[发明专利]一种地下结构浮力测算试验装置

权利要求书

1.一种地下结构浮力测算试验装置，其特征在于，包括试验箱体、地下结构单元、测量单元、反力梁和进出水管；

所述试验箱体的顶部敞口，内部设置有地基土层；

所述地下结构单元设置在所述地基土层内部，且地下结构单元的顶部与地基土层的顶部位于同一水平线；

所述地基土层从地下结构单元顶部水平线到试验箱体内的底面方向上依次设置有黏性土层和粗砂层；

所述地下结构单元为圆台结构，所述圆台结构包括顶面、底面和侧面，所述顶面的面积大于底面的面积，侧面与水平面之间的夹角为α，夹角α小于等于坡率的反正切函数；

所述测量单元一端固定在反力梁下端，另一端与地下结构单元连接，用于监测反力梁的反力；

在浮力测算时，水通过进出水管依次进入地基土层，根据静力平衡原理，对地下结构单元进行受力分析：

地下结构单元在地基土层中会受到结构自重G、垂向土颗粒反力F₁、地下水浮力F₂、侧向土颗粒反力F₃、侧向水压力F₄、反力梁反力F₅和结构侧壁摩阻力f；

侧向土颗粒反力F₃和侧向水压力F₄在水平方向上的分量相互抵消；

垂直方向上，静力平衡方程计算如下：

(F₃+F₄)cosα+F₁+F₂＝f sinα+G+F₅ (1)

式中，α为圆台结构的侧面与水平面之间的夹角；

当地下结构单元处于临界浮起状态时，垂向土颗粒反力F₁、侧向土颗粒反力F₃和结构侧壁摩阻力f→0，此时作用于当地下结构单元底板的地下水浮托力为：

F₄cosα+F₂＝G+F₅ (2)

绘制垂向渗流曲线，计算侧向水压力F₄的值，进而得到地下水浮力F₂。

2.根据权利要求1所述的地下结构浮力测算试验装置，其特征在于，所述黏性土层的厚度为90-95cm，所述粗砂层的厚度为10-15cm。

3.根据权利要求2所述的地下结构浮力测算试验装置，其特征在于，所述进出水管沿试验箱体的侧面垂向设置。

4.根据权利要求3所述的地下结构浮力测算试验装置，其特征在于，所述进出水管包括进出水管实管和进出水管过滤器，进出水管实管的底部与进出水管过滤器连接，进出水管实管的底部与黏性土层的底部位于同一水平线。

5.根据权利要求1所述的地下结构浮力测算试验装置，其特征在于，还包括多个水位观测孔，水位观测孔沿试验箱体的侧面垂向设置，且多个水位观测孔位于试验箱体的不同深度。

6.根据权利要求1所述的地下结构浮力测算试验装置，其特征在于，所述试验箱体由箱体框架和所述箱体框架内设置的钢化玻璃围成。

7.根据权利要求6所述的地下结构浮力测算试验装置，其特征在于，所述箱体框架由多个角钢组成，每个所述角钢的边宽为5cm，边厚为1cm。

8.根据权利要求6所述的地下结构浮力测算试验装置，其特征在于，所述钢化玻璃的厚度为1-3cm。

9.根据权利要求1所述的地下结构浮力测算试验装置，其特征在于，所述测量单元为拉压应力传感器。

10.根据权利要求1所述的地下结构浮力测算试验装置，其特征在于，所述试验箱体的长为100cm、宽为100cm、高为110cm。