[發明專利]樁及坑外土體在基坑開挖下變形規律探究的模型試驗裝置

在審

• 申請號: 201910077053.6
• 申請日: 2019-01-27
• 公開（公告）號: CN109680735A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 程康;徐日慶;申碩;應宏偉;李寶建;馮蘇陽;于丙琪
• 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: 劉靜;邱啟旺

本發明公開了一種樁及坑外土體在基坑開挖下變形規律探究的模型試驗裝置。試驗模型箱內裝有地基土，埋設基坑圍護擋墻，其中擋墻一側的地基土分層裝填在土袋內，通過土袋的逐步移除來模擬基坑的開挖過程。沿樁基及擋墻深度方向上均布布有一系列應變計，以監測樁基及擋墻撓曲變位，在地基土表部，布置若干LVDTS位移傳感器，監測地基土地表位移，結合攝像機可用于觀測基坑開挖下坑外土體的水平位移變化情況。本發明適用在超重力條件下，模擬基坑在離心機非停機狀態下的分層及連續開挖過程中，探究鄰近既有樁基的水平向響應規律，以及坑外土體地表沉降、坑外土體水平位移規律等由基坑開挖引起的鄰近環境響應規律。

技術領域

本發明屬于基礎工程領域，涉及一種樁及坑外土體在鄰近基坑開挖下的變形規律探究的模型試驗裝置，特別是涉及一種超重力條件下的樁基在鄰近基坑開挖下響應規律以及坑外土體水平位移及地表豎向沉降規律的模擬試驗裝置。

背景技術

隨著城市化進程的日益加快，在建筑物密集的市區進行基坑開挖越來越多，土體開挖產生的卸荷作用將打破土體原有的應力平衡，改變土體位移場，使鄰近地下管線、既有結構物基礎如建筑物樁基等產生附加內力及變形，嚴重者將改變其承載性能，甚至發生破壞。特別是對軟土中的樁，其所受擾動更為明顯。因此對由基坑開挖引起的坑外鄰近土體的位移及其對既有結構物的擾動需進行準確合理地評價。超重力模型試驗相對于室內常1g模型試驗及數值模擬方法具有其獨特優勢，超重力離心模擬可較為真實的再現應力場，能真實準確對反映客觀物理規律，在基坑開挖、樁基工程等巖土工程領域的研究中發揮著重要的作用，也在研究樁基在鄰近基坑開挖下的響應規律中扮演著難以替代的角色，一系列的超重力離心模擬已被廣泛用于既有樁基在鄰近基坑開挖引起的土體側移作用下的水平向響應探究之中。

此外，在各物理模型試驗中，模型地基土體的變形觀測是十分重要環節之一。近十年，以圖像技術為基礎的測量方法逐漸發展起來，包括X－射線方法CT法等，這些技術可以對模型表面和內部的位移、裂紋、顆粒形狀進行捕捉。PIV技術又稱為粒子圖像測試技術，是一種基于圖像互相關分析的非接觸式二維位移場測量技術。該技術最早應用于測試流體力學試驗中流場速度2001年D.J.White等將該方法原理應用到土體模型的變形測量中，結合MATLAB軟件編制了GeoPIV程序。目前，該方法已應用到邊坡、隧道、基坑變形和剪切帶觀測等諸多領域，對砂土、粉土以及粘土的位移或應變測量，均表現出了較佳的效果。顆粒圖像測速技術(PIV)可實現淺層土體變形的連續性測量，具有較高精度和非接觸測量特性，為圖像分析提供了新的研究途徑，可應用于基坑開挖引起的坑外土體位移場的觀測。

發明內容

本發明的目的在于提供一種樁及坑外土體在鄰近基坑開挖下的變形規律探究的模型試驗裝置，尤其適用在超重力條件下，模擬基坑在離心機非停機狀態下的分層及連續開挖過程中，探究鄰近既有樁基的水平向響應規律，以及坑外土體地表沉降、坑外土體水平位移規律等由基坑開挖引起的鄰近環境響應規律。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案如下：一種樁及坑外土體在基坑開挖下變形規律探究的模型試驗裝置，包括試驗模型箱、縱梁導軌、電機、縱梁連桿、支架、電動葫蘆、吊鉤、縱梁、橫梁、橫梁導軌、螺栓、滑塊、底板、橫梁連桿，試驗模型箱包括模擬倉、儲備倉以及剛性框架，模擬倉裝填有地基土，模擬倉外壁表面布置有PIV粒子圖像測試觀測點；基坑圍護墻埋入地基土并將模擬倉一分為二，基坑圍護墻上布置有應變計，基坑圍護墻一側為基坑待開挖部分，該側地基土分層裝填在土袋內；基坑圍護墻另一側為基坑坑外地基土，該地基土表面布置若干LVDTS位移傳感器，該側地基土內埋設有樁基，沿樁基長度方向上均勻布有若干應變計；剛性框架上部鋪有2根縱梁，縱梁上鋪有縱梁導軌，與縱梁構成滑動副，并裝有與導軌垂直的縱梁連桿，縱梁連桿與電機相連，兩根橫梁垂直布置在2根縱梁導軌上，并與之構成滑動副，2根橫梁上面各自有橫梁導軌，橫梁與橫梁導軌通過螺栓固定，橫梁導軌兩端為兩個滑塊，橫梁連桿連接在橫梁導軌之間，滑塊上面為底板，底板上裝有支架以支撐安裝在支架內的電動葫蘆，吊鉤與電動葫蘆連接，試驗模型箱、剛性框架通過螺栓與墊板固定。