[發明專利]一種模擬排樁支護基坑滲透破壞發展過程的試驗裝置和試驗方法

在審

• 申請號: 201711093662.8
• 申請日: 2017-11-08
• 公開（公告）號: CN107884325A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 南京科興新材料科技有限公司
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N21/84;G01N33/24
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技術領域

本發明屬于巖土工程試驗技術領域，尤其涉及一種模擬排樁支護基坑滲透破壞發展過程的試驗裝置和試驗方法。

背景技術

巖土工程是土木工程領域的一個重要的分支，是為了解決包括基坑破壞、巖土體滲透變形、地基處理等巖體與土體問題的一種工程實踐性很強的學科。基坑工程作為建筑物荷載的主要承擔者，其安全穩定性在整個建筑物工程施工過程中起著至關重要作用。據統計，基坑失事的所有案例中，由基坑底部滲透破壞造成的險情占總險情的75％以上，滲透破壞是指由于滲透水流將土體的細顆粒沖出、帶走或局部土體產生移動，導致土體變形而引起的土體穩定問題，一般可分為管涌和流體兩種形式。而在以排樁作為支護結構的基坑中，若在樁后填土的作用下，排樁上端不動，下端向基坑內側移動，則基坑底部的土體為保持平衡，會受到一個向上的荷載，此時往往會在較小的水力梯度下發生滲透破壞，所以排樁支護基坑的滲透破壞問題得到了學術界和工程界的普遍關注。

土工模型試驗既是研究巖土體力學特征的重要手段，也是工程設計和施工中重要的參考依據。傳統的土工試驗的研究對象是天然土，但由于天然土的不透明性，無法通過肉眼觀測試驗過程中土體內部土顆粒力學特征的變化。隨著科學技術的飛快發展，越來越多的方法可以用來測量土體內部的力學特征，例如CT、X射線成像技術、核磁共振等方法已經應用于巖土工程模型試驗中，但高昂的設備費以及技術上存在的難點大大限制了這些技術的廣泛應用。因此探討一種經濟可行的可視化試驗裝置和試驗方法就顯得尤為迫切了。

在本發明專利前，中國申請發明專利“基坑管涌模擬試驗裝置和試驗方法”(申請號：201510281092.X)公布了一種由水箱、土體箱、模擬基坑、多孔板等組成的基坑模擬試驗裝置。該技術方案具有能有效模擬基坑工程中的管涌破壞、模型試驗更加符合實際工程中的變化、科學性和操作性強等優點；但是該裝置只能對于包括管涌在內的滲透破壞過程提供定性的認識，無法觀測到滲透破壞過程中土體內部力學特征的變化。透明土技術的基本原理是將透明顆粒材料與具有相同折射率的孔隙流體混合以模擬飽和土體，該土體與天然土具有相似的工程性質。利用激光器在透明土中形成散斑場后，借助CCD相機可以拍出高精度的圖片，后通過計算機圖像處理軟件對所獲得的圖片進行分析，即可得到在試驗過程中土體內部顆粒力鏈演變和發展的過程。因此，融合透明土技術和計算機圖像處理軟件來分析試驗過程中土體內部顆粒力鏈的變化，操作方便，經濟合理，是未來巖土工程測試技術的發展趨勢。

發明內容

本發明的目的在于克服已有技術的不足和缺陷，融合透明土技術和計算機圖像處理軟件，提出一種模擬排樁支護基坑滲透破壞發展過程的試驗裝置和試驗方法，解決了排樁支護基坑滲透破壞發展過程中不可見以及力鏈變化精確測量的難題，該試驗裝置不僅提高了科研效率，還可以作為教學儀器使用。

本發明公開了一種模擬排樁支護基坑滲透破壞發展過程的試驗裝置，包括水頭控制系統和基坑模擬裝置。水頭控制系統通過供水管與透明模型箱底部相連，透明模型箱底部鋪設多層卵石，多層卵石上方放置透明土；在透明土體中插入排樁后開挖形成基坑，使得排樁的插入深度大于基坑深度；透明模型箱的外側安放激光器；透明模型箱的外側安放CCD相機，透明土基坑內等距布設孔隙壓力測量裝置。

進一步地，該試驗中采用的透明土由烘烤熔融石英砂顆粒與正十二烷、十五號白油的混合溶液在一定溫度下按一定的質量比混合攪拌直至均勻透明所制成，其中正十二烷、十五號白油的混合溶液的折射率與烘烤石英砂顆粒的折射率相同。

進一步地，所述的排樁采用直徑為5mm-10mm的鋼棒，在沉樁過程中采用間隔沉樁的方法，以模擬真實條件下現場的施工工藝。

進一步地，所述水頭控制系統中設有供水箱，供水箱內有與透明土中透明液具有相同質量比的正十二烷和白油的混合溶液。

進一步地，所述透明模型箱的形狀為上部開口的長方體，由樹脂玻璃制成，以保證其具有較好的透光性；透明模型箱的長、寬均為300mm-400mm，高為500-650mm。

進一步地，所述所述透明模型箱的底部設置多層卵石，用以模擬真實條件下滲透流體對透明土基坑底部的沖擊作用。

進一步地，所述透明土基坑內設有多個用于測量滲透壓力的測壓管，多個測壓管間隔布置。

進一步地，所述水頭控制系統中的供水箱在側壁的不同高度處設有多個水位控制閥，通過打開不同的水位控制閥可以調節供水箱內水位的高度，實現調整試驗過程中滲透水頭的大小。