本發(fā)明屬于一種城市地下空間開發(fā)以及地下建筑工程中的基坑工程領(lǐng)域，具體涉及一種基坑群開挖對(duì)鄰近建筑物變形影響的模型試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

隨著我國城市化的進(jìn)一步發(fā)展，地下空間的開發(fā)和利用越來越為人們所重視，基坑也逐漸向大、深發(fā)展，由此帶來的問題也越來越突出，尤其在上海、北京等一線城市，基坑更是密集，基坑群施工工況大量出現(xiàn)，基坑的開挖順序以及工序直接影響了周邊地層及鄰近建筑物的變形。然而現(xiàn)有研究主要集中在單個(gè)基坑的開挖對(duì)地層沉降的影響研究，較少涉及到基坑群情況。因此，如何預(yù)估基坑群開挖對(duì)周圍地層及鄰近建筑物影響并進(jìn)行超前控制是基坑施工中的一個(gè)核心問題。

國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者針對(duì)基坑開挖對(duì)周圍地層沉降及鄰近建筑物變形影響的研究方法主要是理論分析法、數(shù)值模擬法以及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)法。理論分析法是利用彈性理論，通過假定對(duì)研究模型進(jìn)行簡化，但在一定程度上不能準(zhǔn)確考慮基坑與土之間的復(fù)雜關(guān)系，并且計(jì)算量大；數(shù)值模擬方法一般需要借助大型商用軟件，數(shù)值模型的建立較為復(fù)雜且計(jì)算耗時(shí)。此外，由于土工測(cè)試儀器設(shè)備的限制很難獲得精確的土體物理力學(xué)參數(shù)，而土體參數(shù)的變化對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果影響很大，因此容易造成計(jì)算結(jié)果的偏差?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法是獲取基坑開挖時(shí)周圍地層沉降的手段之一，但是受儀器設(shè)備以及人為觀察因素等限制，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果具有一定偏差，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)需要投入一定量的人力物力，現(xiàn)場(chǎng)預(yù)埋測(cè)試元件非常容易在施工中受到破壞，從而延誤監(jiān)測(cè)乃至得到錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基坑群開挖對(duì)鄰近建筑物變形影響的室內(nèi)模型試驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)基坑群的不同開挖順序以及不同支撐情況的施工行為模擬，準(zhǔn)確測(cè)量基坑群周圍地層縱向沉降值以及鄰近建筑物變形量并進(jìn)行分析。

本發(fā)明為解決其技術(shù)問題而采用以下技術(shù)方案，一種基坑群開挖對(duì)鄰近建筑物變形影響的模型試驗(yàn)裝置，用于模擬兩基坑間位移、受力復(fù)雜耦合效應(yīng)，以及相鄰不同支撐條件下的基坑之間相互影響效應(yīng)，該裝置具有一個(gè)模型箱，模型箱左部放置一個(gè)多層框架建筑物模型，該多層框架建筑物模型具有一個(gè)底板、一層地下室結(jié)構(gòu)和三層地上結(jié)構(gòu)，模型箱中部和右部各放置一個(gè)地下連續(xù)墻模型，地下連續(xù)墻模型內(nèi)部固定有與地下連續(xù)墻模型底面平行的橫向支撐模型，地下連續(xù)墻模型底部固定有基坑底板模型，地下連續(xù)墻模型內(nèi)部裝有基坑群開挖施工模擬裝置，模型箱頂面固定連接有位移計(jì)支架，位移計(jì)支架上面裝有多個(gè)位移計(jì)和多個(gè)百分表支架，每個(gè)位移計(jì)通過位移計(jì)支架固定在土體的上表面或者土層內(nèi)部，用于基坑群周圍土體各特征點(diǎn)的縱向沉降變形測(cè)量；每個(gè)百分表通過百分表支架固定在多層框架建筑物模型表面，實(shí)現(xiàn)對(duì)多層框架建筑物模型關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的水平位移觀測(cè)；多層框架建筑物模型底板底部貼有多個(gè)應(yīng)變計(jì)，實(shí)現(xiàn)基坑開挖對(duì)鄰近多層框架建筑物底板的內(nèi)力、彎矩的影響效應(yīng)的測(cè)量。

所述地下連續(xù)墻模型由鋁合金材料圍成的長方體筒構(gòu)成，所述基坑群開挖施工模擬裝置包含多個(gè)填滿砂土的塑料囊，塑料囊沿地下連續(xù)墻模型縱向分層，在長方體筒內(nèi)部形成若干個(gè)封閉式長方體砂土囊，從而可以通過砂土囊的取卸，方便地實(shí)現(xiàn)土體開挖模擬。

所述位移計(jì)支架使每個(gè)位移計(jì)在水平方向被固定，在豎直方向上可調(diào)，從而可以使多組位移計(jì)深入到土層不同深度同時(shí)實(shí)現(xiàn)地表及地層內(nèi)部的沉降測(cè)量。

