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渗流场和振动场耦合作用导致基坑破坏的试验装置及方法制造方法及图纸

技术编号:18892180 阅读:23 留言:0更新日期:2018-09-08 09:55
本发明专利技术公开了渗流场和振动场耦合作用导致基坑破坏的试验装置及方法,试验装置包括基坑模拟系统、支护模拟系统、给排水管道模拟系统、加载系统和电阻抗成像系统,基坑模拟系统模拟基坑以及临近基坑的道路路面,支护模拟系统模拟不同基坑支护结构,给排水管道模拟系统模拟土体中给排水管道的渗漏以及管道有压或无压,加载系统模拟车辆振动荷载,电阻抗成像系统记录土体内部三维景象、分析土体内空洞演变机理。该试验装置通过给排水管道模拟系统模拟土体中给排水管道的渗漏以及管道有压或无压,通过加载系统模拟车辆振动荷载,通过二者的结合能模拟渗流场和振动场的耦合作用下对基坑破坏的影响。

Test device and method for foundation pit failure due to coupling effect of seepage field and vibration field

The invention discloses a test device and a method for the failure of a foundation pit caused by the coupling effect of seepage field and vibration field. The test device comprises a foundation pit simulation system, a supporting simulation system, a water supply and drainage pipeline simulation system, a loading system and an electrical impedance imaging system, a foundation pit simulation system, a road surface adjacent to the foundation pit, and a support. The simulation system simulates the different supporting structures of foundation pit, the water supply and drainage pipeline simulation system simulates the leakage of water supply and drainage pipeline in soil and the pressure or non-pressure of pipeline, the loading system simulates the vehicle vibration load, the electrical impedance imaging system records the three-dimensional scene in soil, and analyzes the mechanism of void evolution in soil. The device simulates the seepage of water supply and drainage pipeline in soil and the pressure or non-pressure of the pipeline through the water supply and drainage pipeline simulation system, simulates the vehicle vibration load through the loading system, and simulates the effect of the coupling of seepage field and vibration field on the failure of foundation pit through the combination of the two.

