在基坑模型试验中通过指令破坏的支护桩试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种在基坑模型试验中通过指令破坏的支护桩试验装置及方法，用于模拟基坑支护桩局部破坏在长度方向上的传递从而引发连续破坏的机理，装置包括预制断桩、磁铁、直线轴承、钢轴、气缸反力块、钢丝绳和气缸，所述预制断桩包括上半截桩和下半截桩，所述上半截桩和下半截桩的连接处中心位置分别固定有一个直线轴承，所述直线轴承内滑动连接有所述钢轴，所述磁铁设置在所述上半截桩内的钢轴顶部用于防止钢轴因自重坠落；所述下半截桩内钢轴底部设有所述气缸反力块和气缸，所述钢丝绳连接钢轴和所述气缸的活塞杆，所述预制断桩外设有用于控制气缸的电磁阀。本发明专利技术能够做到对试验结果扰动较少，可以模拟不同数目支护桩的同时破坏。

Test device and method for supporting pile by command destruction in model test of foundation pit

The invention discloses a failure by instruction model test in foundation pit supporting pile test device and method for simulation of foundation pit pile local failure of transfer in the length direction of the triggering mechanism of continuous damage, broken pile and precast device comprises a magnet, linear bearings, steel shaft, cylinder block, wire counter force the rope and the cylinder, the prefabricated pile and broken pile including half half pile, the pile top and middle pile connecting center position are respectively fixed with a linear bearing, a linear bearing slide connected with the steel shaft, preventing the steel shaft due to weight falling for the top of the steel shaft a magnet is arranged on the upper part of pile in the lower half of the pile; steel shaft is arranged at the bottom of the cylinder block and cylinder force, the steel wire rope is connected with the steel shaft and the piston rod of the cylinder, the precast pile breaking device Solenoid valve for cylinder control. The present invention can make little disturbance to the test result, and can simulate the simultaneous destruction of different number of supporting piles.

