一种基坑开挖过程模拟装置制造方法及图纸

本发明专利技术针对目前基坑支护桩的问题，为了实现更好的理论分析和模拟教学，也为了完成合理支护设计和最优的经济效益，公开一种设计合理、使用灵活、成本低的基坑开挖过程模拟装置；为了解决上述技术问题，本发明专利技术采用的技术方案为：一种基坑开挖过程模拟装置，包括反力框架、施压组件、传压组件、定位调节组件、模型桩和测试系统；多个所述施压组件对称设置在反力框架侧面，所述传压组件和定位调节组件对应施压组件且均位于反力框架内，所述施压组件和传压组件对应连接在一起对设置在反力框架内的模型桩施加载荷，所述测试系统用于测试模型桩侧面受到的压力及偏移的位移；本发明专利技术可广泛应用于建筑与土木工程设计和施工领域。

A Simulator for Foundation Pit Excavation Process

【技术实现步骤摘要】
一种基坑开挖过程模拟装置
本专利技术一种基坑开挖过程模拟装置，属于土木工程设计和施工

技术介绍
现代城市在不断发展过程中，建筑物趋于密集化，高层建筑及地下设施增多，在建筑密集区高层建筑下部结构施工中将存在着深基坑开挖及稳定问题。由于支护工程计算随土层的变化而更趋复杂，设计过程中常将多个土层简化，而且深基坑施工和支护往往以经验和工程类比法为主，尤其对支护方案的优选和支护构件的优化研究的并不深入系统。实际上，在基坑支护结构内力计算中，首先需要确定支护结构的计算简化模型、假定支护结构外侧土压力的分布、基坑开挖过程中土压力的变化，现有的《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120)在计算悬臂支档结构和锚拉式支档结构时，把支护桩外侧的土压力看作是主动土压力，把基坑内侧土反力采用线弹性模型，支护桩看着弹性梁进行计算，在计算中也没有考虑土压力是动态变化。如何采用物理模型直观地、可视化地表现这种计算过程中，而且合理的考虑基坑开挖过程土压力的变化，是土木工程教学和工程计算必须面对的问题。
技术实现思路
本专利技术针对目前基坑支护桩的问题，为了实现更好的理论分析和室内模拟，也为了完成合理支护设计和最优的经济效益，公开一种设计合理、使用灵活、成本低的基坑开挖过程模拟装置。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种基坑开挖过程模拟装置，包括反力框架、施压组件、传压组件、定位调节组件、模型桩和测试系统；多个所述施压组件对称设置在反力框架的两侧侧面上，所述传压组件和定位调节组件对应施压组件且均位于反力框架内，所述施压组件和传压组件对应连接在一起对设置在反力框架内的模型桩施加载荷，所述测试系统用于测试模型桩侧面受到的压力及偏移的位移。所述反力框架为矩形封闭框架，且所述反力框架包括顶部横梁、底部横梁和侧梁，所述顶部横梁和底部横梁均水平设置，两个所述侧梁竖直设置在顶部横梁和底部横梁之间，与顶部横梁和底部横梁配合形成矩形框体结构，所述顶部横梁和底部横梁的内侧均设置有凹槽，且所述凹槽相对设置，所述顶部横梁的中部在竖直方向设置有送桩孔，所述送桩孔为通孔，所述送桩孔正下方对应的底部横梁上设置有底孔，所述底孔为盲孔。所述施压组件的结构为：包括空心螺纹杆、弹簧、套筒、传力杆、限位板、活塞、加载把手和定位杆，所述套筒横向贯穿反力框架一侧的侧梁，且所述套筒的两端均设置有内螺纹，所述套筒相对侧梁的外端连接有空心螺纹杆，所述套筒相对侧梁的内端设置有限位板，所述空心螺纹杆的一端通过螺纹连接在套筒上，所述空心螺纹杆的另一端设置有加载把手，所述套筒内设置有定位杆，所述定位杆的一端插入空心螺纹杆内，所述定位杆的另一端连接在位于套筒内的活塞上，且所述活塞能随定位杆一起在套筒内移动，所述活塞和空心螺纹杆之间的定位杆上套装有弹簧，所述传力杆贯穿限位板设置，所述传力杆的一端与活塞连接，所述传力杆的另一端与传压组件连接，且所述传力杆与传压组件连接处杆端侧面设置有连接通孔；所述传压组件的结构为：包括承压板、连接板、传力板、U型槽、垫块、定位孔和连接销，两个所述承压板对称设置在模型桩左右侧，且所述承压板和模型桩之间设置有垫块，所述承压板和连接板之间通过两个传力板连接在一起，两个所述传力板呈“八”字排列，所述连接板上竖向设置有U型槽，所述传力杆插入U型槽内，所述U型槽的两侧面竖向开设有定位孔，并通过连接销贯穿定位孔和传力杆的连接通孔将传力杆固定在连接板上。