[發(fā)明專利]基坑剛性擋墻變位誘發(fā)坑外地表土體沉降的模型試驗裝置及操作方法

在審

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• 申請日: 2019-01-27
• 公開（公告）號: CN109680733A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發(fā)明（設計）人: 徐日慶;程康;申碩;應宏偉;馮蘇陽;于丙琪;李寶建
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學
• 主分類號: E02D33/00
• 分類號: E02D33/00;E02D17/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜;邱啟旺

1.一種基坑剛性擋墻變位誘發(fā)坑外地表土體沉降的模型試驗裝置，其特征在于：包括裝土箱、剛性擋墻、動力系統(tǒng)和量測系統(tǒng)；

所述裝土箱由有機玻璃、鐵架和鐵板拼接而成，所述有機玻璃用于制作裝土箱側(cè)壁，起支撐作用；所述鐵架用于組裝成裝土箱框架，起骨架固定作用；所述鐵板用于制作裝土箱底部底板；所述裝土箱內(nèi)裝填的土樣為地基土，地基土裝填高度為0.8～0.95倍的剛性擋墻高度；

所述剛性擋墻與轉(zhuǎn)軸相配合，所述轉(zhuǎn)軸設置于剛性擋墻四角，轉(zhuǎn)軸距離外邊界0.05倍的剛性擋墻高度，轉(zhuǎn)軸與裝土箱側(cè)壁、剛性擋墻側(cè)壁上的安裝孔相連接，轉(zhuǎn)軸可自由拆除以實現(xiàn)剛性擋墻繞墻趾或墻頂轉(zhuǎn)動變位模式；剛性擋墻的側(cè)壁安裝用于密封土體的密封條；

所述動力系統(tǒng)包括電機、伸縮桿和固定桿，所述電機位于剛性擋墻外側(cè)的電機承臺上，電機可對剛性擋墻施加水平荷載，以控制剛性擋墻變位，所述伸縮桿的端頭與剛性擋墻作用點位置根據(jù)試驗所模擬的不同工況介于0.3倍的剛性擋墻墻高～0.7倍的剛性擋墻墻高之間，當拔除上(下)端轉(zhuǎn)軸時，剛性擋墻可繞下(上)端轉(zhuǎn)軸發(fā)生轉(zhuǎn)動，所述固定桿位于伸縮桿和剛性擋墻之間，可阻止剛性擋墻在其平行平面內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)動，借助于電機動力荷載可實現(xiàn)剛性擋墻平移變位；

