[发明专利]基坑内支撑结构变形与土压力模拟监测装置及模拟方法

权利要求书

1.基坑内支撑结构变形与土压力模拟监测装置，其特征在于：包括可视化模拟箱、土体填装装置、多级配重加压装置、内部支护装置、结构变形测试装置和土压力分布检测盒(6)且各装置采用采用模块化拼装的方式进行组合安装，所述土体填装装置、多级配重加压装置安装在所述可视化模拟箱的正上方，所述内部支护装置按照模拟要求布置在所述可视化模拟箱的内侧，所述结构变形测试装置安装在所述可视化模拟箱的顶部以及内部支护装置上，所述土压力分布检测盒(6)均匀安装在所述内部支撑装置中设置在可视化模拟箱中的部分上；所述结构变形测试装置、土压力分布检测盒(6)外接信号接收设备。

2.根据权利要求1所述的基坑内支撑结构变形与土压力模拟监测装置，其特征在于：所述可视化模拟箱的前侧挡板采用高强度钢化玻璃(101)，所述可视化模拟箱的左侧挡板(102)、右侧挡板(103)、后侧挡板(104)中的全部或部分设置有活动挡板(105)，所述活动挡板(105)采用上下活动的方式嵌合在所述左侧挡板(102)、右侧挡板(103)、后侧挡板(104)并由可视化模拟箱顶端抽出或插入。

3.根据权利要求2所述的基坑内支撑结构变形与土压力模拟监测装置，其特征在于：所述土体填充装置包括滑动导轨(201)、撒土箱(202)，所述滑动导轨(201)水平安装在所述可视化模拟箱的顶端且包括平行设置的两组，所述撒土箱(202)通过滚轮(203)以相对滑动导轨(201)运动的方式安装在所述滑动导轨(201)上。

4.根据权利要求3所述的基坑内支撑结构变形与土压力模拟监测装置，其特征在于：所述多级配重加压装置包括多块呈线性增加的配重荷载(301)以及承压板(302)，所述配重荷载(301)根据测试条件进行组合。

5.根据权利要求4所述的基坑内支撑结构变形与土压力模拟监测装置，其特征在于：所述内部支护装置包括冠梁(401)、腰梁(402)、监测桩体(403)以及内支撑(404)，所述冠梁(401)设置在所述可视化模拟箱的顶端，所述监测桩体(403)包括多组且均竖直固定在所述冠梁(401)的下表面，相邻所述监测桩体(403)的相对侧壁等高位置处安装有所述腰梁(402)且相对的腰梁(402)之间通过内支撑(404)固定连接。

6.根据权利要求5所述的基坑内支撑结构变形与土压力模拟监测装置，其特征在于：所述冠梁(401)与监测桩体(403)的连接方式、所述腰梁(402)与监测桩体(403)的连接方式、所述腰梁(402)与内支撑(404)的连接方式均通过螺钉、螺母的固定连接，所述监测桩体(403)采用PVC管，所述冠梁(401)采用木材材质，所述腰梁(402)采用铁片，所述内支撑(404)采用空心铁管。

7.根据权利要求5所述的基坑内支撑结构变形与土压力模拟监测装置，其特征在于：所述结构变形测试装置包括进行地表沉降检测用的百分表(501)和进行桩体水平向位移检测用的位移传感器(502)，所述百分表(501)通过横梁(503)固定安装在所述可视化模拟箱的顶端且所述横梁(503)安装在所述冠梁(401)上，所述位移传感器(502)竖直均匀排列固定安装在所述监测桩体(403)的表面。

8.根据权利要求7所述的基坑内支撑结构变形与土压力模拟监测装置，其特征在于：所述内部支护装置、结构变形测试装置、土压力分布检测盒(6)根据特定的模拟测试进行对应的结构布置。

9.根据权利要求8所述的基坑内支撑结构变形与土压力模拟监测装置，其特征在于：所述土压力分布检测盒(6)竖直均匀排列安装在所述监测桩体(403)的外表面，所述百分表(501)、位移传感器(502)、土压力分布检测盒(6)与所述外界信号接收设备相连接。

10.基坑内支撑结构变形与土压力模拟监测装置的模拟方法，其特征在于，具有如下步骤：

(1)材料的填装

根据相似理论配置与所研究基坑区域的土质相似材料作为填装材料，拼装可视化模拟箱的各侧活动挡板(105)，组装完整的可视化模拟箱，安装撒土箱(202)，保证撒土箱(202)沿滑动导轨(201)滑动以实现填装材料的均匀撒放，根据所需密实度对填装材料进行压实，并留出开挖区域布置内部支护装置；

(2)各模块的拼装及模型构建

用冠梁(401)固定各个监测桩体(403)，并用螺钉和螺母固定腰梁(402)，固定时保持科学的监测桩体(403)间距和腰梁(402)间距；将土压力分布检测盒(6)和位移传感器(502)固定在检测桩体上，根据精度需求调整布置数量，固定完成后进行调零，将固定好的排桩插入压实的填装材料中，继续撒填装材料，直到没过监测桩体(403)的顶部并在填装材料表面铺设木板；布置多级配重加压装置与结构变形测试装置的横梁(503)与百分表(501)，保证百分表(501)探头与填装材料表面布置的平滑木板良好接触；

(3)施工模拟与内部支护装置的评价

开始进行开挖施工，与实际工程保持一致进行多次开挖，开挖到指定位置进行内支撑(404)的布置与连结，每次开挖时抽掉对应位置的木板，进行分段开挖；通过结构变形测试装置与土压力分布检测盒(6)可获得整个施工过程中的各个阶段的地表沉降、监测桩体(403)前后的土压力分布和监测桩体(403)的水平位移，从而对整个内部支护装置的结构结构体系进行评价预测。