[实用新型]超重力条件下的基坑开挖模拟装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基坑开挖模拟装置，特别是涉及一种超重力条件下的基坑开挖模拟装置。

背景技术

土工超重力模型试验相对于原型观测、室内常重力场试验及数值模拟方法具有其独特优势，因而是目前进行岩土工程技术研究中最先进、最有效的试验方法。随着地下工程的大型化、复杂化，以往依赖工程经验的做法将不能满足设计、施工要求，开展基坑工程离心模型试验能有效地研究基坑工程问题，促进基坑工程理论和数值模拟的完善。由于基坑工程工况复杂，模拟困难，尤其是基坑开挖模拟，对实际工况模拟的好坏，将直接影响试验的结果。

现有的超重力模型试验中基坑开挖方式大体可归纳为以下几种：

(1)停机开挖方法，即在停机状态下完成开挖，后增大离心加速度来研究应力提高情况下土体或挡土结构的反应。但是停机再开机对地基土有卸载再加载的过程，与实际工况不同，土体应力路径发生改变，对模型试验结果的影响不可忽视。

(2)排放代土液体开挖方法，即在离心机运转状态下逐步排出代土液体来模拟基坑开挖过程，一般是在常重力条件下采用与土体重度相当的重液取代基坑开挖部分的土体，提供给坑底土体竖向力和支护结构侧向力，但是由于液体相同深度上各向压强相等，该方法不能准确模拟土体的侧压力。

(3)微型机器人开挖方法，即在离心机运转状态下采用先进的微型自动开挖装置进行基坑开挖。该方法虽是最理想的开挖模拟方法，但是开发成本高，技术难度大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种超重力条件下的基坑开挖模拟装置，尤其适用于超重力模型试验在非停机状态下，模拟基坑分数层开挖的装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本实用新型包括模型箱，模型箱安装在刚性支架内，刚性支架上表面布置监控装置，刚性支架上表面设有平行的两根主梁，两根主梁上面各自有主梁导轨，其中一根主梁侧面安装有与主梁导轨平行的主梁螺杆，主梁螺杆的一端与安装在其中一根主梁一端的主梁电机连接，主梁螺杆的另一端与安装在同一根主梁另一端的主梁端板轴承孔转动连接，两根一级次梁垂直布置在两根主梁导轨上，并与两根主梁导轨构成滑动副，两根一级次梁上面各自有次梁导轨，装在主梁螺杆中的主梁侧螺母与其中一根一级次梁连接，其中一根一级次梁侧面安装有与次梁导轨平行的次梁螺杆，次梁螺杆的一端与安装在其中一根一级次梁一端的次梁电机连接，次梁螺杆的另一端与同一根一级次梁另一端的次梁端板轴承孔转动连接，两根二级次梁垂直布置在两根次梁导轨上，并与两根次梁导轨构成滑动副，两根二级次梁上面装有电动葫芦支架，电动葫芦安装在电动葫芦支架内。

所述模型箱，包括模型仓和弃土仓，模型仓填充土体，土体插入围护结构，将模型仓隔成两个部分，靠近弃土仓一侧上部为基坑开挖部分，基坑开挖部分放置数个开挖土袋。

所述围护结构为隔离板或隔离桩。

所述数个开挖土袋上部均设有弹簧环，弹簧环能被电动葫芦的吊钩吊起。

所述监控装置为摄像头，用于监控和辅助调节电动葫芦的吊钩位置。

所述弹簧环在上层开挖土袋调出后自行弹起。

所述两根一级次梁通过第一滑块与两根主梁导轨构成滑动副，两根二级次梁通过第二滑块与两根次梁导轨构成滑动副，使电动葫芦的吊钩实现水平方向上的运动。

所述第一滑块通过主梁侧螺母与主梁螺杆连接，所述第二滑块通过次梁侧螺母与次梁螺杆连接。

所述开挖土袋的尺寸与开挖层配合，材质为帆布。

所述基坑开挖部分设置有力传感器和位移传感器，用于测量土体由于围护结构在基坑开挖过程中产生内力和变形而随之生成的相应内力大小与形变大小。

本实用新型具有的有益效果是：

(1)本实用新型适用于基坑工程超重力模型试验在非停机状态下的基坑开挖。

(2)能同时保证坑底土体应力和支护结构所受土体侧压力与实际相一致。

(3)模拟基坑分数层开挖，与实际施工工况一致，符合土体实际应力变化。

(4)整个装置原理简单，结构构造清晰，易于安装，造价低。

附图说明

图1是本实用新型的俯视图。

图2是图1的A-A剖视图。

图3是图1的B-B剖视图。