【技术实现步骤摘要】
在基坑模型试验中通过指令破坏的支护桩试验装置及方法
本专利技术涉及岩土工程中的一种试验装置，具体地，涉及一种研究基坑中由若干根支护桩破坏造成的基坑局部垮塌及连续垮塌的模型试验装置。
技术介绍
近些年国内外发生了大量重大的基坑垮塌事故，例如新加坡、杭州、科隆等地，造成了非常严重的损失。根据这些事故发现，基坑的失稳破坏是一个非常复杂的过程，尤其在基坑深、大、平面形状不规则或支护结构复杂的情况下，其破坏则可能是由某一种局部破坏引起，进而发展演变为多种破坏的模式，也可能是由局部支护结构破坏或局部土体失稳引起，进而引起周边支护结构直至大范围倒塌的模式，即深基坑的垮塌过程是一个连续破坏过程。根据新加坡NicollHighway地铁基坑事故破坏过程的记录可以发现，长近百米的基坑垮塌是从局部最薄弱的位置(即66kV电缆通过处地连墙存在缺口的位置)开始的。事发当天，地连墙缺口处第九道撑(S335)的围檩和支撑首先脱开，并导致此处地连墙发生垮塌，破坏停止2分钟后，坍塌开始沿基坑长度方向发展，直至垮塌至100m之外。大量基坑事故发生后，许多事故的调查和总结仍然会忽略事故的连续破坏机理。在结构工程领域，针对多高层建筑、大跨结构以及桥梁等建构筑物在爆炸、地震、火灾、撞击等突发情况下的连续倒塌研究已经较为成熟，研究手段也很丰富，包括理论推导、模型试验及数值模拟等，同时很多国家和地区均对上部结构的抗连续倒塌设计制定了相关的规范和指导性文件。与结构工程中连续破坏问题的研究已经取得显著进展相比，目前岩土工程领域连续破坏的研究还很少，并且还未引起应有的重视。目前的基坑稳定破坏模式(整体稳定破坏、倾覆破坏、坑底隆起破坏和踢脚破坏等)显然已经无法反映深基坑连续破坏的特点与机理，同时也无法为其控制方法的研究提供足够的支撑，因此，对深基坑连续破坏这种重大地下工程灾害的产生与演变机理进行深入研究极为有必要，只有揭示了局部破坏引发的破坏沿基坑深度、宽度、长度方向的传递发展机理和自然终止机理，并建立评价基坑连续倒塌可能性的量化评价指标和评价方法，才能提出防止基坑支护结构抗连续倒塌的理论和设计方法。由于深基坑的连续破坏是一个大变形、非线性、多场耦合的问题，现有的极限平衡法、极限分析法、常规弹塑性有限元法及强度折减法等方法大都只能涉及到基坑即将破坏的临界状态，至于破坏开始后的发展与演变，这些传统方法就很难模拟和描述了。因此，为了研究深基坑的连续破坏，合理的大变形计算方法与模型试验等连续破坏研究手段也急需探索。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种在基坑模型试验中通过指令破坏的支护桩试验装置及方法，解决了连续破坏模型试验中模拟局部支护桩破坏的问题，能够做到对试验结果扰动较少；同时使用数目不等的本专利技术，可以模拟不同数目支护桩的同时破坏。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种在基坑模型试验中通过指令破坏的支护桩试验装置，用于模拟基坑支护桩局部破坏在长度方向上的传递从而引发连续破坏的机理，包括预制断桩、磁铁、直线轴承、钢轴、气缸反力块、钢丝绳和气缸，所述预制断桩包括上半截桩和下半截桩，所述上半截桩和下半截桩的连接处中心位置分别固定有一个直线轴承，所述直线轴承内滑动连接有所述钢轴，所述磁铁设置在所述上半截桩内的钢轴顶部用于防止钢轴因自重坠落；所述下半截桩内钢轴底部设有所述气缸反力块和气缸，所述钢丝绳连接钢轴和所述气缸的活塞杆，所述预制断桩外设有用于控制气缸的电磁阀。进一步的，所述钢轴与所述直线轴承之间的摩擦力小于钢轴的重力。进一步的，通过调整所述试验装置数量可模拟不同数目支护桩的同时破坏试验。进一步的，所述预制断桩是由铝质、铁质、不锈钢或PVC其中的任何一种材料构成的矩形结构。在基坑模型试验中通过指令破坏的支护桩试验装置的实验方法，包括以下步骤：(1)将上半截桩和下半截桩对接，通过磁铁吸住钢轴，将试验装置与普通支护桩放置在基坑预定位置，制备模型试验土体；(2)调试、架设试验监测设备，进行试验正常开挖阶段，试验装置与普通支护桩共同构成悬臂型排桩支护，开挖到预定深度后停止开挖与监测；(3)将电磁阀的进气口连接气缸，将气缸加压到预定压力，打开气缸出气口；(4)重新将试验监测设备调试、架设完成后，接通电磁阀电源，上半截桩和下半截桩分离，由于桩后土压力作用，上半截桩向基坑内倒塌。与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：1.实现了排桩支护结构发生局部破坏时桩体失效位置的可控性。2.同时使用不同数目的本专利技术试验装置，并根据模拟需求进行布置，可以实现不同数量、不同位置支护桩的同时破坏。3.实现了支护桩在不同基坑开挖深度下的破坏模拟，克服了基坑模型试验中土压力较小与支护桩强度较高之间的矛盾。4.采用带磁铁的钢轴连接断桩，可以保证破坏发生前的模型桩具有满足支护需求的强度和刚度。5.通过电磁阀对气缸内推杆的控制实现了模型桩可接受指令发生折断，可以使试件在较小的荷载范围内发生破坏。6.本专利技术装置整体结构简单，实用可靠，便于操作且易于实现，对于模拟基坑开挖及较小土体扰动下排桩支护结构破坏过程的模型试验研究具有重要意义。附图说明图1为本专利技术上、下半截桩连接在一起时的截面示意图；图2为本专利技术气缸推出后，上下半截桩分离时的示意图；图3为本专利技术试验时的基坑示意图；附图标记：1、上半截桩，2、磁铁，3、直线轴承，4、下半截桩，5、钢轴，6、钢丝绳，7、气缸反力块，8、气缸，9、电磁阀具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的描述。如图1至图3所示，在模拟基坑局部破坏及连续破坏的模型试验中，完整的模型试验预制断桩通常为铝质、铁质、不锈钢或PVC等塑料材质的矩形桩。由于基坑模型试验尺寸远小于实际工程的尺寸，支护桩所受的土压力较小，因此完整支护桩很难在模型试验中所受到的荷载范围内发生破坏。接受指令发生破坏的支护桩能够用于模拟基坑支护桩局部破坏在长度方向上的传递从而引发连续破坏的机理。在基坑试验的正常开挖阶段，预制断桩包括上半截桩1和下半截桩4，上半截桩1和下半截桩4的连接处中心位置分别固定有一个直线轴承3，直线轴承3内滑动连接有钢轴5，磁铁2设置在上半截桩1内的钢轴5顶部用于防止钢轴5因自重坠落；下半截桩4内钢轴5底部设有气缸反力块7和气缸8，钢丝绳6连接气缸的活塞杆和钢轴5，预制断桩外设有用于控制气缸的电磁阀9。钢轴5用以传递上、下半截桩间的弯矩，其受力与变形特性接近于完整模型桩；正常开挖阶段结束后，通过控制电磁阀9将气缸瞬间充气，气缸推杆随即顶出，通过钢丝绳6将钢轴5拉进下半截桩，上半截桩1和下半截桩4两截桩断开，以此模拟基坑局部支护桩的破坏。通过本专利技术试验装置进行试验的步骤如下：1.将上、下半截桩对接在一起，用上部磁铁吸住钢轴，再将若干数目的本专利技术装置与普通支护桩放置在基坑预定位置，制备模型试验土体；2.调试、架设试验监测设备，进行试验正常开挖阶段，此时本专利技术与普通支护桩一起构成悬臂型排桩支护，正常开挖到预定深度后停止开挖与监测；3.将电磁阀的进气口连接上气缸，将气缸加压到预定压力，打开气缸出气口；4.重新将试验监测设备调试、架设完成后，接通电磁阀电源，本专利技术上、下半截桩分离，由于桩后土压力作用，上半截桩向基坑内倒塌。以上为该试验装置模拟基坑局部破坏的本文档来自技高网...

