓水作用下發生突涌破壞的現象和規律獲取臨界水頭和臨界隔水層厚度。

該試驗裝置還包括設在模型箱外部，記錄土體突涌破壞全過程的攝像機。

所述的試驗土體按照模型箱尺寸及幾何相似比選用強度、滲透相似的模型材料進行試驗。

所述的加壓組件包括水箱、水管、增壓泵及水壓計，所述的水箱通過水管與增壓水儲存室連通，所述的增壓泵設在水管上，所述的水壓計設在增壓水儲存室的側壁上。

所述的反濾層包括從上到下依次設置的沙層、篩板及濾網。反濾層使得增壓水儲存室內的水能夠以面狀施加在試驗土體的底部邊界，避免點狀加壓造成的不均勻水壓力。

所述的沙層為粗粒石英砂層。

所述的土體變形測量組件包括儀表架、千分表、位移計、孔壓計及測壓管，所述的儀表架設在模型箱的頂部，所述的千分表、位移計與孔壓計固定在儀表架上，其量測部件伸入試驗土體內，所述的孔壓計通過引線連接數據采集儀，所述的測壓管設在沙層內，并從模型箱側壁引出。

所述的測壓管為米格測壓管。

位于試驗土體內的部分測壓管的外側設有防止試驗土體進入測壓管的透水土工布。

所述的模型箱由角鋼鋼架及透明有機玻璃組成。在施加水壓后，土體的變形和破壞過程可直觀觀察。模型箱外側由角鋼框架約束，保證其具有足夠的強度和穩定性。

所述的攝像機設在三腳架上，調整角度使其記錄模型箱內土體突涌破壞過程。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

本發明的裝置組裝容易，試驗的準確率高，適用于基坑和地下工程領域不同種類土體突涌破壞現象和規律的研究，為實際基坑和地下工程設計提供指導，也可作為地質工程、巖土工程領域科研、教學之用。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為篩板的結構示意圖；

圖3為濾網的結構示意圖。