【技术实现步骤摘要】
渗流场和振动场耦合作用导致基坑破坏的试验装置及方法
本专利技术涉及涉及岩土工程领域,尤其是涉及渗流场和振动场耦合作用导致基坑破坏的试验装置及方法。
技术介绍
随着我国经济的高速发展,城市用地愈发紧张,加快城市地下空间的开发已势不可挡。在密集的城市空间中,基坑工程常常紧邻交通要道,川流不息的车辆产生的振动会对基坑稳定性产生影响;基坑周边也多存在繁杂的市政管线,由于施工不当等原因,会造成给排水管道破裂漏水,从而诱发地表下隐伏土洞的产生,同时导致土体强度大幅降低,对基坑稳定性及周边环境产生巨大影响,我国已出现多个因此类原因而失稳破坏的基坑事故。可见,研究车辆振动荷载与给排水管道漏水联合作用下,隐伏土洞发展规律及其引起的基坑土体变形机制与基坑破坏机理具有重要意义。基坑开挖引起了基坑周边地下给排水管道地基的不均匀沉降,或野蛮施工直接破坏了地下给排水管道,导致管道破裂漏水。管道周边土体被渗漏水浸泡,土体强度下降。渗漏水在土体中渗流,带动土体颗粒迁移。土体强度下降和土体颗粒迁移诱致地下隐伏土洞的产生。地表道路上的车辆动荷载,引起地下土体振动,加剧了土洞的扩大,从而引起了基坑和周边环境的破坏。现有试验装置多研究的是土洞对路面塌陷的影响,尚未有试验装置可研究管道渗漏引起的隐伏土洞对基坑稳定性的影响;管道渗漏诱致土洞的产生,车辆动荷载会加剧土洞的发展,尚未有试验装置能够考虑振动场和渗漏场耦合作用。因而研制模拟渗流场和振动场耦合作用下隐伏土洞发展及其诱致基坑破坏的试验装置尤为迫切和重要。
技术实现思路
本专利技术提供了渗流场和振动场耦合作用导致基坑破坏的试验装置及方法,其克服了背景技术的所存在的不足。本专利技术解决其技术问题的所采用的技术方案之一是:渗流场和振动场耦合作用导致基坑破坏的试验装置,其特征在于:它包括:基坑模拟系统、支护模拟系统、给排水管道模拟系统、加载系统和电阻抗成像系统,基坑模拟系统模拟基坑以及临近基坑的道路路面,支护模拟系统模拟不同基坑支护结构,给排水管道模拟系统模拟土体中给排水管道的渗漏以及管道有压或无压,加载系统模拟车辆振动荷载,电阻抗成像系统记录土体内部三维景象、分析土体内空洞演变机理。一较佳实施例之中:基坑模拟系统包括有机玻璃箱、试验土样和路面板,有机玻璃箱内一侧设置试验基坑以及位于试验基坑底部的试验土样,有机玻璃箱内另一侧为填满的试验土样,路面板覆盖于该侧的试验土样顶面。一较佳实施例之中:电阻抗成像系统包括电源、外部电流发生器、电脑、Arduino微控制器、多路复用器、数字采集设备和多个电极管,电脑通过Arduino微控制器控制多路复用器,多路复用器连接多个电极管,数字采集设备连接电极管和电脑,电极管通过中空导电玻璃管插入至路面板下方的试验土样内,外部电流发生器对其中一电极管施加电流场,数字采集设备采集其他电极管产生的电压信号并输送至电脑,电脑通过反演算法获得断层图像。一较佳实施例之中:路面板包括上下贴合布置的第一层板和第二层板,第一层板为混凝土板或沥青混凝土板,第二层板为碎石层。一较佳实施例之中:给排水管道模拟系统包括水泵、增压泵、管道压力传感器、流量计、硅胶管、PVC管和储液箱,硅胶管两端分别与水泵和增压泵相连接,增压泵与PVC管进水端相连接,PVC管穿过有机玻璃箱之路面板下方的试验土样且其出水端与储液箱相连接,流量计安装在PVC管之进水端处,管道压力传感器安装在PVC管进水端和出水端,且PVC管开设有形状、大小、数量均不同的漏水孔,漏水孔位于路面板下方的试验土样内。一较佳实施例之中:加载系统包括加载架、对路面板进行加载的加载锤、为加载锤提供动力的伺服压力机和用于设置最大荷载值、加载速度、加载频率以控制伺服压力机驱动加载锤加载出三角波形动荷载的数控机床控制器,伺服压力机安装在加载架,加载锤轴向活动装接在加载架且传动连接伺服压力机,加载锤之底面与路面板相对应。一较佳实施例之中:加载锤个数设为三个且并排布置,三个加载锤之底面与路面板相重合,伺服压力机个数设为三个且与三个加载锤一一对应连接。一较佳实施例之中:还包括粒子图像测试系统,它包括四台数码相机和计算机,四台数码相机分别布置在有机玻璃箱四周面之正前方,有机玻璃箱四周面均贴有透明的均匀布置有黑色圆点的玻璃纸,数码相机拍摄图片并通过计算机记录图片上各个像素点移动的像素位并结合玻璃纸的黑色圆点换算出各个像素点在笛卡尔坐标系下的位移以观察并记录支护结构及土体的变形、再现基坑破坏发展过程。一较佳实施例之中:还包括用于对PVC管出水口液体中的固体颗粒进行分析的固体颗粒分析系统,它包括激光粒度仪和颗粒计数仪,激光粒度仪用于测定固体颗粒的粒径,颗粒计数仪用于对颗粒数量进行计数。一较佳实施例之中:支护模拟系统包括木棍、木条、细钢筋、细钢丝、注射器、水泥浆液、橡胶管,木棍模拟排桩,木条模拟冠梁、腰梁,细钢筋模拟土钉,细钢丝模拟锚索的钢绞线,注射器和水泥浆液、橡胶管模拟注浆。本专利技术解决其技术问题的所采用的技术方案之二是:渗流场和振动场耦合作用导致基坑破坏的试验方法,其特征在于:步骤10,在有机玻璃箱预设插孔以及中空导电玻璃管,并向有机玻璃箱内填满试验土样,适当夯实;根据试验目的,选择不同材质的路面板,再将路面板铺设在有机玻璃箱内一侧的试验土样上;步骤20,给排水管道模拟系统的安装:根据试验目的选择漏水孔大小、形状、数量不同的PVC管,将PVC管通过插孔穿过有机玻璃箱且PVC管位于路面板正下方,再将水泵、增压泵、管道压力传感器、流量计、硅胶管和储液箱进行安装连接;步骤30,电阻抗成像系统的安装:将电极管插入中空导电玻璃管,再将电源、外部电流发生器、电脑、Arduino微控制器、多路复用器、数字采集设备进行安装连接;步骤40,加载系统的安装:将加载架、加载锤、伺服压力机和数控机床控制器进行安装,以使加载锤底面正对路面板;步骤50,根据试验目的选择不同的支护结构;步骤60,模拟基坑开挖:开挖有机玻璃箱体内一侧的试验土样以形成试验基坑,坑底留有试验土样,并将有机玻璃箱体内侧壁的土样清除干净;步骤70,模拟管道漏水:开启水泵,调节增压泵,给PVC管内增压,通过管道压力传感器观察管内压力数值,调节流量计设置管道流量;步骤80,模拟车辆动荷载:根据试验目的选择加载锤的使用个数及位置,开启伺服压力机,通过数控机床控制器设置最大加载荷载、加载速度、加载间隔,以驱动加载锤进行三角波形荷载的加载;步骤90,通过电阻抗成像系统进行观测分析:设置外部电流发生器,每隔一段时间通过某一电极管对试验土样施加电流场,并通过电脑记录土体内部三维景象,分析土体内孔洞演变机理;通过粒子图像测试系统进行观测分析:每隔一段时间数码相机进行图片拍摄记录图片上各个像素点移动的像素位,并经过计算机程序结合玻璃纸的黑色圆点换算出各个像素点在笛卡尔坐标系下的位移以观察并记录支护结构及土体的变形、再现基坑破坏发展过程,分析基坑破坏机理。通过固体颗粒分析系统进行观测分析:每隔一段时间在PVC管排水口用容器进行取样,再通过激光粒度仪、颗粒计数仪测定固体颗粒的粒径和数量,以分析漏水孔的大小、形状、数量对其周边土粒流失的影响。一较佳实施例之中:在步骤30中,将电极管插入中空导电玻璃管时,电极管底部与中空导电玻璃管底部不接触,电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.渗流场和振动场耦合作用导致基坑破坏的试验装置,其特征在于:它包括:基坑模拟系统、支护模拟系统、给排水管道模拟系统、加载系统和电阻抗成像系统,基坑模拟系统模拟基坑以及临近基坑的道路路面,支护模拟系统模拟不同基坑支护结构,给排水管道模拟系统模拟土体中给排水管道的渗漏以及管道有压或无压,加载系统模拟车辆振动荷载,电阻抗成像系统记录土体内部三维景象、分析土体内空洞演变机理。

