一种可消除侧壁摩擦阻力影响的地下结构浮力试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种可消除侧壁摩擦阻力影响的地下结构浮力试验装置，包括模型箱、地下水模拟单元、地下结构单元以及浮力检测单元，地下结构单元包括地下结构侧壁、地下结构底板及膜组件，地下结构侧壁与地下结构底板之间通过膜组件连接，浮力检测单元与地下结构底板相连。与现有技术相比，本发明专利技术结构简单，操作方便，能够模拟地下结构底板受地下水浮力的影响，并能够消除地下结构侧壁与底板之间摩阻力的影响，降低地下结构底板因位移受到的负超静孔压产生的吸附力，模拟地下水渗流情况，使试验结果更加准确合理，具有较高的可靠性。

A buoyancy test device of underground structure which can eliminate the influence of side wall friction resistance

【技术实现步骤摘要】
一种可消除侧壁摩擦阻力影响的地下结构浮力试验装置
本专利技术属于岩土工程
，涉及一种可消除侧壁摩擦阻力影响的地下结构浮力试验装置。
技术介绍
随着我国城市化进程的逐渐深入，对城市空间不断增长的需求与有限土地资源之间的矛盾日益突出，而城市地下空间的开发利用正是应对这一矛盾的主要手段。然而，随着地下空间技术的广泛应用，地下建筑物、构筑物的抗浮问题变得越来越突出。地下水对埋置于岩土体之中或之上的地下工程或坑洼式结构产生浮托力，一些建(构)筑物埋深较深，容积较大，当地下水位较高时，仅靠自重往往不足以抵抗浮力，处理不当时将导致底部上拱或整个建(构)筑物上浮失稳破坏，影响结构的正常使用。目前的工程规范中，往往采用简单的静水浮力计算方法对地下建(构)筑物所受的整体上浮力进行计算，即依据常年地下水文观测数据，确定地下设计水位高度，进而用阿基米德定律获得浮力值。这种计算方法将结构视作放置在静水之中的封闭几何体，是对地下结构周围复杂的地质水文环境的大胆简化。而在地下工程实践中，这种简单的抗浮设计算法有着较大的误差，往往会带来设计上的浪费或者安全隐患。因此，有必要对弱渗透性土中考虑渗流作用时对地下建(构)筑物的浮力展开研究。解决目前土体中渗流产生的对地下工程的浮力无法正确估计的问题，并建立考虑地下水渗流的地下工程抗浮设计计算方法。在国内，已有部分学者针对地下室所受水浮力问题进行了模型试验，其试验过程与结果均不同程度地反映出了试验设计中的一定问题。在部分试验中，地下室侧壁摩擦阻力未能有效消除，进而导致浮力结果失准；有些试验则通过将结构底面上方土体全部挖除以排除侧壁摩阻力的干扰，然而这种模拟方法与结构所处实际水土环境相去甚远；此外，部分的模型试验由于结构在脱离土体时存在较大的负超静孔压，进而导致浮力测量结果偏小。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可消除侧壁摩擦阻力影响的地下结构浮力试验装置。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种可消除侧壁摩擦阻力影响的地下结构浮力试验装置，包括模型箱、地下水模拟单元、设于模型箱内部的地下结构单元以及浮力检测单元，所述的地下水模拟单元包括设于模型箱内部的地下水出水机构以及设于模型箱外部并与地下水出水机构相连通的供水机构，所述的地下结构单元包括地下结构侧壁、地下结构底板及膜组件，所述的地下结构侧壁与地下结构底板之间通过膜组件连接，所述的浮力检测单元与地下结构底板相连。本装置用于模拟地下结构受地下水浮力的影响情况，模型箱内填充适量土体，地下结构单元的下部及地下水出水机构埋入土体内，供水机构通过地下水出水机构向土体内提供地下水，并模拟地下水的渗流现象，浮力检测单元与地下结构底板连接，用于检测地下结构底板所受的地下水浮力。地下结构侧壁与地下结构底板通过膜组件连接，一方面使得地下结构侧壁与地下结构底板之间可以产生空隙，消除两者之间的摩擦力；一方面膜组件提供较好的密封性，使得水体不至于进入地下结构单元内部，影响试验结果的可靠性。作为优选的技术方案，所述的地下结构侧壁与地下结构底板由塑料板制作，质量小，对浮力检测的影响小。作为优选的技术方案，所述的地下结构侧壁的外表面及地下结构底板的底面上均设有防水膜。进一步地，所述的浮力检测单元包括设于模型箱上的反力架、设于反力架上的测力环以及设置在测力环与地下结构底板之间的传力杆，所述的测力环通过传力杆与地下结构底板相连。测力环用于检测地下结构底板所受的浮力。由于测力环的特性，即在测试过程中，测力环与被测部件产生的位移量较小，对于本装置，与测力环连接的地下结构底板在试验过程中产生位移较小，使得地下结构底板下方土体中负超静孔压所产生的吸附力也较小，可以忽略不计，有利于提高试验的精度。进一步地，所述的地下结构侧壁上设有连接板，所述的连接板与反力架之间设有连接杆，所述的连接板通过连接杆与反力架固定连接，以固定地下结构单元，避免地下结构单元产生水平位移或下沉，影响试验结果的可靠性。进一步地，所述的膜组件包括设于地下结构底板底部的底板压条、设于地下结构侧壁底部的侧壁压条以及橡胶膜，所述的橡胶膜的一端位于地下结构底板底部与底板压条之间，另一端位于地下结构侧壁底部与侧壁压条之间。压条用于将橡胶膜固定于地下结构底板及地下结构侧壁的底部。进一步地，所述的橡胶膜的中部向下弯曲，使得橡胶膜上位于地下结构底板及地下结构侧壁之间的部分留有适当余量，避免地下结构底板上浮过程中受橡胶膜牵引而使测得的浮力偏小。进一步地，所述的供水机构包括供水支架及多个设于供水支架上的水箱，所述的水箱与地下水出水机构相连通。所述的供水支架的顶部设有横梁，所述的水箱设于横梁上，使得水箱中的水体与模型箱中的水体产生液位差，从而使得水箱中的水流入模型箱内。作为优选的技术方案，所述的供水机构与地下水出水机构之间设有水泵，通过水泵将供水机构的水输送至模型箱内。作为优选的技术方案，所述的供水机构与地下水出水机构之间的连接管路上设有流量阀，用于监测并控制流量，以控制渗流效果。进一步地，所述的模型箱上设有多个进水管，所述的进水管的两端分别与相应的水箱及地下水出水机构连接。所述的进水管与水箱之间设有软管，并通过软管连接，有助于提高调整水箱与模型箱相对位置的便捷性。进一步地，所述的地下水出水机构包括设于地下结构侧壁与模型箱之间的上出水组件及位于地下结构单元下方的下出水组件，所述的上出水组件及下出水组件分别与相应的水箱相连通。上出水组件位于地下结构底板的上方，上出水组件流出的水进入土体，用于提供模拟地下水渗流现象所需的水流，下出水组件用于补充模型箱内的水体，并保持一定的水位以模拟特定的地下水水位。进一步地，所述的上出水组件及下出水组件均包括与相应的进水管连接的接头以及与接头连接的花管。所述的花管上均匀开设有多个开孔，水体通过开孔流入模型箱内的土体。作为优选的技术方案，所述的接头为三通接头，其中一个接口与进水管连接，另外两个接口分别与花管的两端连接。作为优选的技术方案，所述的接头上为多通接头，其中一个接口与进水管连接，其余接头分别与多个花管连接。作为优选的技术方案，所述的上出水组件中的花管围绕地下结构侧壁均匀布设，使得流经地下结构底板的渗流水流分布均匀。作为优选的技术方案，该装置还包括设于模型箱土体内的孔压传感器用于检测地下水的水压。进一步地，所述的供水机构还包括供水槽及设于供水槽内并与水箱相连通的潜水泵。潜水泵用于将供水槽内水体输送至水箱。工作原理：本装置用于模拟地下结构受地下水浮力的影响情况，模型箱内填充适量土体，地下结构单元的下部及地下水出水机构埋入土体内，供水机构通过下出水组件向土体内提供适量的水，以模拟地下水，并保持一定的水位以模拟特定的地下水水位，供水机构通过上出水机构向土体供水，并通过花管分布水流，模拟地下水渗流现象，地下结构侧壁与地下结构底板通过膜组件连接，使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可消除侧壁摩擦阻力影响的地下结构浮力试验装置，其特征在于，该装置包括模型箱(1)、地下水模拟单元、设于模型箱(1)内部的地下结构单元(2)以及浮力检测单元，所述的地下水模拟单元包括设于模型箱(1)内部的地下水出水机构以及设于模型箱(1)外部并与地下水出水机构相连通的供水机构，所述的地下结构单元(2)包括地下结构侧壁(201)、地下结构底板(202)及膜组件(13)，所述的地下结构侧壁(201)与地下结构底板(202)之间通过膜组件(13)连接，所述的浮力检测单元与地下结构底板(202)相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种可消除侧壁摩擦阻力影响的地下结构浮力试验装置，其特征在于，该装置包括模型箱(1)、地下水模拟单元、设于模型箱(1)内部的地下结构单元(2)以及浮力检测单元，所述的地下水模拟单元包括设于模型箱(1)内部的地下水出水机构以及设于模型箱(1)外部并与地下水出水机构相连通的供水机构，所述的地下结构单元(2)包括地下结构侧壁(201)、地下结构底板(202)及膜组件(13)，所述的地下结构侧壁(201)与地下结构底板(202)之间通过膜组件(13)连接，所述的浮力检测单元与地下结构底板(202)相连。


