[實用新型]一種浮力模型試驗裝置

有效

• 申請號: 201922455462.3
• 申請日: 2019-12-30
• 公開（公告）號: CN211085712U
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 王宇博;徐永亮;龐煒;王偉;周玉鳳;黃溯航;郭紅梅;孫常青;秦新;陳璐璐
• 申請（專利權）人: 北京城建勘測設計研究院有限責任公司
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 北京易捷勝知識產權代理事務所(普通合伙) 11613
• 代理人: 齊勝杰

本實用新型屬于巖土工程技術領域，尤其涉及一種浮力模型試驗裝置。該裝置包括試驗箱體、地下結構單元和進水管；所述試驗箱體的頂部敞口，內部設置有地基土層；所述地下結構單元設置在所述地基土層內部，且地下結構單元的頂部與試驗箱體的頂部位于同一水平線；所述地下結構單元包括內桶和外側套筒，所述內桶為頂部敞口的圓柱形桶體，所述外側套筒為上下貫通的套設在所述內桶外部的套筒，所述外側套筒與內桶之間有間隙；所述進水管設置在試驗箱體的內部，沿試驗箱體的高度方向垂向設置。該裝置消除了側壁受到的垂向應力，從而實現裝置僅受到重力、浮力和底部土體的反力，測量結果更加準確。

技術領域

本實用新型屬于巖土工程技術領域，尤其涉及一種浮力模型試驗裝置。

背景技術

液體中的浮力計算通常可以簡單應用阿基米德定律，而固液兩相介質中的浮力在部分固體介質中則不能很好的應用，尤其是飽和粘性土中的浮力計算即弱透水層的孔隙水壓力問題一直飽受爭議。爭辯的觀點基本分為兩派，部分學者認為即使沒有滲流情況下，由于結合水造成弱透水層的連通性較差等原因，孔隙水壓力也是需要折減的，一些學者通過模型試驗測得折減系數最高可達65％；另一部分學者的觀點則認為即使是粘性土，其孔隙水壓力折減系數也很小，工程應用中幾乎不考慮，通過模型試驗研究證明了在長期穩定狀態下，飽和粘性土能完全傳遞孔隙水壓力。

地下結構模塊裝置的側壁垂向應力主要為摩阻力和粘聚力，上述學者在進行模型試驗時消除模擬地下結構模塊裝置的側壁垂向應力時一般采用兩種方式：第一種是將地下結構模塊側壁盡量采用光滑、平整的材料，或同時涂抹凡士林等潤滑劑，但這種處理方式通常只能一定量減小摩阻力和粘聚力，并不能完全消除摩阻力和粘聚力，尤其當地下結構模塊四周土體夯實效果比較好時，效果欠佳。另一種是先做摩阻力和粘聚力的破壞實驗，測得沒有浮力作用時模塊向上滑動所需要的力即最大靜摩擦力、粘聚力與模塊自身重力之和，進而減掉重力后視為裝置側向應力。但這種處理方式測得的最大應力值當中最大靜摩擦力與實際的滑動摩擦力并不一致，同時受到周圍土體夯實效果影響顯著。試驗過程中側壁受到的垂向應力實際是一個變化值，不同情景條件和側壁壓力狀態下是不同的，而用統一的一個值去替代顯然誤差很大。

縱觀上述試驗研究，由于地下結構浮力測算試驗裝置的局限，各位研究者對粘性土中地下結構模塊所有浮力作用的測算成果存在較大的分歧。因此，有必要在考慮上述試驗裝置優缺點的基礎上，設計出一種測算更加細致、更接近客觀值的地下結構浮力測算裝置，以便開展更加深入的試驗研究工作。

實用新型內容

(一)要解決的技術問題

針對現有存在的技術問題，本實用新型提供一種浮力模型試驗裝置，該裝置消除了側壁受到的垂向應力，從而實現裝置僅受到重力、浮力和底部土體的反力，測量結果更加準確。

(二)技術方案

本實用新型提供一種浮力模型試驗裝置，包括試驗箱體、地下結構單元和進水管；

所述試驗箱體的頂部敞口，內部設置有地基土層；

所述地下結構單元設置在所述地基土層內部，且地下結構單元的頂部與試驗箱體的頂部位于同一水平線；

所述地下結構單元包括內桶和外側套筒，所述內桶為頂部敞口的圓柱形桶體，所述外側套筒為上下貫通的套設在所述內桶外部的套筒，所述外側套筒與內桶之間有間隙；

所述進水管設置在試驗箱體的內部，沿試驗箱體的高度方向垂向設置。

進一步地，所述間隙為3-5mm。

進一步地，所述地下結構單元的外部設置有防水層。

進一步地，還包括多個水位觀測孔，所述水位觀測孔設置在試驗箱體的內部，沿試驗箱體的高度方向垂向設置，且多個水位觀測孔的底部位于試驗箱體的不同深度。