[發明專利]隧道-基坑多重開挖影響既有樁基的離心模型試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 202010134702.4
• 申請日: 2020-03-02
• 公開（公告）號: CN111206627A
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發明（設計）人: 刁紅國;王新泉;張天賜;崔允亮
• 申請（專利權）人: 浙江大學城市學院
• 主分類號: E02D33/00
• 分類號: E02D33/00
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 張羽振

本發明涉及隧道?基坑多重開挖影響既有樁基的離心模型試驗裝置，包括模型箱、模型樁、模型隧道、模型基坑、模型用土、重液、樁頭約束裝置、橫向支架、加載系統、控制系統及測量系統；所述模型箱通過隔板和橫向支撐分隔為主體試驗箱和附屬試驗箱，所述模型樁包括樁身和設置于樁身頂部的樁帽，模型樁位于所述模型隧道和模型基坑的主要影響區內，所述模型隧道包括襯砌和分節設置于襯砌外圍的環形橡膠袋，所述模型基坑包括支護結構和敞口橡膠袋。本發明的有益效果是：本發明中的樁頭約束裝置采用可伸縮立桿和樁頭夾具，可有效約束樁頭的側向變形，靈活調節樁頭約束的位置，模擬高低承臺、樁筏基礎等多種樁基型式，適用范圍廣泛。

技術領域

本發明涉及土工離心模型試驗領域，具體涉及隧道-基坑多重開挖影響既有樁基的離心模型試驗裝置及方法。

背景技術

土與結構的相互作用問題一直是巖土工程研究領域中一個復雜的課題，其復雜性主要體現在研究對象巖土本身屬于多相組成的不連續介質，具有重力依賴和應力路徑依賴等特性。因此，巖土體與建(構)筑物之間的相互作用是一個復雜的非線性或動態的結構力學問題。隧道和基坑的開挖卸荷方式不同，引起土體變形的因素不同，土體變形模式和大小也就不同，進而表現為對近接既有樁基的影響也不一樣。現有關于開挖卸荷對近接樁基的影響研究，主要集中體現為單一的隧道開挖對樁的影響問題或基坑開挖對樁的影響問題。然而，隨著城市地下空間利用率的提高，既有樁基周圍存在隧道和基坑依次開挖的工況也經常發生。而且，伴隨“地鐵熱”和建筑基坑的密集化趨勢，這種情況也會越來越普遍，但隧道-基坑多重開挖卸荷對近接既有樁基的影響研究還較為滯后。

針對土與結構的相互作用問題，目前最常采用的試驗手段包括現場試驗、縮尺模型試驗和離心機模型試驗等。其中，現場試驗可以體現土體的真實應力特性，但試驗工作量大，成本昂貴，影響因素復雜導致難以分析試驗結果的內在機理。盡管縮尺模型試驗成本相對較低，但其無法或很難再現現場實際環境條件，不能反映原型應力狀態。作為目前公認的最先進、最有效的試驗方法，土工離心模型試驗能夠真實模擬重力場的存在，再現工程實際應力狀態，已經越來越廣泛地被應用于巖土工程的科學研究中。因此，針對現場試驗和縮尺模型試驗的不足，有必要研發一種隧道-基坑多重開挖影響既有樁基的離心模型試驗裝置及方法。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供一種隧道-基坑多重開挖影響既有樁基的離心模型試驗裝置及方法，能夠采用縮尺模型在超高重力狀態下還原真實的應力狀態，模擬結果更加可靠。

這種隧道-基坑多重開挖影響既有樁基的離心模型試驗裝置，包括模型箱、模型樁、模型隧道、模型基坑、模型用土、重液、樁頭約束裝置、橫向支架、加載系統、控制系統及測量系統；所述模型箱通過隔板和橫向支撐分隔為主體試驗箱和附屬試驗箱，所述模型樁包括樁身和設置于樁身頂部的樁帽，模型樁位于所述模型隧道和模型基坑的主要影響區內，所述模型隧道包括襯砌和分節設置于襯砌外圍的環形橡膠袋，所述模型基坑包括支護結構和敞口橡膠袋，所述重液與所述模型用土密度一致，模型樁頂端設置樁頭約束裝置，所述樁頭約束裝置包括固定在墊板上的可伸縮立桿和設有半圓弧開口的樁頭夾具，所述橫向支架沿箱壁頂部的凹槽自由滑動，所述加載系統包括固定在墊板上的液壓千斤頂和延伸桿，所述控制系統包括導管、閥門和固定在模型箱頂部的監控相機，所述測量系統包括懸掛在模型箱側壁的數據采集儀、用于測量樁身軸力和彎矩的應變片、用于測量地表沉降的地表位移傳感器、用于測量樁基沉降的樁頂位移傳感器、用于測量樁頂荷載的壓力傳感器以及用于控制模型基坑開挖的孔隙水壓力計。

作為優選：所述應變片沿樁身豎向等間距分布，應變片沿樁身橫截面呈十字型對稱粘貼，十字型結構的縱橫向分別平行和垂直于模型隧道的開挖方向。

作為優選：所述模型樁的樁身外側還均勻涂有一層保護應變片的環氧樹脂膠。

作為優選：所述導管密封連接在環形橡膠袋和敞口橡膠袋的底部，導管依次穿過隔板底部的通孔并與附屬試驗箱內的閥門連接形成并聯通路，并且導管與重液收集筒連接。