所述定位调节组件的结构为：包括定位板和支撑板，两块所述支撑板分别设置在模型桩的前后侧，且所述支撑板的上下端对应设置在顶部横梁和底部横梁的凹槽内，所述支撑板上纵向等距设置有两列预留孔，所述预留孔包括横梁槽口和测试槽口，且所述横梁槽口和测试槽口上下间隔设置，所述横梁槽口内设置有定位横梁，所述测试槽口用于安装桩侧位移传感器，两块所述支撑板上对应的定位横梁之间均设置有两根定位板，两根所述定位板的一端设置在定位横梁上，两根所述定位板的另一端分别设置在承压板和连接板上。所述测试系统的结构为：包括压力传感器、位移传感器、压力传感器控制系统和位移传感器控制系统，多个所述压力传感器分别对应设置在每个承压板面向模型桩所在表面的几何中心处，多个所述位移传感器分别对应设置在支撑板的测试槽口内，所述压力传感器和位移传感器分别与设置在反力框架外的压力传感器控制系统和位移传感器控制系统连接。所述定位横梁底侧竖向设置有调节杆，所述调节杆外侧设置有螺纹，所述调节杆的下端对应插入设置于横梁槽口底边的插孔中，并安装调节螺母，所述插孔的深度大于调节杆的长度，所述调节螺母的内螺纹的与调节杆的外螺纹相匹配，通过旋转调节螺母定位调节杆的上下位置，使定位横梁达到对应高度并保持水平。所述传力杆在U型槽内只能上下调节且在竖直平面内能小角度转动，可实现对承压板轴心或小偏心加载。本专利技术与现有技术相比具有的有益效果是：本专利技术把基坑支档结构简化为平面应变情况，把支档结构两侧土压力均简化为弹簧，在基坑开挖前对支档结构两侧按假定的桩侧为静止土压力，然后卸载一侧弹簧，相当于桩侧土层开挖，随之，支护结构两侧静力平衡被破坏，支护桩未开挖一侧土压力由静止土压力转化为主动土压力，支护桩开挖一侧下部未开挖部分土压力由静止土压力转化为被动土压力，随支护桩的变形，以支护桩为对象重新建立新的平衡，从而实现了基坑开挖模拟和支护桩内、外侧土压力的动态变化模拟，因此，该模拟装置实现了对基坑支档结构受力过程的物理模拟和过程可视化，同时可以实现土压力动态变化模拟，与基坑实际受力情况更加接近，对基坑工程研究具有一定的指导意义。附图说明下面结合附图对本专利技术做进一步的说明。图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术中由施压组件和传压组件组成的加载装置示意图。图3为图1中A-A截面的剖视图。图4为本专利技术中定位调节组件的结构示意图。图5为本专利技术中施压组件的结构示意图。图中：1为反力框架、11为顶部横梁、12为底部横梁、13为侧梁、14为凹槽、15为送桩孔、16为底孔、2为施压组件、21为空心螺纹杆、22为弹簧、23为套筒、24为传力杆、25为限位板、26为活塞、27为加载把手、28为定位杆、3为传压组件、31为承压板、32为连接板、33为传力板、34为U型槽、35为垫块、36为定位孔、37为连接销、4为定位调节组件、41为定位板、42为支撑板、43为预留孔、44为定位横梁、45为调节螺母、46为调节杆、47为插孔、5为模型桩、6为测试系统、61为压力传感器、62为位移传感器、63为压力传感器控制系统，64位移传感器控制系统。