一种用于研究黏性土深基坑变形的模型试验装置和方法

本发明涉及基坑工程，尤其涉及一种用于研究黏性土深基坑变形的模型试验装置和方法。

背景技术：

1、近年来，国内外基坑工程发展迅速，许多市政项目往往涉及深基坑工程，然而在深基坑开挖过程中经常面临基坑稳定性的问题，深基坑工程能否科学、合理、安全的实施对总体项目的质量、安全及工期控制有着巨大影响。模型试验作为一种常用的研究方式被广泛运用于基坑工程的理论研究中，根据相似原理对特定的工程地质问题进行缩尺研究，能避开数学和力学上的困难，在较短的时间内直观地反映基坑开挖引起的土体扰动变形和基坑的稳定性。然而现有的基坑工程室内模型试验基本上以砂性土为主，而地下深基坑施工经常会遇到深厚软土，与其他常见土体相比，软黏土天然含水量高、孔隙比大、高压缩性、渗透性低、抗剪强度低、具有触变性及流变性等特点，对施工工期紧、周围环境十分复杂、变形控制极其严格的各类地下构筑物深基坑工程的设计与施工提出了严峻挑战。因此，现亟需一种便于对深厚软土区深基坑的变形与失稳破坏机理进行更深一步的研究，能够在室内使用的大型模型试验装置和方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，旨在提供一种便于对深厚软土区深基坑的变形与失稳破坏机理进行更深一步的研究，能够在室内使用的大型模型试验装置和方法。

2、为达到上述目的，本发明是通过下述技术方案予以实现的：

3、一种用于研究黏性土深基坑变形的模型试验装置，包括有机玻璃板、主体模型箱和支架，所述主体模型箱为矩形箱体，主体模型箱模拟土体开挖一侧设置有分段的竖直挡板，主体模型箱的顶部设置有可拆卸的顶板，主体模型箱的顶板底端埋设有向下延伸的支护结构，支护结构与各挡板之间设置有水平的支撑结构，所述有机玻璃板固定设置在主体模型箱的侧面，有机玻璃板为贴有piv标记点的透明有机玻璃板，所述支架固定设置在主体模型箱的底部两侧。

4、进一步的，所述主体模型箱的顶部两侧均设置有吊环。

5、还包括，一种用于研究黏性土深基坑变形的模型试验方法，基于一种用于研究黏性土深基坑变形的模型试验装置，步骤如下：

6、(1)用主体模型箱预先完成模型土的制备及固结工作，在模型土中埋入支护结构，准备两块有机玻璃板，在各有机玻璃板上贴好piv标记点，固定安装在主体模型箱的侧面；

7、(2)利用吊环起吊主体模型箱，并将各支架固定安装在主体模型箱的底部，保证主体模型箱安全直立；

8、(3)在模拟土体开挖过程时，先由上到下拆掉对应深度的挡板，再开挖挡板与支护结构之间的土体，该层土体开挖完成后及时安装支撑结构，待土体变形稳定后以此类推拆掉下一层挡板并开挖土体，从而在试验过程中基于piv土体位移测试技术观察土体位移。

9、进一步的，步骤(3)中，开挖土体前可拆掉顶板安装仪器监测地表位移。

10、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

11、本发明结构简单，相比离心机试验，试验操作更为简单且经济成本大幅度降低。本发明在相似比原理的基础上，充分考虑支护结构、土体的相似关系，能较好地模拟深厚软土地区不同宽度、不同开挖深度、不同围护结构刚度和长度情况下深基坑开挖及失稳过程，从而探究基坑变形特征及破坏模式。其中有机玻璃板为透明玻璃，可以借用piv土体位移测试技术，更加直观、便捷地观测基坑开挖全过程中土体发生的位移及试验结果。

技术特征：

1.一种用于研究黏性土深基坑变形的模型试验装置，其特征在于：包括有机玻璃板(1)、主体模型箱(2)和支架(7)，所述主体模型箱(2)为矩形箱体，主体模型箱(2)模拟土体开挖一侧设置有分段的竖直挡板(4)，主体模型箱(2)的顶部设置有可拆卸的顶板(8)，主体模型箱(2)的顶板(8)底端埋设有向下延伸的支护结构(5)，支护结构(5)与各挡板(4)之间设置有水平的支撑结构(6)，所述有机玻璃板(1)固定设置在主体模型箱(2)的侧面，有机玻璃板(1)为贴有piv标记点(9)的透明有机玻璃板(1)，所述支架(7)固定设置在主体模型箱(2)的底部两侧。

2.根据权利要求1所述的一种用于研究黏性土深基坑变形的模型试验装置，其特征在于：所述主体模型箱(2)的顶部两侧均设置有吊环(3)。

3.一种用于研究黏性土深基坑变形的模型试验方法，基于权利要求1-2任一项所述的一种用于研究黏性土深基坑变形的模型试验装置，其特征在于：步骤如下：

4.根据权利要求1所述的一种用于研究黏性土深基坑变形的模型试验方法，其特征在于：步骤(3)中，开挖土体前可拆掉顶板(8)安装仪器监测地表位移。

技术总结本发明公开了一种用于研究黏性土深基坑变形的模型试验装置和方法，包括有机玻璃板、主体模型箱和支架，所述主体模型箱为矩形箱体，主体模型箱模拟土体开挖一侧设置有分段的竖直挡板，主体模型箱的顶部设置有可拆卸的顶板，主体模型箱的顶板底端埋设有向下延伸的支护结构，支护结构与各挡板之间设置有水平的支撑结构，所述有机玻璃板固定设置在主体模型箱的侧面，有机玻璃板为贴有PIV标记点的透明有机玻璃板，所述支架固定设置在主体模型箱的底部两侧。本发明旨在提供一种便于对深厚软土区深基坑的变形与失稳破坏机理进行更深一步的研究，能够在室内使用的大型模型试验装置和方法。技术研发人员：宋许根,程雪松,甄洁,雷华阳,李晨恺,衣凡受保护的技术使用者：天津大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11