[發(fā)明專利]復(fù)雜地下水環(huán)境下的基坑開挖模型試驗裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610207298.2
• 申請日: 2016-04-01
• 公開（公告）號: CN105716960B
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 應(yīng)宏偉;章麗莎;魏驍;王小剛;朱成偉;沈華偉;張金紅
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發(fā)明公開了一種復(fù)雜地下水環(huán)境下的基坑開挖模型試驗裝置。包括模型箱、水箱、對稱面擋土單元、基坑支護結(jié)構(gòu)、承壓架空層、承壓水壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)和量測系統(tǒng)；水箱設(shè)置在模型箱內(nèi)的右上方；對稱面擋土單元固定在模型箱上；承壓架空層設(shè)置在模型箱底部；承壓水壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)由微型水壓力變送器、有機玻璃圓筒裝置和流量計組成；本發(fā)明可模擬基坑開挖過程中潛水位和承壓水壓力的動態(tài)變化；量測動態(tài)變化潛水位和承壓水壓力作用下基坑的水土壓力和變形，整理相關(guān)試驗數(shù)據(jù)并確定基坑受力和變形發(fā)展規(guī)律等問題，為潛水位和承壓水壓力動態(tài)變化等復(fù)雜地下水環(huán)境引起的基坑問題研究提供有效的試驗數(shù)據(jù)支持，并對于之后理論分析模型提供依據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基坑模型試驗裝置，特別是涉及潛水位和承壓水壓力動態(tài)變化等復(fù)雜地下水環(huán)境條件下的基坑開挖模型試驗裝置，可用于模擬潛水位和承壓水壓力動態(tài)變化時承壓層和上覆弱透水性基坑土體之間的相互作用，研究動態(tài)變化潛水位和承壓水壓力條件下基坑的水土壓力響應(yīng)和變形問題。

背景技術(shù)

在濱海、沿江地區(qū)地下水豐富，工程中常面臨深基坑坑底弱透水層以下尚存在承壓層的情況，由于降壓井降承壓水、大型降雨、河流洪峰過境、海潮變化等將導(dǎo)致潛水位和承壓水壓力發(fā)生動態(tài)變化，從而進一步影響基坑水土壓力、變形和穩(wěn)定性，潛水位和承壓水壓力動態(tài)變化等復(fù)雜地下水環(huán)境引起的基坑變形和失穩(wěn)問題是該類地區(qū)深基坑工程的重大風(fēng)險源之一。

相比于理論解析方法和有限元數(shù)值方法的研究采用既定的土體本構(gòu)模型，計算得到的潛水位和承壓水壓力動態(tài)變化引起的土體水土壓力和變形大小對計算參數(shù)的選取具有很大的依賴性；實際工程中較難進行對基坑坑底(位于基坑開挖區(qū)域內(nèi))的水土壓力實時監(jiān)測，進行大量相似的工程監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析以獲得潛水位和承壓水壓力動態(tài)變化引起的坑底弱透水層的變形規(guī)律的方法也很難實現(xiàn)；鑒于常重力下土工模型試驗，不影響土體微觀結(jié)構(gòu)，土顆粒尺寸及土顆粒間相互作用關(guān)系與實際情況相符，能客觀反映地下水和基坑土體的土顆粒之間的相互作用，廣泛應(yīng)用于考慮土體應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的微觀研究。

目前，傳統(tǒng)的地下水作用的相關(guān)土工模型試驗研究，不考慮水中氣體進入試驗土體可能引起的非飽和土問題；考慮恒定潛水位作用的基坑模型試驗，有研究(彭述權(quán).砂土擋墻破壞機理宏細觀研究[D].同濟大學(xué),2007.)采用薄膜通過電暈后涂抹環(huán)氧樹脂的方法連接擋土墻和模型箱，該方法可獲取試驗土體中超靜孔隙水壓力、土壓力和基坑變形數(shù)據(jù)，但薄膜電暈工藝較為復(fù)雜，擋墻位移較大時薄膜可能在移動過程中發(fā)生撕裂或由于土顆粒摩擦導(dǎo)致破損，無法順利完成試驗或進行重復(fù)試驗。考慮地下水位變化影響的基坑模型試驗，有研究(孫威.濱海地區(qū)深基坑性狀的試驗及理論研究[D].浙江大學(xué),2015.)采用固定擋土墻的方法，該方法只能獲得土體中超靜孔隙水壓力的變化情況，無法獲得準(zhǔn)確的土壓力變化和基坑變形數(shù)據(jù)，與實際基坑工程在動態(tài)地下水位作用下的響應(yīng)情況仍存在較大差異；大量模擬地下水變化的土工試驗常考慮潛水位或承壓水壓力的分級變化，通常在每一級潛水位或承壓水壓力切換時暫停試驗，因此不能實現(xiàn)潛水位或承壓水壓力連續(xù)動態(tài)地變化，無法探討潛水位或承壓水壓力動態(tài)變化速率對開挖過程中基坑的水土壓力響應(yīng)、土體變形以及穩(wěn)定性影響等問題。