具体实施方式如图1～图5所示，本专利技术一种基坑开挖过程模拟装置，包括反力框架1、施压组件2、传压组件3、定位调节组件4、模型桩5和测试系统6；多个所述施压组件2对称设置在反力框架1的两侧侧面上，所述传压组件3和定位调节组件4对应施压组件2且均位于反力框架1内，所述施压组件2和传压组件3对应连接在一起对设置在反力框架1内的模型桩5施加载荷，所述测试系统6用于测试模型桩5侧面受到的压力及偏移的位移；所述反力框架1为矩形封闭框架，且所述反力框架1包括顶部横梁11、底部横梁12和侧梁13，所述顶部横梁11和底部横梁12均水平设置，两个所述侧梁13竖直设置在顶部横梁11和底部横梁12之间，与顶部横梁11和底部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基坑开挖过程模拟装置，其特征在于，包括反力框架(1)、施压组件(2)、传压组件(3)、定位调节组件(4)、模型桩(5)和测试系统(6)；多个所述施压组件(2)对称设置在反力框架(1)的两侧侧面上，所述传压组件(3)和定位调节组件(4)对应施压组件(2)且均位于反力框架(1)内，所述施压组件(2)和传压组件(3)对应连接在一起对设置在反力框架(1)内的模型桩(5)施加载荷，所述测试系统(6)用于测试模型桩(5)侧面受到的压力及偏移的位移；所述反力框架(1)为矩形封闭框架，且所述反力框架(1)包括顶部横梁(11)、底部横梁(12)和侧梁(13)，所述顶部横梁(11)和底部横梁(12)均水平设置，两个所述侧梁(13)竖直设置在顶部横梁(11)和底部横梁(12)之间，与顶部横梁(11)和底部横梁(12)配合形成矩形框体结构，所述顶部横梁(11)和底部横梁(12)的内侧均设置有凹槽(14)，且所述凹槽(14)相对设置，所述顶部横梁(11)的中部在竖直方向设置有送桩孔(15)，所述送桩孔(15)为通孔，所述送桩孔(15)正下方对应的底部横梁(12)上设置有底孔(16)，所述底孔(16)为盲孔；所述施压组件(2)的结构为：包括空心螺纹杆(21)、弹簧(22)、套筒(23)、传力杆(24)、限位板(25)、活塞(26)、加载把手(27)和定位杆(28)，所述套筒(23)横向贯穿反力框架(1)一侧的侧梁(13)，且所述套筒(23)的两端均设置有内螺纹，所述套筒(23)相对侧梁(13)的外端连接有空心螺纹杆(21)，所述套筒(23)相对侧梁(13)的内端设置有限位板(25)，所述空心螺纹杆(21)的一端通过螺纹连接在套筒(23)上，所述空心螺纹杆(21)的另一端设置有加载把手(27)，所述套筒(23)内设置有定位杆(28)，所述定位杆(28)的一端插入空心螺纹杆(21)内，所述定位杆(28)的另一端连接在位于套筒(23)内的活塞(26)上，且所述活塞(26)能随定位杆(28)一起在套筒(23)内移动，所述活塞(26)和空心螺纹杆(21)之间的定位杆(28)上套装有弹簧(22)，所述传力杆(24)贯穿限位板(25)设置，所述传力杆(24)的一端与活塞(26)连接，所述传力杆(24)的另一端与传压组件(3)连接，且所述传力杆(24)与传压组件(3)连接处杆端侧面设置有连接通孔；所述传压组件(3)的结构为：包括承压板(31)、连接板(32)、传力板(33)、U型槽(34)、垫块(35)、定位孔(36)和连接销(37)，两个所述承压板(31)对称设置在模型桩(5)左右侧，且所述承压板(31)和模型桩(5)之间设置有垫块(35)，所述承压板(31)和连接板(32)之间通过两个传力板(33)连接在一起，两个所述传力板(33)呈“八”字排列，所述连接板(32)上竖向设置有U型槽(34)，所述传力杆(24)插入U型槽(34)内，所述U型槽(34)的两侧面竖向开设有定位孔(36)，并通过连接销(37)贯穿定位孔(36)和传力杆(24)的连接通孔将传力杆(24)固定在连接板(32)上；所述定位调节组件(4)的结构为：包括定位板(41)和支撑板(42)，两块所述支撑板(42)分别设置在模型桩(5)的前后侧，且所述支撑板(42)的上下端对应设置在顶部横梁(11)和底部横