[发明专利]含溶洞基坑开挖模型试验装置及试验方法

说明书

本发明公开了一种含溶洞基坑开挖模型试验装置及试验方法，包括试验模型箱、水平支撑装置、位移测量装置、溶洞生成装置及数据采集装置。在试验模型箱内分层填筑相似材料，且填筑所述相似材料的过程中，依次安装所述溶洞生成装置、挡土墙及位移测量装置。使所述溶洞生成装置形成溶洞，然后开挖相邻两个所述挡土墙之间的相似材料形成基坑，在相邻两个所述挡土墙之间安装水平支撑装置。所述位移测量装置测量所述挡土墙的位移，数据采集装置采集相似材料的沉降，采集所述挡土墙的侧压力，采集所述水平支撑装置的轴力。上述含溶洞基坑开挖模型试验装置及试验方法，通过各装置间的配合实现含溶洞基坑的开挖模型试验，可以保证试验结果的准确性。

技术领域

本发明涉及岩土试验技术领域，具体涉及一种含溶洞基坑开挖模型试验装置及试验方法。

背景技术

岩溶地貌在中国分布十分广泛，按含可溶岩地层分布面积计，中国岩溶地貌面积约达344.4万km²，占国土面积的1/3；按碳酸盐岩出露面积计，约90.7万km²，也接近国土面积的1/10。在岩溶发育地区进行深基坑工程的建设，需要考虑地层中溶洞对基坑及支护结构的影响。

通过相似理论转换，室内模型试验可以直观且准确地模拟实际工程，是目前开展研究的主要手段之一。有关含溶洞基坑开挖的室内模型试验主要难点在于如何实现相似材料中溶洞的生成，同时如何还原开挖+支撑的实际施工步骤，如何准确地进行数据的采集与处理，都是科研人员急需解决的问题。

目前关于含溶洞基坑开挖的模型试验实现方法主要有：(1)采用充气气囊模拟溶洞；(2)用冰、石蜡等高温可融材料制作溶腔盐块，通过加热融化流出形成溶洞；(3)用盐岩等天然可溶材料制作溶腔盐块，通过充水溶化流出形成溶洞。上述三种方法均有其优越性，但同时也存在一些不足。采用充气气囊模拟溶洞，只能模拟球状溶洞，且无法考虑水的作用；冰、石蜡等高温可融材料融化时间难以控制，且石蜡容易再次凝结影响试验；盐岩等天然可溶材料含有其他杂质，对试验效果的影响尚不明确。

为有效控制基坑变形，基坑开挖和支护是同步的，有许多学者在进行基坑模型试验时，水平支撑为单独一根支撑，在安装的时候往往遇到挡土墙发生变形或移动导致支撑安装不上的问题，还有学者只考虑挡土墙向基坑内部移动，水平支撑仅受压，故将水平支撑卡在两块挡土墙之间，而实际工程中往往有部分水平支撑承受拉力，给模型试验带来困难。

如何准确监测试验过程中挡土墙的侧向变形同样是需要考虑的问题。常见的位移量测装置有拉杆式位移计、振弦式位移计等，但由于挡土墙埋设在土中，而位移计无法埋于土中进行工作，从模型箱外伸入又长度不够，导致挡土墙的侧向变形无法准确测量。此外，对各装置之间的配合以及整个试验过程的可行性也是保证试验成功的关键，需要反复确定试验流程以及校核试验数据的准确性，试验过程复杂且结果不准确。

发明内容

基于此，有必要针对传统的模型试验装置，水平支撑无法安装及无法承受拉力的问题，提供一种含溶洞基坑开挖模型试验装置及试验方法。

一种含溶洞基坑开挖模型试验装置，包括：

试验模型箱，所述试验模型箱内填充有相似材料，所述相似材料内间隔设有挡土墙，相邻两个所述挡土墙之间开挖形成基坑；

水平支撑装置，其两端分别与相邻两个所述挡土墙固定连接，且所述水平支撑装置沿所述挡土墙的延伸方向间隔布置有多组；

位移测量装置，与所述挡土墙连接，所述位移测量装置用于测量所述挡土墙的位移；

溶洞生成装置，用于在所述相似材料内部形成空腔，以模拟现实中存在溶洞的情况；及

数据采集装置，用于采集试验过程中相似材料的沉降、挡土墙的侧压力及水平支撑装置的轴力。

在其中一个实施例中，所述试验模型箱包括底板、侧板及固定支架，所述侧板固定于所述底板上，所述固定支架安装于所述侧板上。