[发明专利]一种基于基坑开挖模型试验的可调节防水基坑支护装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于基坑开挖模型试验的可调节防水基坑支护装置，特别是涉及可同时考虑地下水环境和挡土墙入土深度变化的柔性挡土墙基坑开挖模型试验装置，方便对基坑开挖过程土体中超静孔隙水压力、土压力以及基坑变形等进行监测。

背景技术

在滨海、沿江地区的深基坑工程面临地下水丰富，施工环境复杂以及施工难度大等挑战，其中地下水作用引起的基坑变形和失稳问题是该类地区深基坑工程的重大风险源之一。

目前基坑开挖模型试验多不考虑地下水作用，试验土体选用干砂，主要监测基坑开挖土体的土压力和基坑变形，与有地下水作用的基坑开挖情况有较大差异。考虑地下水作用基坑开挖模型试验，有研究(孙威.滨海地区深基坑性状的试验及理论研究[D].浙江大学,2015.)采用固定挡土墙的方法，该方法只能监测土体中超静孔隙水压力，无法获得准确的土压力和基坑变形数据。另有研究(彭述权.砂土挡墙破坏机理宏细观研究[D].同济大学,2007.)采用薄膜通过电晕的方法粗糙处理后涂抹环氧树脂连接挡土墙和模型箱，该方法可获取试验土体中超静孔隙水压力、土压力和基坑变形数据，但薄膜连接工艺较为复杂，挡墙位移较大时薄膜可能在移动过程中由于土颗粒摩擦导致破损，无法顺利完成试验或进行重复试验。因此，更为简单、准确地模拟地下水环境下挡土墙的移动是滨海、沿江基坑开挖模型试验中需要解决的问题。

大量试验研究表明基坑的受力、变形和稳定性与挡土墙入土深度有很大关系。在实际工程中，设计方案常常会包含多个挡土墙入土深度方案，最后通过有限元数值计算、工程经验类比的方法确定唯一挡土墙入土深度设计方案，尚缺乏相关可调节入土深度的挡土墙基坑开挖模型试验提供的相关基坑设计参考意见。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于基坑开挖模型试验的可调节防水基坑支护装置，解决了有效精确模拟地下水环境下基坑开挖过程中的挡土墙移动问题，并可重复试验研究不同挡土墙入土深度对基坑水土压力以及变形的影响。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于基坑开挖模型试验的可调节防水基坑支护装置，该装置包括挡土墙和支撑，所述挡土墙上部设有多道螺栓，通过螺栓固定挡土墙支架；所述挡土墙中部预留有若干固定螺栓，两侧设有止水橡胶条；所述止水橡胶条保证挡土墙移动过程中与模型箱接触面不发生漏水；所述支撑的一端具有内螺纹口，内螺纹口与固定螺栓螺纹连接，实现支撑的安装。

进一步地，所述支撑包括实心铝杆、伸缩杆和支撑连接螺栓；所述实心铝杆上开有若干凹槽，一端具有内螺纹口；所述伸缩杆为空心铝管，伸缩杆上开有若干螺纹孔；所述支撑连接螺栓穿过伸缩杆上的螺纹孔抵住实心铝杆的凹槽，使得实心铝杆和伸缩杆紧密连接。

进一步地，所述支撑包括第一支撑杆、第二支撑杆和套筒；所述第一支撑杆的一端具有外螺纹；所述第二支撑杆的一端具有内螺纹口，另一端具有外螺纹；所述套筒具有内螺纹通道，一端螺纹连接第一支撑杆，另一端螺纹连接第二支撑杆。

进一步地，所述止水橡胶条由半圆柱形橡胶腔体和橡胶片组成；所述橡胶片嵌入挡土墙侧面的槽线中，涂抹硅胶密封安装在挡土墙上。

进一步地，所述挡土墙为铝板，其厚度由模型试验需模拟的挡土墙刚度确定。

进一步地，所述挡土墙支架为不锈钢板。

进一步地，所述模型箱与挡土墙接触的两个侧面为钢化玻璃。

进一步地，所述螺栓的位置由挡土墙入土深度确定，道数由改变挡土墙入土深度的基坑开挖试验需要调整的组数确定。

进一步地，所述固定螺栓的数量和位置由基坑支撑的数量和位置确定。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中挡土墙在基坑开挖过程中由于坑内外土压力差可发生相应的位移，监测不同开挖工况下基坑土体中的超静孔隙水压力、土压力以及基坑变形，相比于固定挡土墙的试验方法更能反映实际基坑工程开挖过程中的水土压力和基坑变形响应。

2、本发明可模拟地下水作用的基坑工程环境，采用由半圆柱形橡胶腔体和橡胶片组成的定制止水橡胶条密封；将橡胶片嵌入挡土墙侧面的槽线中，涂抹硅胶密封把止水橡胶条安装在挡土墙上，一方面可以达到防止漏水的目的，另一方面保证挡土墙移动过程中止水橡胶条不会发生剥落；半圆柱形橡胶腔体在挡土墙移动过程中会被压扁，增大止水橡胶条与钢化玻璃的接触面，进一步保证挡土墙在移动过程中止水橡胶条与模型箱接触面不发生漏水，工作原理简单，装置简易，安装操作方便。