[發明專利]模擬波浪荷載作用下臨海基坑動態響應模型試驗裝置

有效

• 申請號: 201610066703.3
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105525636B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 應宏偉;朱成偉;孫威;沈華偉;梁文鵬;章麗莎;張金紅;王小剛
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: E02D33/00
• 分類號: E02D33/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 邱啟旺

技術領域

本發明涉及一種海洋基坑工程中土壓力、孔隙水壓力測量的試驗裝置，特別是涉及波浪要素變化的臨海基坑主被動側土壓力以及孔隙水壓力響應的模型試驗裝置，可用于量測不同基坑開挖寬度、不同基坑開挖深度、不同擋墻入土深度以及不同擋墻、防波堤間距下臨海基坑主被動側土壓力值和孔隙水壓力值。

技術背景

隨著沿海城市發展，越來越多的高層建筑、地下空間開發項目、跨海隊道、跨海大橋等重大工程投入建設,隨之而來的是大量沿海深大基坑的開發與建設。研究發現波浪作用下海床內的孔隙水壓力對工程受力和變形的影響,海洋建(構)筑物的失穩和破壞與海床內的孔隙水壓力有著非常重要的關聯。在波浪循環荷載的作用下,臨海深基坑周圍土體內產生不斷累積并震蕩的孔隙水壓力,孔隙水壓力的波動幅值和累積量對臨海深基坑的變形及穩定性有著非常重要的影響。但是我國現有的臨海工程設計中,僅考慮了波浪直接傳遞給海床及建(構)筑物的荷載,而未考慮波浪作用下海床內的孔隙水壓力對工程受力和變形的影響。這使得臨海基坑設計與實際情況相比可能趨于保守而使得項目建設費用高昂，也可能因為忽略了孔壓累積的作用而使得工程存在安全隱患。

發明內容

為了克服已有臨海基坑設計上的不足，本發明提供了可以模擬波浪荷載作用下臨海基坑動態響應模型試驗裝置，實現了在不同波浪要素作用下，通過控制不同基坑開挖寬度、不同基坑開挖深度、不同擋墻入土深度以及不同擋土墻、防波堤間距，研究臨海基坑主被動側水土壓力響應及規律。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種模擬波浪荷載作用下臨海基坑動態響應模型試驗裝置，該裝置置于波浪槽中進行試驗，該裝置包括模型箱、支撐鋼架、引流斜坡和量測系統四個部分；所述量測系統包括微型土壓力盒、孔壓傳感器和浪高儀；所述模型箱由模型箱框架、模型箱底板、模型箱左側板、模型箱右側板、鋼化玻璃、吊環、擋土墻、防波堤和傳感器固定支架組成；所述模型箱框架由鐵條焊接而成；所述模型箱底板、模型箱左側板和模型箱右側板均由鐵板制成并焊接到模型箱框架上；所述模型箱右側板與模型箱頂部之間具有矩形開口；所述鋼化玻璃通過結構膠粘貼在模型箱框架上；所述吊環安裝在模型箱框架四個角上，用于吊裝模型箱；所述擋土墻包括鋁合金板，鋁合金板的兩側中下部分別鉚接尼龍板A、尼龍板B，鋁合金板的上部固定橫截面為L形的角鋼，擋土墻通過角鋼擱置于模型箱框架頂部，擋土墻和模型箱左側板通過剛性支撐連接；所述尼龍板A和尼龍板B上均鉆有圓形孔洞，圓形孔洞內安置微型土壓力盒；所述防波堤橫截面為一直角梯形，由有機玻璃板材通過玻璃膠形成整體，擱置在海床上，海床由土樣在模型箱內按設計要求填筑而成；所述防波提前方水域懸掛浪高儀；所述傳感器固定支架由圓柱形細長鐵桿點焊于正方形薄鐵板中央，放置于模型箱箱底板上的不同位置，所述傳感器固定支架上車有凹槽，凹槽上安置孔壓傳感器；所述支撐鋼架由方鋼焊接而成，放置在模型箱底部，用于支撐模型箱；所述支撐鋼架上鉆有螺紋孔，螺紋孔處安裝吊環；所述引流斜坡由斜坡框架、斜坡面板、兩塊有機玻璃板以及減震棒組成；所述斜坡框架由鐵塊、鐵條焊接而成；所述斜坡面板為一整塊鐵板，焊接在斜坡框架上，與水平面成1:5～10的斜坡；所述有機玻璃板與斜坡框架鉚接，兩塊有機玻璃板之間通過連接鐵條鉚接相連；所述減震棒由減震棒主體和尼龍帽組成，減震棒主體一端削去2厘米長半圓柱，用于卡住有機玻璃板，另一端與圓柱形尼龍帽相連，抵住波浪槽，減震棒用于穩定引流斜坡，防止引流斜坡在引導波浪時產生抖動；所述模型箱右側板與模型箱頂部之間具有矩形開口，所述引流斜坡與模型箱通過矩形開口連通。

進一步地，所述鋁合金板上從上到下依次開有以2行2列為一組，共三組一厘米深的孔洞，用于安插剛性支撐，可以根據實驗需要選用不同組別的孔洞用于模擬不同的入土深度，也可以調節擋土墻模型箱左側板的距離，模擬基坑不同開挖寬度；

進一步地，所述防波堤可以放置在海床不同位置上用于研究防波堤到擋土墻不同的距離產生的影響。

進一步地，所述尼龍板A和尼龍板B上均鉆有陣列式圓形孔洞。

進一步地，所述微型土壓力盒和尼龍板A以及尼龍板B厚度一致，微型土壓力盒信號傳輸線通過尼龍板A和尼龍板B上刻有的線槽引出，連接到數據采集儀和微型土壓力盒供電裝置上。

進一步地，所述擋土墻和鋼化玻璃之間的縫隙利用玻璃膠密封，防止水通過縫隙從主動側滲流到被動側；鋁合金板、尼龍板A和尼龍板B底部用玻璃膠密封，防止水滲透到三塊板之間的縫隙，影響土壓力盒工作；所述防波堤和鋼化玻璃之間的縫隙利用結構膠密封，防止水從防波堤外側通過縫隙滲透到防波堤內部。