超重力场中窄基坑开挖模拟及测试系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种超重力场中窄基坑开挖模拟及测试系统，由基坑模型系统、基坑支撑系统、量测系统构成，所述基坑模型系统包括模型箱、隔板与调节杆，所述隔板垂直位于模型箱内，所述调节杆一端与隔板连接，另一端顶在模型箱内壁，所述调节杆用于调节隔板的位置，所述隔板与模型箱之间的空间用于放置试验土，所述试验土是由泥浆在超重力场中固结而成，所述基坑支撑系统包括相开挖沟槽平行设置的两个挡墙以及连接在两个挡墙之间的支撑杆，支撑杆用于调节两个挡墙之间的距离；所述量测系统用于测量挡墙应变、地层沉降测量和位移场变化。本实用新型专利技术可以在超重力场中全面测量基坑开挖的各方面影响和实现基坑的全面开挖与添加支撑的模拟。

【技术实现步骤摘要】
超重力场中窄基坑开挖模拟及测试系统
本技术属岩土及地下工程中的综合管廊工程领域，尤其是涉及一种超重力场中窄基坑开挖模拟及测试系统。
技术介绍
近代以来，随着城市地下空间发展越来越快，地下空间的利用技术也越来越高，近些年出现了一种为解决地上管线交错复杂与地下管线维修需要频繁挖掘问题的地下综合管廊系统。该系统不仅解决地面城市的交通问题，而且对于电力、通讯、燃气和给排水等市政设施的维护与检修十分便利，同时该系统抗震性能较为优良，在地震来临时能减少电力、通讯、等各类生命管线的损害。地下综合管廊系统相对一般基坑工程，具有基坑较窄、开挖深度浅和支撑少的特点。模型实验中常采用超重力手段以还原现场土体的应力等级和应力特效，离心机是其中主要采取的一种方法。离心模型试验是一种岩土工程领域先进的物理模拟手段，非常适用于各类基坑工程研究，可以为实际工程建设提供重要依据，并可以通过离心试验分析变形机理，提高各类基坑工程的理论研究水平。综合管廊的特点使其对地层周围的影响也较为特殊，需要进行专门的研究，基坑开挖的环境影响复杂，难以进行全面的测量，且在离心实验中基坑开挖模拟很多只采用对称式的半开挖研究，研究效果存在一定影响。因此需要开发出一套针对综合管廊的窄基坑特点，可以在超重力场中全面测量基坑开挖的各方面影响和实现基坑的全面开挖与添加支撑的模拟系统。
技术实现思路
本技术的目的在于提出一种超重力场中窄基坑开挖模拟及测试系统，以实现对窄基坑的全面开挖模拟与全面测量的综合影响结果的研究。本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种超重力场中窄基坑开挖模拟及测试系统，由基坑模型系统、基坑支撑系统、量测系统构成，所述基坑模型系统包括模型箱、隔板与调节杆，所述隔板垂直位于模型箱内，所述调节杆一端与隔板连接，另一端顶在模型箱内壁，所述调节杆用于调节隔板的位置，所述隔板与模型箱之间的空间用于放置试验土，所述试验土是由泥浆在超重力场中固结而成，所述基坑支撑系统包括相开挖沟槽平行设置的两个挡墙以及连接在两个挡墙之间的支撑杆，当在所述试验土开挖沟槽后将所述挡墙安装在沟槽处，当在所述试验土中开挖基坑后，在基坑中安装支撑杆，调节两个挡墙之间的距离；所述量测系统由挡墙应变测量装置、地层沉降测量装置和位移场测量装置构成，当所述挡墙安装在沟槽时，将所述挡墙应变测量装置安装在所述挡墙上，用于挡墙应变测量，在超重力场中当基坑模型系统中设置基坑支撑系统后，所述地层沉降测量装置用于对挡墙与模型箱内壁之间土体沉降进行测量，所述位移场测量装置用于对基坑位移变化进行测量。在本技术的一个实施方式中，所述模型箱为中部空心的长方形结构，上顶面不存在，余下5个面均可拆卸，其前侧面做成有机玻璃板，每个面的连接处均采用密封条密封，且所述有机玻璃板与模型箱之间为可拆卸结构，当土体初步固结后停机，通过拆掉模型箱前侧面的有机玻璃板，并在与有机玻璃板接触的土体表面均匀撒彩色木屑，所述彩色木屑撒在模型箱有机玻璃板与试验土之间。所述彩色木屑的位移变化作为位移场测量装置的检测对象。在本技术的一个实施方式中，所述调节杆与隔板连接的方式为焊接，所述调节杆顶在模型箱内壁的一端带有螺纹和两颗螺帽，两颗螺帽均可沿螺纹调节位置。在本技术的一个实施方式中，所述调节杆沿基坑深度竖向分布有3道，每道沿同一水平方向布置5个，每个调节杆均为一端连接隔板，另一端顶在模型箱侧壁上。在本技术的一个实施方式中，两块挡墙均为长方形板结构，其中一块挡墙上设有圆形凹槽，另一块挡墙设有螺纹孔，所述支撑杆一端带有螺纹和圆形螺帽，圆形螺帽可沿螺纹调节位置，螺帽卡进其中一块的挡墙凹槽处，所述支撑杆另一端带有螺纹，螺纹连接在另一块挡墙的螺孔处。