一种基坑土体渗流侵蚀破坏测试的可视化试验系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基坑土体渗流侵蚀破坏测试的可视化试验系统，包括：CT扫描系统；承载系统，设置于CT扫描系统的顶部；三轴加压系统，设置于所述承载系统的内部；控制系统，设置于所述三轴加压系统的顶部；收集系统，设置于所述三轴加压系统的外侧，CT扫描系统包含CT机架、转台、转台底座、X射线发射机、面阵探测器和两个机架托盘，CT机架包含底座和两个支撑杆，两个支撑杆分别对称垂直设置于底座的上表面，转台底座设置于底座的顶部，转台转动设置于转台底座的顶部，两个机架托盘分别设置于两个支撑杆的内侧面上。本实用新型专利技术不仅可直观监测基坑土体试样的渗透侵蚀破坏全过程，还可以实时获取在渗透破坏中土颗粒运动变化的高清CT图像。CT图像。CT图像。

【技术实现步骤摘要】
一种基坑土体渗流侵蚀破坏测试的可视化试验系统


[0001]本技术属于岩土工程
，具体涉及一种基坑土体渗流侵蚀破坏测试的可视化试验系统。

技术介绍

[0002]近年来，经济快速发展，城镇化率不断提高，大中城市的规模不断提高，高层建筑物更是随处可见，更好的利用城市地下空间已经成为一大趋势，地下构筑物基坑工程日益增多，随之而来的基坑安全变得十分重要，在工程建设的工程中，地下水始终是影响整个工程重要因素之一，地下水不仅是人们生活中重要的一部分，同时也在建筑的过程中起到不可或缺的作用。而从统计分析的结果来看，国内建有轨道交通的城市不论其水文地质条件如何，其城市地下工程事故主要表现为渗流破坏。
[0003]渗流破坏是指岩土体在渗流作用下，使土颗粒发生局部移动或流失，从而导致土体变形失稳，在基坑工程主要是体现为流砂，管涌和潜蚀等，从而影响基坑的稳定性和周边环境的安全性。疏松土的孔隙率较大，当渗流通过其孔隙时，土颗粒会阻碍水流从孔隙中通过，根据力的相互作用原理，水流将产生一个作用于土颗粒的作用力(渗水压力)，该力的方向与土颗粒表面相互垂直。除渗水压力外，土颗粒还受到切向渗透摩擦力。土颗粒在受到渗水压力和摩擦力的共同作用下，即为每颗土颗粒所受到的渗透合力。当渗透合力大于土颗粒的重力时，土颗粒会随着水流一起滚动。当土体的重力小于水流带来的渗透合力时，土体就会在水流的作用下发生整体失稳。渗流作用的破坏形式主要有两种，1)流砂：深基坑开挖过程中，在土的松散颗粒被地下水饱和后，由于渗透坡降达到某一数值，可能会引起流砂破坏。流砂一般是指向上的渗透力大于上覆土自重，使之上抬而破坏；或者在直立坑壁的情况下，水平向的渗透力只需要克服土颗粒之间的摩擦阻力，使坑后土体涌出，容易造成工程事故；2)管涌：表现为地基土在具有一定渗流速度的水流作用下，其细小颗粒被冲走，土中的空隙逐渐增大，细颗粒在较大颗粒的孔隙中随水流流出，常发生于级配不良的无粘性土中。管涌的持续发展将会在土体内部形成空洞，极大威胁基坑工程的安全。基渗透力的存在影响基坑土体应力场分布，基坑工程的边界条件决定了渗透力作用将对基坑工程的整体稳定性产生不利的影响。基坑工程中，尤其在地下水丰富地区，为防止出现地下水的渗透破坏情况，保证施工安全，防渗结构起到主要作用，不同的防渗形式适应于不同的地层情况。在渗流场的作用下，坑内土体有效应力下降会直接降低围护结构对主体的支撑作用，导致围护结构受力变形。而一旦坑内土体发生渗透破坏，就完全失去了支撑作用，严重威胁基坑工程及周边环境的安全。因此，对于研究基坑内土体的渗透侵蚀破坏具有重要价值意义。
[0004]目前对于基坑内土体的渗透侵蚀破坏的研究，大多还是采用自制基坑渗流模型箱及配套试验装置模拟,观测土体破坏及水头变化情况，研究承压水头变化与土体渗透破坏关系，揭示基坑土体渗透破坏机理，试验通过改变防渗墙的入土埋深等因素，观察土体发生渗透破坏的临界水头差，结合PLAXIS有限元数值模拟软件，对基坑的渗流场进行分析，对于数值模拟的结果的准确性主要取决于建立的本构模型的正确性，是否逼近真实情况，对于
所取用的力学参数和采用的分析方法，是否正确，因此，对于基坑土体渗透侵蚀破坏破坏机理还是停留于定性阶段，无法进一步定量分析，还需进一步研究和完善。
[0005]公告号为CN 111337650 A的技术专利公开了一种研究地下工程土体渗流破坏机制的多功能试验装置，包括主箱体、加载系统、管道模拟系统、调节系统、基坑支护机构、测量系统和测试系统；主箱体用于承载土体，所述加载系统用于向土体施加载荷，所述管道模拟系统用于模拟顶管管道，所述调节系统用于向土体中供水并控制水压，所述基坑支护机构用于模拟基坑支护，所述测量系统用于检测加载系统内的压力及观测土体的移动和变化情况，所述测量系统用于测量流出砂的粒径和数量。该试验主箱体可以提供满足管涌、突涌、管道局部侵蚀导致漏砂的三种渗流模式，该试验装置可以使主箱体满足模拟多种地下水模式的功效，可以实现底部和侧面的不同承压水方向下的渗流模拟，承压水头调节系统可以实现模拟稳定的不同大小的地下水流压力。该室内模型试验装置用来模拟地下水作用下土体受力变形及孔隙水压力的变化情况等，进而能更好地解决地下水渗流造成的基坑破坏。虽然上述多功能试验装置可以一定程度上解决地下水渗流造成的基坑破坏，但是上述结构仍然存在以下技术缺陷：
[0006](1)上述专利技术专利无法实时获取土体渗流侵蚀破坏过程。
[0007](2)上述专利技术专利的加载系统为刚性加载，不能够使力更加均匀加载到土试样，从而不能够获得较好的准确性。
[0008](3)上述专利技术专利不能定量化表征渗流侵蚀过程中内部土颗粒和孔隙结构的变化特征。

