相似材料模拟承压含水层中基坑降水的试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种相似材料模拟承压含水层中基坑降水的试验装置，包括：贮土箱、总供水系统、内部供水系统、围护装置、试验土体、井点系统、抽水设备。本发明专利技术还涉及一种相似材料模拟承压含水层中基坑降水的试验方法。所述装置和方法能够模拟承压含水层中基坑降水过程，并获得基坑内外不同深度处的地下水水位变化情况，同时可以研究围护结构插入承压含水层深度对降水过程中地下水位的影响，为设计施工提供合理可行的参数，保证基坑开挖降水过程的安全和效率。

Experimental device and method for simulating dewatering of foundation pit in confined aquifer with similar material

The invention discloses an experimental device for simulating the dewatering of a foundation pit in a pressurized aquifer, including a soil storage box, a total water supply system, an internal water supply system, a enclosure, a test soil, a well point system, and a pumping equipment. The invention also relates to a similar material for simulating the dewatering test of the foundation pit in the confined aquifer. The device and method can simulate the dewatering process of the foundation pit in the confined aquifer and obtain the change of groundwater level at different depths inside and outside the foundation pit. At the same time, we can study the influence of the enclosure structure inserted into the depth of the confined aquifer on the groundwater level during the precipitation process, and provide reasonable and feasible parameters for the design and construction, and guarantee the foundation pit. The safety and efficiency of the excavation of the precipitation process.

【技术实现步骤摘要】
相似材料模拟承压含水层中基坑降水的试验装置及方法
本专利技术涉及一种建筑施工
的方法，具体地，涉及一种相似材料模拟承压含水层中基坑降水的试验装置及方法。
技术介绍
随着城市化进程的不断推进，沿海地区的地上空间已经不足以满足人们日益增长的需求，开发地下空间成为发展的必然趋势。近年来，基坑工程规模不断扩大，开挖深度也越来越深。沿海地区大多为软土地层，地下水位较高，为保证基坑开挖的安全稳定，常常需要对承压含水层进行减压降水，基坑降水造成承压水位的大幅度降低会引起基坑周边地面沉降及既有建筑物变形，因此基坑降水时需要对降水引起的环境效应进行分析。室内试验因其具有操作便利、时间短的特性常被用于模拟基坑降水。试验过程中，水位观测尤为重要。由于模型试验尺寸远比现场要小，水位观测装置要兼顾模型试验的精度要求与操作简单灵活的要求。为了保证含水层的承压性，需要在含水层上覆隔水层，实际工程中作为隔水层的粘性土因其固结时间较长，不适合用于室内试验中。因此，需要采用具有良好的隔水性能且兼具粘性土性质的相似材料模拟隔水层并进行基坑降水试验。经过对现有技术文献检索发现：中国专利201310303890.9，公开了一种桩基础阻碍地下水渗流的室内模拟试验方法，该试验考虑了桩基础对降水过程中地下水渗流的影响情况，但试验土层为单层土，故只能模拟潜水层情况下的渗流情况，无法模拟承压含水层情况下的降水及地下水渗流情况；唐益群、栾长青2008年在《地下空间与工程学报》(第4卷，第3期)上发表的“上海地铁宜山路站室内降水大型模型试验分析”一文中直接采用粘土作为隔水层，因为每个试验工况都应在粘土固结完成后进行，故试验时间过长；中国专利201610130987.8，公开了一种模拟基坑降水承压含水层地下水渗流的透明土试验方法，该方法只能模拟单向渗流情况，通过在透明土上覆盖承压板以模拟承压含水层，故不能模拟含水层的越流效应。其试验装置在模型箱侧板开设测压孔，通过将模型箱外的玻璃管与测压孔连接进行水位测量，由于测压孔是预先开设的，因此水位观测深度受限。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种采用相似材料模拟承压含水层中基坑降水的试验装置和方法，采用该装置和方法能够模拟承压含水层中基坑降水过程，并获得基坑内外不同深度处的地下水水位变化情况，同时可以研究围护结构插入承压含水层深度对降水过程中地下水位的影响，为设计施工提供合理可行的参数，保证基坑开挖降水过程的安全和效率。