在本技术的一个实施方式中，所述支撑杆、挡墙上的圆形凹槽与螺纹孔均为3个，挡墙上的3个圆形凹槽或螺纹孔沿同一水平方向设置。在本技术的一个实施方式中，所述地层沉降测量装置包括激光位移器、激光位移器杆，激光位移器支架组成，当所述地层沉降测量装置工作时，所述激光位移器支架设在模型箱上，激光位移器杆一端固定激光位移器，另一端通过螺母固定在激光位移器支架上，并可以调节激光位移器的位置高度。在本技术的一个实施方式中，所述挡墙应变测量装置由应变片和数据采集系统组成，所述应变片贴在挡墙上，导线连接应变片和数据采集系统。在本技术的一个实施方式中，所述位移场测量装置包括高清数码相机、相机支架及重力平衡板，所述高清数码相机固定在相机支架上，所述相机支架固定在重力平衡板上，所述重力平衡板再固定于重力场设备上，所述重力场设备是指离心机。所述位移场测量结果由高清数码相机所拍摄照片经PIV技术处理得到。本技术中挡墙应变数据、激光位移器数据和位移场照片均由离心机数据采集系统在机收集和存储。在本技术的一个实施方式中，所述试验土是将软粘土通过晾干、粉碎、过筛、浸泡、真空搅拌后制得的泥浆在超重力场中进行固结而得。在本技术的一个实施方式中，真空搅拌是通过真空搅拌下装置进行的，所述真空搅拌下装置包括真空箱、搅拌机、搅拌桨、真空机与真空管，所述搅拌桨位于真空箱且，且与位于真空箱外面的搅拌机连接，所述真空箱内部通过真空管与真空机连接。使用时，本技术的模型箱要放置在离心机设备上。本技术的工作过程如下：原状土经晾干、粉碎、过筛、浸泡、真空搅拌后，制成泥浆。在模型箱四周涂抹硅油，有利于减小模型箱与试验土间的摩擦。将隔板与调节杆放入模型箱内，并调节好距离。将制备好的泥浆倒入模型箱与隔板之间的空间内，在离心场中进行初步固结。待土体初步固结后停机，拆掉模型箱前侧面的有机玻璃板，并在与玻璃接触的土体表面均匀撒彩色木屑后，安装有机玻璃板。在挡墙预定位置开挖沟槽，然后安装事先贴好应变片的挡墙。启动离心机，继续固结土体，使得挡墙与周围土体紧密接触，待挡墙表面应变片数值稳定后，停离心机，安装激光位移器支架与激光位移器位移，安装高清数码相机与相机支架。然后启动离心机加速，观测记录初始数据。待离心加速度稳定一段时间后，停机，开挖基坑，安装支撑杆和调节支撑距离，再次启动离心机，并记录数据。停机后重复基坑的开挖与支撑杆安装工作，直至土体开挖至预定深度，观测记录基坑变形和破坏情况，试验结束。与现有技术相比，本技术的有益效果在于：本技术的超重力场中窄基坑开挖模拟及测试系统，可提供在高速离心场中，综合管廊窄基坑全面开挖与支撑过程的模拟，并进行多方面数据的测量。本系统具有如下特点：(1)采用原状土经晾干、粉碎、过筛、浸泡、用真空搅拌机进行真空搅拌后，制成泥浆，并在离心机中加速固结，不仅在极大程度上还原现场土的特性，而且大大缩短固结时间。(2)可以较为简单的进行窄基坑的全面开挖与添加支撑的过程。(3)可承受最大的离心加速功能，同时功能与结构紧密结合，利用离心机的加速还原现场的应力等级，可以进行现场实际应力等级下基坑全面开挖的挡墙变形、墙后土体沉降和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超重力场中窄基坑开挖模拟及测试系统，其特征在于，由基坑模型系统、基坑支撑系统、量测系统构成，/n所述基坑模型系统包括模型箱(1)、隔板(2)与调节杆(3)，所述隔板(2)垂直位于模型箱(1)内，所述调节杆(3)一端与隔板(2)连接，另一端顶在模型箱(1)内壁，所述调节杆(3)用于调节隔板(2)的位置，所述隔板(2)与模型箱(1)之间的空间用于放置试验土(19)，所述试验土(19)是由泥浆在超重力场中固结而成，/n所述基坑支撑系统包括相开挖沟槽平行设置的两个挡墙(9)以及连接在两个挡墙(9)之间的支撑杆(10)，当在所述试验土(19)开挖沟槽后将所述挡墙(9)安装在沟槽处，当在所述试验土(19)中开挖基坑后，在基坑中安装支撑杆(10)，调节两个挡墙(9)之间的距离；/n所述量测系统由挡墙应变测量装置、地层沉降测量装置和位移场测量装置构成，当所述挡墙(9)安装在沟槽时，将所述挡墙应变测量装置安装在所述挡墙(9)上，用于挡墙应变测量，在超重力场中当基坑模型系统中设置基坑支撑系统后，所述地层沉降测量装置用于对挡墙(9)与模型箱(1)内壁之间土体沉降进行测量，所述位移场测量装置用于对基坑位移变化进行测量。/n...

