[发明专利]基坑分层开挖与非均匀位移支护侧压力测试装置与方法

说明书

本发明提供一种基坑分层开挖与非均匀位移支护侧压力测试装置与方法，包括：拼接挡墙、加载螺栓、加载拐、微型土压力传感器、橡胶薄膜和模型箱；拼接挡墙和加载螺栓均设置于模型箱的一侧壁处，拼接挡墙位于侧壁的内侧并与侧壁平行，在侧壁外侧设置有若干纵加劲肋和横加劲肋，拼接挡墙由若干等高的墙片拼接组成；微型土压力传感器设置在各墙片上，橡胶薄膜覆盖并粘结在墙片上；多个加载螺栓的一端从模型箱外部穿过侧壁，达到拼接挡墙的各个墙片，加载螺栓能够被拧动。本发明可以模拟基坑分层开挖过程支护结构的侧压力，为工程设计与支护提供依据；可以研究非均匀位移时支护结构侧压力的分布规律及其随位移的变化规律。

技术领域

本发明涉及岩土工程的室内模型试验，具体地，涉及一种基坑分层开挖与非均匀位移工况时的支护侧压力测试装置与方法。

背景技术

基坑逐步开挖卸荷，支护结构上土压力的分布规律是基坑工程研究的重要内容，也是基坑支护设计的依据，支护结构土压力随着开挖过程的变化规律也是岩土工程的重要科学问题。

刚性挡墙土压力研究的甚多，实际工程中，除了重力式挡墙以外，其他各种支护结构在使用过程中，均会产生挠曲变形，体现出柔性挡墙特点，侧移沿深度非均匀分布才是各种支护结构工作状态的普遍真实工况，非均匀侧移的土压力特点的实验与理论研究相对较少。

截至目前，国内外关于研究开挖卸荷土压力的试验装置并不多，且分层数较少，一次性卸荷深度太大，难以模拟实际工况；研究非均匀位移时支护结构上土压力的实验装置更为少见。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基坑分层开挖与非均匀位移支护侧压力测试装置与方法。

根据本发明的一个方面，提供基坑分层开挖与非均匀位移支护侧压力测试装置，包括：拼接挡墙、加载螺栓、加载拐、微型土压力传感器、橡胶薄膜、模型箱，以及刚度加强件；其中：

所述模型箱固定在所述刚度加强件的内部；

所述拼接挡墙、所述加载螺栓均设置于所述模型箱的一侧壁处，所述拼接挡墙由若干等高的墙片竖向拼接组成，并设置于所述模型箱一端的侧壁内侧且与该侧壁平行；

所述微型土压力传感器以凹孔方式布设在各墙片列面朝所述模型箱内的面上；

所述橡胶薄膜覆盖并粘贴在已布设微型土压力传感器的拼接挡墙面上；

若干所述加载螺栓贯穿所述模型箱的侧壁并分别与所述拼接挡墙的各墙片对应连接；在所述模型箱的该端侧壁外侧设置有若干纵加劲肋与横加劲肋，位于侧壁中线位置的纵加劲肋开有一列螺丝孔，用于与所述加载螺栓配合；

所述加载拐与所述加载螺栓外侧端头连接，旋转所述加载拐即驱动所述加载螺栓转动，从而辅助所述加载螺栓实现水平加载。

优选地，所述的拼接挡墙的总高度H根据实验要求设定，拼接挡墙的宽度B取总高度H的1/2～1/3。

优选地，所述墙片的背面中心位置设置有圆形凹坑，圆形凹坑的深度不大于墙片厚度T的1/3、不小于2cm，圆形凹坑的直径不小于墙片高度h的1/2；

所述墙片的中心位置设置有螺栓孔。

更优选地，所述的墙片数目N取5～20片，N需根据实验目的与制作操作的繁琐程度综合确定：模拟基坑分层开挖时取小值5～10；模拟柔性挡墙非均匀位移工况下的主动、被动土压力时取大值10～20。

更优选地，所述的墙片高度h等于拼接挡墙总高度H/墙片数目N，墙片厚度T的取值为拼接挡墙的宽度B的1/6或者为拼接挡墙的宽度B的1/10加上加劲肋厚度，且不小于被动极限位移估算值Sp，其中：被动极限位移估算值Sp按照主动极限位移估算值Sa的5倍估算，主动极限位移估算值Sa按照拼接挡墙的总高度H估算，Sa＝H*0.2％。