[發明專利]一種基于水囊法的模擬地基不均勻沉降的試驗模型及方法

在審

• 申請號: 201610116289.2
• 申請日: 2016-03-02
• 公開（公告）號: CN105604105A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發明（設計）人: 李晉
• 申請（專利權）人: 山東交通學院
• 主分類號: E02D33/00
• 分類號: E02D33/00
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 褚慶森

技術領域

本發明涉及一種模擬地基不均勻沉降的試驗模型及方法，更具體的說，尤其涉及一種利用水囊的縮脹來模擬地基不均勻沉降的試驗模型及方法。

背景技術

受外部荷載作用、溫度、水等多重因素影響，公路鐵路路基、房屋建筑等構筑物極易出現地基不均勻沉降的病害，地基不均勻沉降的機理與防治可通過理論計算、數值仿真、模型試驗、現場測試等方法進行研究。其中，模型試驗是按比例縮尺復原工程結構，可實現模擬對象變形的可監測、多條件控制、可重復，是研究工程結構受力變形的有效手段，通過對地基模型及上部工程結構的受力變形測試，可用于估算分析真實工程結構的各項性能指標。模型箱是縮尺模型試驗常用設備，當前的模型箱均采用分層攤鋪地基土的模型制作方法，無法模擬下層地基土的沉陷變形，無法實現對不均勻沉降的模擬。理論計算與數值仿真可以一定程度上反映地基受力變形變化規律，但與實際誤差較大，精準度有待提高，現場測試雖可以最直觀反映不均勻沉降問題，但造價較高且難以進行多影響因素控制下的重復試驗，模型試驗兼具兩者優點，因此開發可實現模擬地基不均勻沉降的試驗模型具有較高的工程價值。

發明內容

本發明為了克服上述技術問題的缺點，提供了一種基于水囊法的模擬地基不均勻沉降的試驗模型及方法。

本發明的基于水囊法的模擬地基不均勻沉降的試驗模型，包括上端開口的模型箱，模型箱的內部為設置地基層的空腔，地基層的上方用于設置待試驗的工程結構層；其特別之處在于：所述模型箱空腔的底部設置有基底框架，基底框架由相互交錯的隔板組成，相鄰隔板之間形成內部為空腔的方格，方格中設置有預制板；所述預制板的下方設置有水囊，預制板下方的兩側固定有滑輪，隔板上設置有對滑輪導向的輪軌，水囊連接有水箱系統；通過水箱系統可控制不同方格內的水囊縮脹，以實現地基層不同位置的沉降。

本發明的基于水囊法的模擬地基不均勻沉降的試驗模型，所述基底框架的上方設置有防止地基層中的泥土下漏至方格中的土工布。

本發明的基于水囊法的模擬地基不均勻沉降的試驗模型，所述模型箱的一個側面為便于觀察空腔中狀況的透明玻璃門，透明玻璃門的兩側設置有固定于模型箱上的固定框架，固定框架上設置有便于玻璃門插入和取出的導向槽。

本發明的基于水囊法的模擬地基不均勻沉降的試驗模型的實驗方法，其特別之處在于，通過以下步驟來實現：a).構建模型箱，根據試驗要求和目的，構建長、寬、高尺寸符合要求的模型箱；b).布置基底框架，根據要模擬的實際工程情況，首先在模型箱空腔的底部安裝尺寸、方格數目符合要求的基底框架；c).設置水囊和預制板，首先根據所要構建的地基層和工程結構層的重量，計算出每個預制板的受力范圍，在基底框架的每個方格內安裝水囊，并使水囊與水箱系統的相應端口相連接，然后在水囊的上方安置預制板，并保證預制板上的滑輪落入隔板上的輪軌中；d).填筑地基層，根據要模擬的實際工程地質條件，選取適宜的土質鋪設于基底框架的上方，形成地基層；并根據試驗要求在地基層中埋設一定數量的壓力傳感器、位移傳感器；e).構建上部工程結構層，針對模擬對象，在地基層上修筑與待模擬對象一致的工程構筑物，形成工程結構層，并在相應的位置埋設應變、壓力、位移傳感器；f).地基沉降模擬，根據設定的沉降位置，通過水箱系統控制相應方格內的水囊進行收縮，以實現模型箱中地基層相應位置的沉降，通過控制水囊的縮脹大小來控制地基層的沉降量；g).數據采集和分析，在地基沉降模擬過程中，測量并記錄所有埋設傳感器的數據，通過監測數據傳感器的數據變化，分析地基多點不均勻沉降引起的上部結構受力變形的變化規律，模擬測試可至地基層上的工程結構層完全破壞。

本發明的有益效果是：本發明的模擬地基不均勻沉降的實驗模型及方法，模型箱空腔中由下至上設置有地基層和工程結構層，地基層的下方設置有若干方格構成的基底框架，方格中設置有預制板以及驅使預制板升降的水囊，在水箱系統對水囊的控制下，可驅使相應方格內預制板的升降，進而實現地基層多點、不均勻沉降的模擬；通過采集、分析傳感器輸出的數據，實現對地基多點不均勻沉降規律的分析。由于采用水囊注水或放水的形式進行模擬，與地基受地下水上升或下降的作用情形十分相似，使得模擬實驗更加接近實際，實驗數據更加真實。相對于仿真實驗來說，獲取的數據和分析結果更加實際，相對于現場測試來說，具有可重復性、成本低的優點，因此，本發明的實驗模型及方法具有模擬效果好、成本低、可重復實驗性強的優點，有益效果顯著，適于應用推廣。