所述量測系統(tǒng)包括LVDT位移傳感器、支架、伸縮桿和剛性金屬桿，用于對剛性擋墻水平位移量測和土體沉降量量測，所述支架用于固定LVDT位移傳感器，所述伸縮桿垂直指向剛性擋墻，所述剛性金屬桿布置于裝土箱上方中軸線，用于固定LVDT位移傳感器，用于土體沉降量量測。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基坑剛性擋墻變位誘發(fā)坑外地表土體沉降的模型試驗裝置，其特征在于：所述裝土箱的內(nèi)部長、寬、高尺寸為2.0m×1.0m×1.0m，箱體為25mm厚的有機玻璃材質(zhì)組成。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基坑剛性擋墻變位誘發(fā)坑外地表土體沉降的模型試驗裝置，其特征在于：所述剛性擋墻的材質(zhì)為鋁板，所述的剛性擋墻的彈性模量為70GPa，高、寬、厚尺寸分別為1m×1m×0.020m，所述伸縮桿的端頭與剛性擋墻作用點位置優(yōu)選在0.5倍的剛性擋墻墻高位置處。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基坑剛性擋墻變位誘發(fā)坑外地表土體沉降的模型試驗裝置，其特征在于：所述的裝土箱底部的鐵板設有可抽拉的卸土口。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基坑剛性擋墻變位誘發(fā)坑外地表土體沉降的模型試驗裝置，其特征在于：所述轉(zhuǎn)軸可拆卸，當插入下方兩轉(zhuǎn)軸而拆除上方兩轉(zhuǎn)軸時，在動力系統(tǒng)作用下可實現(xiàn)剛性擋墻繞墻趾轉(zhuǎn)動變位模式；當插入上方兩轉(zhuǎn)軸而拆除下方兩轉(zhuǎn)軸時，則可實現(xiàn)剛性擋墻繞墻頂轉(zhuǎn)動模式；當同時拆除上、下四個轉(zhuǎn)軸并安裝兩根固定桿后，可完成剛性擋墻平移變位模式。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基坑剛性擋墻變位誘發(fā)坑外地表土體沉降的模型試驗裝置，其特征在于：所述電機施加為模擬各種試驗工況所需的水平荷載，借助于電機動力荷載可實現(xiàn)剛性擋墻平移變位，通過電機的減速箱實現(xiàn)剛性擋墻作用點的變位速率，試驗過程中將剛性擋墻變位控制在1mm/min。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基坑剛性擋墻變位誘發(fā)坑外地表土體沉降的模型試驗裝置，其特征在于：所述剛性金屬桿布置于裝土箱上方中軸線，將LVDT位移傳感器上端夾持于剛性金屬桿上，改變LVDT位移傳感器夾持在剛性金屬桿的不同位置處，分別量測相應位置的地表沉降值。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基坑剛性擋墻變位誘發(fā)坑外地表土體沉降的模型試驗裝置，其特征在于：所述剛性擋墻的四角與側(cè)壁連接處設置的4根可拆卸的轉(zhuǎn)軸配合動力系統(tǒng)實現(xiàn)多種剛性擋墻變位模式；所述動力系統(tǒng)可通過電機的減速箱實現(xiàn)剛性擋墻作用點的變位速率。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基坑剛性擋墻變位誘發(fā)坑外地表土體沉降的模型試驗裝置，其特征在于：所述LVDT位移傳感器試驗所用的位移計精度為0.01mm，最大量程為80mm。

10.一種權(quán)利要求1所述的基坑剛性擋墻變位誘發(fā)坑外地表土體沉降的模型試驗裝置的操作方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：進行試驗前測量元件LVDT位移傳感器及儀表的檢查與校正，裝填土樣，安裝各支架、伸縮桿和剛性金屬桿，LVDT位移傳感器固定在支架和剛性金屬桿上；

步驟2：剛性擋墻水平位移的量測，為了研究墻后土體沉降量與剛性擋墻水平位移之間的關系，需要量測每種工況下剛性擋墻的實際位移，LVDT位移傳感器固定在支架上，伸縮桿垂直指向剛性擋墻，剛性擋墻發(fā)生變位，LVDT位移傳感器同步測出剛性擋墻位移，測量剛性擋墻變位的LVDT位移傳感器共有4個，其中2個布置在剛性擋墻中軸線上，上方1個距剛性擋墻上端0.25倍的剛性擋墻墻高，下方1個距剛性擋墻下端0.25倍的剛性擋墻墻高，2個間距為0.5倍的剛性擋墻墻高；其余2個LVDT位移傳感器分別對稱布置在與上、下方LVDT位移傳感器連線的中垂線上，且分別距剛性擋墻左右側(cè)邊界0.25倍剛性擋墻墻寬的距離，用于監(jiān)測剛性擋墻是否繞某豎軸線發(fā)生偏轉(zhuǎn)；可由上述4個LVDT位移傳感器實時反饋剛性擋墻的變位模式；

步驟3：剛性擋墻變位開始前，剛性擋墻墻后填土淺部通過抹泥板抹平，并通過氣泡水平儀找平，之后用LVDT位移傳感器量測土體表面，記錄初始讀數(shù)，剛性擋墻變位至指定的變位狀態(tài)后靜置3h，開始量測墻后土體沉降值，量測墻后地表沉降的水平范圍為2H(墻高為H)，試驗中，每隔一定時間量測一次土體沉降，待數(shù)據(jù)不再變化，即確定沉降完全。