梁(12)的凹槽(14)内，所述支撑板(42)上纵向等距设置有两列预留孔(43)，所述预留孔(43)包括横梁槽口和测试槽口，且所述横梁槽口和测试槽口上下间隔设置，所述横梁槽口内设置有定位横梁(44)，所述测试槽口用于安装桩侧位移传感器，两块所述支撑板(42)上对应的定位横梁(44)之间均设置有两根定位板(41)，两根所述定位板(41)的一端设置在定位横梁(44)上，两根所述定位板(41)的另一端分别设置在承压板(31)和连接板(32)上；所述测试系统(6)的结构为：包括压力传感器(61)、位移传感器(62)、压力传感器控制系统(63)和位移传感器控制系统(64)，多个所述压力传感器(61)分别对应设置在每个承压板(31)面向模型桩(5)所在表面的几何中心处，多个所述位移传感器(62)分别对应设置在支撑板(42)的测试槽口内，所述压力传感器(61)和位移传感器(62)分别与设置在反力框架(1)外的压力传感器控制系统(63)和位移传感器控制系统(64)连接。...

【技术特征摘要】
1.一种基坑开挖过程模拟装置，其特征在于，包括反力框架(1)、施压组件(2)、传压组件(3)、定位调节组件(4)、模型桩(5)和测试系统(6)；多个所述施压组件(2)对称设置在反力框架(1)的两侧侧面上，所述传压组件(3)和定位调节组件(4)对应施压组件(2)且均位于反力框架(1)内，所述施压组件(2)和传压组件(3)对应连接在一起对设置在反力框架(1)内的模型桩(5)施加载荷，所述测试系统(6)用于测试模型桩(5)侧面受到的压力及偏移的位移；所述反力框架(1)为矩形封闭框架，且所述反力框架(1)包括顶部横梁(11)、底部横梁(12)和侧梁(13)，所述顶部横梁(11)和底部横梁(12)均水平设置，两个所述侧梁(13)竖直设置在顶部横梁(11)和底部横梁(12)之间，与顶部横梁(11)和底部横梁(12)配合形成矩形框体结构，所述顶部横梁(11)和底部横梁(12)的内侧均设置有凹槽(14)，且所述凹槽(14)相对设置，所述顶部横梁(11)的中部在竖直方向设置有送桩孔(15)，所述送桩孔(15)为通孔，所述送桩孔(15)正下方对应的底部横梁(12)上设置有底孔(16)，所述底孔(16)为盲孔；所述施压组件(2)的结构为：包括空心螺纹杆(21)、弹簧(22)、套筒(23)、传力杆(24)、限位板(25)、活塞(26)、加载把手(27)和定位杆(28)，所述套筒(23)横向贯穿反力框架(1)一侧的侧梁(13)，且所述套筒(23)的两端均设置有内螺纹，所述套筒(23)相对侧梁(13)的外端连接有空心螺纹杆(21)，所述套筒(23)相对侧梁(13)的内端设置有限位板(25)，所述空心螺纹杆(21)的一端通过螺纹连接在套筒(23)上，所述空心螺纹杆(21)的另一端设置有加载把手(27)，所述套筒(23)内设置有定位杆(28)，所述定位杆(28)的一端插入空心螺纹杆(21)内，所述定位杆(28)的另一端连接在位于套筒(23)内的活塞(26)上，且所述活塞(26)能随定位杆(28)一起在套筒(23)内移动，所述活塞(26)和空心螺纹杆(21)之间的定位杆(28)上套装有弹簧(22)，所述传力杆(24)贯穿限位板(25)设置，所述传力杆(24)的一端与活塞(26)连接，所述传力杆(24)的另一端与传压组件(3)连接，且所述传力杆(24)与传压组件(3)连接处杆端侧面设置有连接通孔；所述传压组件(3)的结构为：包括承压板(31)、连接板(32)、传力板(33)、U型槽(34)、垫块(35)、定位孔(36)和连接销(...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建军，徐鹏程，常慧，连勇，裴勇，李剑锋，韩云山，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14