技术实现思路

[0009]本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基坑土体渗流侵蚀破坏测试的可视化试验系统。
[0010]为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：
[0011]一种基坑土体渗流侵蚀破坏测试的可视化试验系统，包括：
[0012]CT扫描系统；
[0013]承载系统，设置于所述CT扫描系统的顶部；
[0014]三轴加压系统，设置于所述承载系统的内部；
[0015]控制系统，设置于所述三轴加压系统的顶部；
[0016]收集系统，设置于所述三轴加压系统的外侧。
[0017]优选的，所述CT扫描系统包含CT机架、转台、转台底座、X射线发射机、面阵探测器和两个机架托盘，所述CT机架包含底座和两个支撑杆，两个支撑杆分别对称垂直设置于底座的上表面，转台底座设置于底座的顶部，转台转动设置于转台底座的顶部，两个机架托盘分别设置于两个支撑杆的内侧面上，X射线发射机和面阵探测器分别对应设置于两个机架托盘的顶部。
[0018]优选的，所述承载系统包含上梁平台、升降台、下平台、定位孔和两个反力柱，所述下平台设置于转台的顶部，升降台设置于下平台的上方，上梁平台设置于升降台的上方，两个反力柱分别垂直对称设置于下平台和上梁平台之间，每个反力柱的顶部均与上梁平台的底部连接，且每个反力柱的底部贯穿升降台并与下平台的顶部连接，定位孔开设于上梁平
台顶部的中部。
[0019]优选的，所述三轴加压系统包含传感器、上垫块、下垫块、筒子、盖子、千斤顶、压力表、百分表、增压器和气囊，所述传感器设置于上梁平台的底部，传感器与定位孔螺纹连接，千斤顶的底部与下平台的顶部连接，顶部与升降台的底部连接，下垫块放置于升降台的顶部，筒子设置于下垫块的顶部，盖子设置于筒子顶部的开口处，上垫块放置于盖子的顶部，上垫块的顶部与传感器的底部相接触，压力表设置于下平台的顶部，气囊环形设置于筒子的内壁上，百分表设置于升降台的顶部，百分表与下平台连接，增压器设置于转台的顶部，增压器和压力表分别通过管线与气囊相连。
[0020]优选的，所述控制系统包含伺服水泵和控制器，伺服水泵和控制器均位于上梁平台的顶部，控制器分别通过管线与传感器和伺服水泵连接，伺服水泵通过管线与上垫块连接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基坑土体渗流侵蚀破坏测试的可视化试验系统，其特征在于，包括：CT扫描系统；承载系统，设置于所述CT扫描系统的顶部；三轴加压系统，设置于所述承载系统的内部；控制系统，设置于所述三轴加压系统的顶部；收集系统，设置于所述三轴加压系统的外侧。2.如权利要求1所述的基坑土体渗流侵蚀破坏测试的可视化试验系统，其特征在于，所述CT扫描系统包含CT机架(1)、转台(5)、转台底座(4)、X射线发射机(2)、面阵探测器(6)和两个机架托盘(3)，所述CT机架(1)包含底座和两个支撑杆，两个支撑杆分别对称垂直设置于底座的上表面，转台底座(4)设置于底座的顶部，转台(5)转动设置于转台底座(4)的顶部，两个机架托盘(3)分别设置于两个支撑杆的内侧面上，X射线发射机(2)和面阵探测器(6)分别对应设置于两个机架托盘(3)的顶部。3.如权利要求2所述的基坑土体渗流侵蚀破坏测试的可视化试验系统，其特征在于，所述承载系统包含上梁平台(9)、升降台(17)、下平台(20)、定位孔(27)和两个反力柱(21)，所述下平台(20)设置于转台(5)的顶部，升降台(17)设置于下平台(20)的上方，上梁平台(9)设置于升降台(17)的上方，两个反力柱(21)分别垂直对称设置于下平台(20)和上梁平台(9)之间，定位孔(27)开设于上梁平台(9)顶部的中部。4.如权利要求3所述的基坑土体渗流侵蚀破坏测试的可视化试验系统，其特征在于，所述三轴加压系统包含传感器(11)、上垫块(12)、下垫块(16)、筒子(14)、盖子(13)、千斤顶(23)、压力表(19)、百分表(22)、增压器(18)和气囊(15...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟英杰，王维俊，刘玉星，张发财，田雷朋，张磊，郑子豪，谢东昱，陈新武，赵海通，
申请(专利权)人：北京市政路桥股份有限公司，
类型：新型
国别省市：