2.根据权利要求1所述的一种可消除侧壁摩擦阻力影响的地下结构浮力试验装置，其特征在于，所述的浮力检测单元包括设于模型箱(1)上的反力架(3)、设于反力架(3)上的测力环(4)以及设置在测力环(4)与地下结构底板(202)之间的传力杆(5)，所述的测力环(4)通过传力杆(5)与地下结构底板(202)相连。


3.根据权利要求2所述的一种可消除侧壁摩擦阻力影响的地下结构浮力试验装置，其特征在于，所述的地下结构侧壁(201)上设有连接板(15)，所述的连接板(15)与反力架(3)之间设有连接杆(16)，所述的连接板(15)通过连接杆(16)与反力架(3)固定连接。


4.根据权利要求1所述的一种可消除侧壁摩擦阻力影响的地下结构浮力试验装置，其特征在于，所述的膜组件(13)包括设于地下结构底板(202)底部的底板压条(1302)、设于地下结构侧壁(201)底部的侧壁压条(1303)以及橡胶膜(1301)，所述的橡胶膜(1301)的一端位于地下结构底板(202)底部与底板压条...

【专利技术属性】
技术研发人员：木林隆，黄茂松，康景文，杜超，林剑鸿，
申请(专利权)人：同济大学，中国建筑西南勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31