根据本专利技术的第一方面，提供一种采用相似材料模拟承压含水层中基坑降水的试验装置，包括：贮土箱、总供水系统、内部供水系统、围护装置、试验土体、井点系统、抽水设备，其中：所述贮土箱，其四周侧壁的底部水平等距设置排水孔，所述排水孔外侧安装止水阀，用于试验完成后将水及时排出，所述排水孔内侧贴有钢丝滤网防止流土；所述总供水系统，用于向所述贮土箱中供水并控制用水量；所述总供水系统由总供水管、供水分管、压力表及供水球阀组成，所述总供水管为一根含三个三通接头及一个弯头的空心管，一侧与供水源相连；所述供水分管为四根空心管，其中三根与所述总供水管的三通接口相连，一根与所述总供水管的弯头相连；所述压力表安装于每根所述供水分管上，用于监测各供水分管的水压；所述供水球阀安装于每根所述供水分管上，用于调节各所述供水分管的流量；所述内部供水系统共多组，紧贴所述贮土箱内侧壁布置，每组由环形总管及开孔分管组成，所述环形总管为空心管，其上端与所述贮土箱的侧壁顶部平齐，所述环形总管的中心处通过三通接口与所述总供水系统的所述供水分管相连；所述开孔分管由一组等间距布置的空心管组成，其底端封死，上端通过三通接头与所述环形总管相连，每根所述开孔分管在相同高度设有多个出水孔，表面粘贴钢丝滤网；所述围护装置埋置于所述试验土体中，所述试验土体自下而上包括承压含水层、隔水层和潜水层，分层铺设于所述贮土箱中；所述井点系统包括抽水井和观测井，所述观测井用于观测降水过程中所述贮土箱内部水位变化情况，所述抽水井用于模拟抽水；所述抽水设备放于所述抽水井中，用于抽水。优选地，所述贮土箱为钢制无盖长方体箱体，箱体外侧壁四周各设两道槽钢围檩，分别位于距箱体底部1/3及2/3高度处，用于限制箱体侧向变形。优选地，所述内部供水系统共4组，紧贴所述贮土箱四个内侧壁布置，沿所述开孔分管的管壁竖向等距离设置出水孔，每根开孔分管在相同高度设有4个出水孔。优选地，所述围护装置为截面为矩形的长方体无盖板和底板的钢制箱。优选地，所述承压含水层为经过筛分处理直径小于5mm的粗砂颗粒；所述隔水层为细砂、膨润土、硅油、凡士林制成的相似材料；所述潜水层为经过筛分处理直径小于2mm的细砂颗粒。所述观测井由观测井管、观测浮标及观测段组成，用于观测降水过程中贮土箱内部水位变化情况定，所述观测浮标位于所述观测井管中心，所述观测段通过变直径接头与所述观测井管相连。更优选地，所述观测浮标由浮管和指针组成，所述浮管包括空心管、上盖板、下盖板；所述下盖板与所述空心管底端密封连接；所述上盖板设有中心孔，所述上盖板与所述空心管顶端密封连接，所述指针下端穿过所述上盖板中心孔后与所述下盖板中心处粘结，所述上盖板中心孔四周用密封胶进行密封。更优选地，所述观测段由观测管和底板组成，所述观测管的管壁设有刻度尺，所述底板的中心设有中心孔，所述中心孔直径比所述观测浮标的指针直径大，所述底板与所述观测管底端密封连接，所述观测浮标的指针上端穿过所述观测管底板的中心孔。根据本专利技术的第二方面，提供一种采用上述装置的相似材料模拟承压含水层中基坑降水的试验方法，包括如下步骤：第一步，相似材料制备①称量相似材料的组分原料，用于制作试块，所述相似材料的组分原料包括细砂、膨润土、硅油、凡士林，根据试验要求确定材料比例；②制作相似材料，按照试验要求制作成相似材料试块；③对相似材料试块进行土工测试，获得相似材料的土工参数，比较相似材料的土工参数与试验要求的土工参数，若误差超出设定阈值，则调整相似材料比例，重新进行相似材料制备；④制备基坑降水模拟试验用相似材料：根据调整后的材料比例及试验土体用量要求称量各组分原料用量，按上述相似材料的制备步骤制作相似材料；第二步，组装相似材料模拟承压含水层中基坑降水的试验装置，分层铺设试验土体，布置井点系统；第三步，土体饱和固结，测量初始水位：打开供水球阀向贮土箱内供水，并监测观测井水位；当观测井水位基本稳定且所述潜水层土体表面有水渗出时，关闭供水球阀，记录各个观测井初始水位，随后土体自重固结；第四步，进行降水试验：打开抽水设备从抽水井抽水，同时开启供水球阀，控制供水量使所述贮土箱四周侧壁处的观测井水位保持初始水位不变，观测并记录所有观测井水位变化；绘制观测井水位经时曲线图，其横轴为时间变化，纵轴为各观测井水位；第五步，改变围护装置插入承压含水层的深度进行降水试验：①挖出所述贮土箱内部试验土体，改变相似材料模拟承压含水层中基坑降水的试验装置中围护装置插入承压含水层的深度；②重复第三步及第四步，进行围护装置插入承压含水层不同深度时的降水试验；③绘制观测井水位与围护装置插入承压含水层的深度之间的关系曲线图，其横轴为同一剖面上的观测井坐标，纵轴为观测井的水位降深。优选地，所述相似材料制备，具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相似材料模拟承压含水层中基坑降水的试验装置，其特征在于，包括：贮土箱、总供水系统、内部供水系统、围护装置、试验土体、井点系统、抽水设备，其中：所述贮土箱，其四周侧壁的底部水平等距设置排水孔，所述排水孔外侧安装止水阀，用于试验后将水及时排出，所述排水孔内侧贴有防止流土的钢丝滤网；所述总供水系统，用于向所述贮土箱中供水并控制用水量；所述总供水系统由总供水管、供水分管、压力表及供水球阀组成，所述总供水管为含三个三通接头及一个弯头的空心管，一侧与供水源相连；所述供水分管为多根空心管，其中三根与所述总供水管的三通接口相连，一根与所述总供水管的弯头相连；所述压力表安装于每根所述供水分管上，用于监测各供水分管的水压；所述供水球阀安装于每根所述供水分管上，用于调节各所述供水分管的流量；所述内部供水系统共多组，紧贴所述贮土箱内侧壁布置，每组由环形总管及开孔分管组成，所述环形总管为空心管，其上端与所述贮土箱的侧壁顶部平齐，所述环形总管的中心处通过三通接口与所述总供水系统的所述供水分管相连；所述开孔分管由一组等间距布置的空心管组成，其底端封死，上端通过三通接头与所述环形总管相连，每根所述开孔分管在相同高度设有多个出水孔，所述出水孔表面粘贴钢丝滤网；所述围护装置埋置于所述试验土体中，所述试验土体自下而上包括承压含水层、隔水层和潜水层，分层铺设于所述贮土箱中；所述井点系统包括抽水井和观测井，所述观测井用于观测降水过程中所述贮土箱内部水位变化情况，所述抽水井用于模拟抽水；所述抽水设备放于所述抽水井中，用于抽水。...