【技术特征摘要】
1.一种超重力场中窄基坑开挖模拟及测试系统，其特征在于，由基坑模型系统、基坑支撑系统、量测系统构成，
所述基坑模型系统包括模型箱(1)、隔板(2)与调节杆(3)，所述隔板(2)垂直位于模型箱(1)内，所述调节杆(3)一端与隔板(2)连接，另一端顶在模型箱(1)内壁，所述调节杆(3)用于调节隔板(2)的位置，所述隔板(2)与模型箱(1)之间的空间用于放置试验土(19)，所述试验土(19)是由泥浆在超重力场中固结而成，
所述基坑支撑系统包括相开挖沟槽平行设置的两个挡墙(9)以及连接在两个挡墙(9)之间的支撑杆(10)，当在所述试验土(19)开挖沟槽后将所述挡墙(9)安装在沟槽处，当在所述试验土(19)中开挖基坑后，在基坑中安装支撑杆(10)，调节两个挡墙(9)之间的距离；
所述量测系统由挡墙应变测量装置、地层沉降测量装置和位移场测量装置构成，当所述挡墙(9)安装在沟槽时，将所述挡墙应变测量装置安装在所述挡墙(9)上，用于挡墙应变测量，在超重力场中当基坑模型系统中设置基坑支撑系统后，所述地层沉降测量装置用于对挡墙(9)与模型箱(1)内壁之间土体沉降进行测量，所述位移场测量装置用于对基坑位移变化进行测量。


2.根据权利要求1所述的一种超重力场中窄基坑开挖模拟及测试系统，其特征在于，所述模型箱(1)为中部空心的长方形结构，上顶面不存在，余下5个面均可拆卸，其前侧面做成有机玻璃板，每个面的连接处均采用密封条密封，且所述有机玻璃板与模型箱(1)之间为可拆卸结构，当土体初步固结后，通过拆掉模型箱(1)前侧面的有机玻璃板，并在与有机玻璃板接触的土体表面均匀撒彩色木屑(18)。


3.根据权利要求1所述的一种超重力场中窄基坑开挖模拟及测试系统，其特征在于，所述调节杆(3)与隔板(2)连接的方式为焊接，所述调节杆(3)顶在模型箱(1)内壁的一端带有螺纹和两颗螺帽，两颗螺帽均可沿螺纹调节位置。


4.根据权利要求1所述的一种超重力场中窄基坑开挖模拟及测试系统，其特征在于，所述调节杆(3)沿基坑深度竖向分布有3道，每道沿同一水平方向布置5个，每个调节杆(3)均为一端连接隔板(2)，另一端顶在模型箱(1)侧壁上...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁克文，马险峰，管飞，李金定，
申请(专利权)人：上海市岩土地质研究院有限公司，同济大学，
类型：新型
国别省市：上海;31