[发明专利]一种模拟基坑被动区加固的试验装置及方法

权利要求书

1.一种模拟基坑被动区加固的实验装置，其特征在于，包括试验箱、支撑构件、加固构件和测试单元；

所述试验箱包括底座，底座上端面一侧依次设有第一立柱、第二立柱、第三立柱，另一侧对应的设有第四立柱、第五立柱、第六立柱，第一立柱和第二立柱间、第一立柱和第四立柱间、第四立柱和第五立柱间设有挡土板，第二立柱和第三立柱间、第五立柱和第六立柱间设有竖向层叠的挡土矮板，第二立柱和第五立柱间固定有挡土墙，挡土墙上均匀布置有若干第一螺纹通孔，第三立柱和第六立柱间设有竖向层叠的挡土梁，挡土梁上设有与螺纹通孔对应的第二螺纹通孔；挡土墙和挡土板构成第一腔体，挡土墙和挡土梁、挡土矮板构成第二腔体，第一腔体和第二腔体内均设有回填土；

所述支撑构件包括同轴且不相连的第一连接杆和第二连接杆，第一连接杆一端设置在第一螺纹通孔内，第一连接杆外沿远离第一螺纹通孔方向依次套设有预紧的弹簧、弹簧压块、限位螺母，弹簧压块外还套设有加载筒，加载筒末端与第二连接杆一端螺纹连接，第二连接杆末端设置在第二螺纹通孔内，旋转加载筒，加载筒带动弹簧压块沿第一连接杆滑动，使弹簧压块挤压或远离弹簧，改变弹簧预紧而对挡土墙形成的支撑力；

所述加固构件包括两端设有外螺纹的支撑杆，支撑杆两端分别设置在对应的第一螺纹通孔和第二螺纹通孔内，支撑杆靠近第一螺纹通孔一端外套设有传力板，支撑杆与传力板螺纹连接，通过传力板对挡土墙施加支撑力；

所述测试单元包括若干电子位移计、土压力盒、应变片，电子位移计分别布置在所述回填土表面、挡土墙表面，用来监测地表沉降以及挡土墙侧向位移；土压力盒分别设置在所述挡土墙两侧，用来监测开挖过程中挡土墙两侧土压力变化情况；应变片分别设置在所述挡土墙、第二连接杆上，用来监测基坑开挖过程中挡土墙以及支撑构件的应力应变。

2.如权利要求1所述的一种模拟基坑被动区加固的实验装置，其特征在于，所述底座上设有凹槽，所述挡土板下端嵌置在凹槽内。

3.如权利要求2所述的一种模拟基坑被动区加固的实验装置，其特征在于，所述挡土板采用钢化有机玻璃，且钢化有机玻璃上标记有土深刻度线。

4.如权利要求1所述的一种模拟基坑被动区加固的实验装置，其特征在于，所述第二立柱和第五立柱内侧均设有竖向凹槽，所述挡土墙设置在第二立柱和第五立柱的竖向凹槽内。

5.如权利要求4所述的一种模拟基坑被动区加固的实验装置，其特征在于，所述挡土墙采用微粒混凝土薄板;所述微粒混凝土薄板与所述第二立柱、第五立柱之间空隙用砂浆填充。

6.如权利要求1所述的一种模拟基坑被动区加固的实验装置，其特征在于，所述加载筒上设有把手。

7.一种模拟基坑被动区加固的试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、试验箱安装

使底座处于水平，安装试验箱，并对构建连接位置进行密封处理；

S2、加固构件选择

根据实际工况，计算出单位加固区域的单根支撑杆的刚度K为：

K=( m₂-m₁) S

式中， m₁为加固前土体的弹性抗力系数的比例系数，m₂为加固后土体的弹性抗力系数的比例系数，S为单根支撑杆对应加固土体的截面面积；

根据计算出的刚度，选择支撑杆；

S3、土体回填

在挡土板的两侧均匀布置若干土压力盒、电子位移计、应变片，并在第一腔体、第二腔体内分别分层进行填筑土体并压实；当填筑至施工要求的加固区域时，先按施工要求将若干加固构件安装在挡土墙和挡土梁间，再填筑土体并采用振动密实的方式进行压实；逐层向上回填，待填筑完成后，在第一腔体内回填土的上表面布置若干电子位移计；在所述内支撑模拟单元上粘贴应变计；

S4、基坑开挖

将最上层挡土梁和挡土矮板拆除，排出该层回填土，并根据施工要求在支撑构件内设置电子位移计，并将安装好的支撑构件设置在挡土墙和挡土梁对应的螺纹通孔内，旋转加载筒，通过应变片检测支撑构件的支撑力大小，直至支撑力达到施工要求；重复上述土体开挖和支撑构件的安装步骤，逐层向下施工；当基坑开挖至加固区域时，先排出加固区域的土体，再根据施工要求拆除加固构件；待加固构件拆除完毕后，继续土体开挖和支撑构件的安装步骤，直至土体开挖完成；

S5、结果分析

在整个基坑开挖过程中，采用专用设备记录电子位移计、土压力盒、应变片监测数据，通过整理分析，获得被动区加固后基坑受力和变形规律。