【技术特征摘要】
1.一种相似材料模拟承压含水层中基坑降水的试验装置，其特征在于，包括：贮土箱、总供水系统、内部供水系统、围护装置、试验土体、井点系统、抽水设备，其中：所述贮土箱，其四周侧壁的底部水平等距设置排水孔，所述排水孔外侧安装止水阀，用于试验后将水及时排出，所述排水孔内侧贴有防止流土的钢丝滤网；所述总供水系统，用于向所述贮土箱中供水并控制用水量；所述总供水系统由总供水管、供水分管、压力表及供水球阀组成，所述总供水管为含三个三通接头及一个弯头的空心管，一侧与供水源相连；所述供水分管为多根空心管，其中三根与所述总供水管的三通接口相连，一根与所述总供水管的弯头相连；所述压力表安装于每根所述供水分管上，用于监测各供水分管的水压；所述供水球阀安装于每根所述供水分管上，用于调节各所述供水分管的流量；所述内部供水系统共多组，紧贴所述贮土箱内侧壁布置，每组由环形总管及开孔分管组成，所述环形总管为空心管，其上端与所述贮土箱的侧壁顶部平齐，所述环形总管的中心处通过三通接口与所述总供水系统的所述供水分管相连；所述开孔分管由一组等间距布置的空心管组成，其底端封死，上端通过三通接头与所述环形总管相连，每根所述开孔分管在相同高度设有多个出水孔，所述出水孔表面粘贴钢丝滤网；所述围护装置埋置于所述试验土体中，所述试验土体自下而上包括承压含水层、隔水层和潜水层，分层铺设于所述贮土箱中；所述井点系统包括抽水井和观测井，所述观测井用于观测降水过程中所述贮土箱内部水位变化情况，所述抽水井用于模拟抽水；所述抽水设备放于所述抽水井中，用于抽水。2.根据权利要求1所述的采用相似材料模拟承压含水层中基坑降水的试验装置，其特征在于：所述贮土箱为钢制无盖长方体箱体，箱体外侧壁四周各设两道槽钢围檩，分别位于距箱体底部1/3及2/3高度处。3.根据权利要求2所述的采用相似材料模拟承压含水层中基坑降水的试验装置，其特征在于：所述内部供水系统共4组，紧贴所述贮土箱四个内侧壁布置，沿所述开孔分管的管壁竖向等距离设置出水孔，每根开孔分管在相同高度设有4个出水孔。4.根据权利要求1所述的采用相似材料模拟承压含水层中基坑降水的试验装置，其特征在于：所述承压含水层为经过筛分处理直径小于5mm的粗砂颗粒；所述隔水层为细砂、膨润土、硅油、凡士林制成的相似材料；所述潜水层为经过筛分处理直径小于2mm的细砂颗粒。5.根据权利要求1-4任一项所述的采用相似材料模拟承压含水层中基坑降水的试验装置，其特征在于：所述观测井由观测井管、观测浮标及观测段组成，用于观测降水过程中贮土箱内部水位变化情况定，所述观测浮标位于所述观测井管中心，所述观测段通过变直径接头与所述观测井管相连。6.根据权利要求5所述的采用相似材料模拟承压含水层中基坑降水的试验装置，其特征在于：所述观测浮标由浮管和指针组成，所述浮管包括空心管、上盖板、下盖板；所述下盖板与所述空心管底端密封连接；所述上盖板设有中心孔，所述上盖板与所述空心管顶端密封连接，所述指针下端穿过所述上盖板中心孔后与所述下盖板中...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪旭玮，袁垚，许烨霜，沈水龙，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31