【技术特征摘要】
1.渗流场和振动场耦合作用导致基坑破坏的试验装置,其特征在于:它包括:基坑模拟系统、支护模拟系统、给排水管道模拟系统、加载系统和电阻抗成像系统,基坑模拟系统模拟基坑以及临近基坑的道路路面,支护模拟系统模拟不同基坑支护结构,给排水管道模拟系统模拟土体中给排水管道的渗漏以及管道有压或无压,加载系统模拟车辆振动荷载,电阻抗成像系统记录土体内部三维景象、分析土体内空洞演变机理。2.根据权利要求1所述的渗流场和振动场耦合作用导致基坑破坏的试验装置,其特征在于:基坑模拟系统包括有机玻璃箱、试验土样和路面板,有机玻璃箱内一侧设置试验基坑以及位于试验基坑底部的试验土样,有机玻璃箱内另一侧为填满的试验土样,路面板覆盖于该侧的试验土样顶面。3.根据权利要求2所述的渗流场和振动场耦合作用导致基坑破坏的试验装置,其特征在于:电阻抗成像系统包括电源、外部电流发生器、电脑、Arduino微控制器、多路复用器、数字采集设备和多个电极管,电脑通过Arduino微控制器控制多路复用器,多路复用器连接多个电极管,数字采集设备连接电极管和电脑,电极管通过中空导电玻璃管插入至路面板下方的试验土样内,外部电流发生器对其中一电极管施加电流场,数字采集设备采集其他电极管产生的电压信号并输送至电脑,电脑通过反演算法获得断层图像。4.根据权利要求2所述的渗流场和振动场耦合作用导致基坑破坏的试验装置,其特征在于:路面板包括上下贴合布置的第一层板和第二层板,第一层板为混凝土板或沥青混凝土板,第二层板为碎石层。5.根据权利要求2所述的渗流场和振动场耦合作用导致基坑破坏的试验装置,其特征在于:给排水管道模拟系统包括水泵、增压泵、管道压力传感器、流量计、硅胶管、PVC管和储液箱,硅胶管两端分别与水泵和增压泵相连接,增压泵与PVC管进水端相连接,PVC管穿过有机玻璃箱之路面板下方的试验土样且其出水端与储液箱相连接,流量计安装在PVC管之进水端处,管道压力传感器安装在PVC管进水端和出水端,且PVC管开设有形状、大小、数量均不同的漏水孔,漏水孔位于路面板下方的试验土样内。6.根据权利要求2所述的渗流场和振动场耦合作用导致基坑破坏的试验装置,其特征在于:加载系统包括加载架、对路面板进行加载的加载锤、为加载锤提供动力的伺服压力机和用于设置最大荷载值、加载速度、加载频率以控制伺服压力机驱动加载锤加载出三角波形动荷载的数控机床控制器,伺服压力机安装在加载架,加载锤轴向活动装接在加载架且传动连接伺服压力机,加载锤之底面与路面板相对应。7.根据权利要求6所述的渗流场和振动场耦合作用导致基坑破坏的试验装置,其特征在于:加载锤个数设为三个且并排布置,三个加载锤之底面与路面板相重合,伺服压力机个数设为三个且与三个加载锤一一对应连接。8.根据权利要求2所述的渗流场和振动场耦合作用导致基坑破坏的试验装置,其特征在于:还包括粒子图像测试系统,它包括四台数码相机和计算机,四台数码相机分别布置在有机玻璃箱四周面之正前方,有机玻璃箱四周面均贴有透明的均匀布置有黑色圆点的玻璃纸,数码相机拍摄图片并通过计算机记录图片上各个像素点移动的像素位并结合玻璃纸的黑色...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈星欣房敏安郭力群蔡奇鹏
申请(专利权)人:华侨大学
类型:发明
国别省市:福建,35

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