[发明专利]一种地下结构浮力测算试验装置

说明书

本发明属于岩土工程技术领域，尤其涉及一种地下结构浮力测算试验装置。包括试验箱体、地下结构单元、测量单元、反力梁和进出水管；试验箱体的顶部敞口，内部设置有地基土层；地下结构单元设置在地基土层内部，地下结构单元的顶部与地基土层的顶部位于同一水平线；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；地下结构单元为圆台结构，圆台结构包括顶面、底面和侧面，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；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。装置在消除侧向摩擦力的情况下，使地下结构浮力测算更加准确。

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，尤其涉及一种地下结构浮力测算试验装置。

背景技术

饱和黏性土中地下结构所受地下水浮力的测算一直以来都是工程界研究的热点问题，虽取得了大量成果，但是关于以黏性土为主的弱透水层中孔隙水压力的“折减”问题，尚未达成共识。

张第轩等通过试验研究表明，即使是黏性土，其结合水对孔隙水压力折减系数也很小，工程应用中几乎不考虑。但是，张第轩等的试验是在静水条件下完成，结构压在黏性土层表面，试验结果显示饱和黏性土中水压力不折减，该试验装置的问题是忽略了“浮力作用深度”的概念。

宋林辉、周鹏飞等学者研究认为，即使没有渗流情况下，由于结合水造成弱透水层的连通性较差等原因，孔隙水压力也是需要折减的，提出了测定折减系数的相关试验方法，并测出了具体折减系数值，试验结果较明显，甚至能达到65％左右。但是，宋林辉等的试验在静水条件下完成，结构模型深入在黏性土中一定深度，试验结果则显示饱和黏性土中水压力存在折减，但未考虑也未消除侧向摩擦力。周鹏飞等的试验在静水条件下完成，结构模型深入在黏性土中一定深度，试验结果显示饱和黏性土中水压力存在折减，侧向摩擦力很难计算准确，又无法消除。

纵观上述试验研究,由于地下结构浮力测算试验装置的局限，各位研究者对黏性土中地下结构所有浮力作用的测算成果存在较大的分歧，因此，有必要在考虑上述试验装置优缺点的基础上，发明更加细致的试验装置，并开展更加深入的试验研究工作。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有存在的技术问题，本发明提供一种地下结构浮力测算试验装置，在消除侧向摩擦力的情况下，使地下结构浮力测算更加准确。

(二)技术方案

本发明提供一种地下结构浮力测算试验装置，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；