【技术保护点】
在基坑模型试验中通过指令破坏的支护桩试验装置，用于模拟基坑支护桩局部破坏在长度方向上的传递从而引发连续破坏的机理，其特征在于，包括预制断桩、磁铁、直线轴承、钢轴、气缸反力块、钢丝绳和气缸，所述预制断桩包括上半截桩和下半截桩，所述上半截桩和下半截桩的连接处中心位置分别固定有一个直线轴承，所述直线轴承内滑动连接有所述钢轴，所述磁铁设置在所述上半截桩内的钢轴顶部用于防止钢轴因自重坠落；所述下半截桩内钢轴底部设有所述气缸反力块和气缸，所述钢丝绳连接钢轴和所述气缸的活塞杆，所述预制断桩外设有用于控制气缸的电磁阀。

【技术特征摘要】
1.在基坑模型试验中通过指令破坏的支护桩试验装置，用于模拟基坑支护桩局部破坏在长度方向上的传递从而引发连续破坏的机理，其特征在于，包括预制断桩、磁铁、直线轴承、钢轴、气缸反力块、钢丝绳和气缸，所述预制断桩包括上半截桩和下半截桩，所述上半截桩和下半截桩的连接处中心位置分别固定有一个直线轴承，所述直线轴承内滑动连接有所述钢轴，所述磁铁设置在所述上半截桩内的钢轴顶部用于防止钢轴因自重坠落；所述下半截桩内钢轴底部设有所述气缸反力块和气缸，所述钢丝绳连接钢轴和所述气缸的活塞杆，所述预制断桩外设有用于控制气缸的电磁阀。2.根据权利要求1所述在基坑模型试验中通过指令破坏的支护桩试验装置，其特征在于，所述钢轴与所述直线轴承之间的摩擦力小于钢轴的重力。3.根据权利要求1所述在基坑模型试验中通过指令破坏的支护桩试验装置，其特征在于，通过调整所述试...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑刚，程雪松，雷亚伟，李溪源，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12