[发明专利]模拟基坑降水平面渗流与挡墙变形的装置及使用方法

说明书

本发明公开了一种模拟基坑降水平面渗流与挡墙变形的装置及使用方法。通过横向隔板将模型箱分为土箱和水箱；土箱内部设置有可移动横向的基坑挡墙；基坑挡墙与土箱前后箱壁之间采用伸缩止水膜相连，并与土箱外侧边围成基坑模型；基坑模型内设有降水井管；土箱内布置2‑4根观测井管；土箱内设置有若干位移传感器和水、土压力传感器；水箱内水通过横向隔板流入土箱中。本发明方法主要是确定模拟方案及模型位置与尺寸、填土及设备安装、设定初始水位、模拟基坑内降水、数据采集与记录和试验结束与水位恢复。本发明实现了对基坑一侧平面渗流的模拟，试验过程更省时省力；实现有机玻璃基坑挡墙的自由变形，实现了对基坑降水过程中挡墙变形的再现。

技术领域

本发明属于基坑降水工程技术领域，具体涉及一种用于缩尺模型试验中精细模拟基坑降水平面渗流与挡墙变形的装置及方法。

背景技术

随着城市化的发展，大批基坑工程涌现，但同时也出现了许多基坑坍塌以及坑外建筑不均匀沉降甚至破坏的现象，尤其在地下水丰富地区，基坑降水可使围护结构以及坑外建筑物产生不可忽略的变形，而且曾超峰、郑刚^[1-2]等研究发现基坑开挖前降水即可造成围护结构cm级变形，并通过挡墙后方地层损失进一步诱发基坑外地面与建筑物沉降，为深入研究该问题的诱发机理及渗流-变形演化规律，有必要按照相似理论要求，科学地开展室内缩尺模型试验，以重复性、系统性、经济性地真实再现实际基坑降水过程。

现有基坑降水试验装置及方法主要模拟三维渗流情况，如施成华^[3]等设计了“一个多含水层条件下基坑动态降水室内模型试验装置”，模型箱外侧环绕一圈供水夹层，为模型各含水层提供水力补给，没有考虑平面渗流的情况，试验过程比较耗时耗力，而基坑降水设计与分析更多的是依赖平面渗流分析结果；为此王建秀^[4-5]等设计了“一种模拟基坑降水承压含水层地下渗流的透明土试验方法和装置”，其可以模拟基坑降水平面渗流，但其主要关注基坑降水过程中地下水的渗流规律(如，基坑外水位分布及变化等)，且其装置中基坑挡墙是被固定住而无法发生变形的(据了解，其之所以将基坑挡墙固定住是因为无法解决试验过程中基坑外部地下水沿基坑挡墙与模型试验箱体侧壁间的缝隙渗漏入基坑的问题，故索性将胶体填充在所述侧壁缝隙中以堵水，但其同时导致了基坑挡墙被固定住而无法自由变形)，因此未能真实再现基坑降水过程中由于渗流而引起的挡墙及土体变形问题。为此，本发明创新性地研发了一种既能模拟基坑降水平面渗流、又能模拟渗流作用诱发基坑挡墙变形的室内模型试验装置及方法，以解决前述问题，从而真实再现基坑降水过程，并科学地研究降水过程中渗流-变形机理，为工程设计与施工提供参考。

参考文献：

[1]郑刚,曾超峰.基坑开挖前潜水降水引起的地下连续墙侧移研究[J].岩土工程学报,2013,35(12):2153-2163。

[2]曾超峰,郑刚,薛秀丽.大面积基坑开挖前预降水对支护墙变形的影响研究[J].岩土工程学报,2017,39(06):1012-1021。

[3]施成华,刘凌晖,曹成勇,王之扬,雷明锋,杨伟超.多含水层条件下基坑动态降水室内模型试验方法及装置，国家发明专利：ZL 201810018275.6。

[4]王建秀,高峰,刘绍莉,刘笑天,吴林波.模拟基坑降水承压含水层地下水渗流的透明土试验装置[P].CN105784562A,2016-07-20。

[5]王建秀,刘绍莉,刘笑天,高峰,门龙.模拟基坑降水承压含水层地下水渗流的透明土试验方法[P].CN105756103A,2016-07-13。

发明内容

本发明的第一个的目的在于针对现有技术的不足，提供一种模拟基坑降水平面渗流与挡墙变形的装置。