所述橫向支撐模型由三道橫向支撐或四道橫向支撐構(gòu)成，且均由鋁合金條材制成，所述基坑底板模型由鋁合金板制成。

所述模型箱為由鋁合金材料制成的長方體箱，其頂面設(shè)為開口，頂面四周均設(shè)有錨孔便于固定位移計(jì)支架。

所述模型箱內(nèi)放置分層的填土，用于對(duì)工程實(shí)際中的地質(zhì)情況還原模擬。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)：1、本試驗(yàn)測(cè)試裝置可以手工制作，在相關(guān)科研中廣泛性良好，試驗(yàn)測(cè)試方案具有較強(qiáng)擴(kuò)展性，可以進(jìn)一步應(yīng)用到基坑群開挖順序及支撐情況對(duì)鄰近樁基的變形影響研究中；2、本試驗(yàn)的基坑群開挖施工模擬裝置可以較好模擬基坑群開挖過程中引起的周圍地層及鄰近建筑物的變形情況，并可以較為準(zhǔn)確測(cè)出施工擾動(dòng)對(duì)周圍環(huán)境的影響；3、本試驗(yàn)中通過控制基坑群開挖施工模擬裝置中各層砂土囊的不同取出順序，可以實(shí)現(xiàn)不同施工順序的基坑群開挖模擬，在一次試驗(yàn)中獲得一系列不同施工工況下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；4、本試驗(yàn)將模擬箱內(nèi)的填土進(jìn)行分層，可對(duì)不同工程實(shí)例中的地質(zhì)情況還原模擬，具有很強(qiáng)的工程適用性。5、采用本套模擬測(cè)試裝置進(jìn)行基坑群施工環(huán)境土工效應(yīng)的試驗(yàn)研究，可為基坑群工程現(xiàn)場(chǎng)施工提供良好的咨詢與建議，對(duì)于制定基坑群施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及周圍地層和鄰近既有構(gòu)筑物的安全保護(hù)措施提供一定的理論參考。

附圖說明

圖1為本發(fā)明在實(shí)施例中的模型箱內(nèi)建筑物及基坑群布置示意圖；

圖2為本發(fā)明在實(shí)施例中的位移計(jì)支架示意圖；

圖3為本發(fā)明在實(shí)施例中的多層框架建筑物底板底部應(yīng)變計(jì)布置示意圖；

圖4為本發(fā)明在實(shí)施例中的模型箱內(nèi)左基坑橫向支撐俯視圖；

圖5為本發(fā)明在實(shí)施例中的模型箱內(nèi)右基坑橫向支撐俯視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，通過一個(gè)優(yōu)選實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明。

首先，制作一個(gè)模型箱、一個(gè)多層框架建筑物模型、兩個(gè)地下連續(xù)墻模型、兩組基坑開挖施工模擬裝置、兩種規(guī)格的橫向支撐模型共7個(gè)、兩塊鋁合金底板、一個(gè)位移計(jì)支架、多個(gè)位移計(jì)、一個(gè)百分表支架、多個(gè)百分表、多個(gè)應(yīng)變計(jì)。

如圖1所示，模型箱可為由鋁合金材料制成的長方體箱，為整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置的載體，分為左中右三個(gè)部分，其頂面設(shè)為開口，頂面四周均設(shè)有錨孔便于固定位移計(jì)支架。

模型箱1外形呈長方體，內(nèi)部空間尺寸為1194mm×600mm×400mm（長×寬×高），由5個(gè)厚度為15mm的鋁合金板拼接組成。地下連續(xù)墻模型可為由鋁合金材料圍成的兩個(gè)相同的長方體筒，分別放置于模型箱中部及右部，內(nèi)側(cè)面開有若干螺栓孔便于固定橫向支撐及底板模型。兩個(gè)地下連續(xù)墻模型外部體積均為200mm×180mm×200mm（長×寬×高），由4塊厚度為8mm的鋁合金板拼接組成基坑，被放置于模型箱的中部和右部。右基坑右端距離模型箱邊緣200mm，且兩基坑水平間距為100mm。左基坑內(nèi)放有三個(gè)塑料砂土囊5、6、7，其內(nèi)部凈高均為65mm，壁厚為1mm；右基坑內(nèi)放有四個(gè)塑料砂土囊8、9、10、11，其中塑料砂土囊8的內(nèi)部凈高為49mm，塑料砂土囊9、10、11的內(nèi)部凈高均為48mm。另外，左基坑內(nèi)有三道橫向支撐12、13、14，其中支撐12上表面與地下連續(xù)墻上表面相齊，支撐12與支撐13之間凈高為60mm，支撐13與支撐14之間凈高為64mm。右基坑內(nèi)有四道橫向支撐16、17、18、19，其中支撐16上表面與地下連續(xù)墻上表面相齊，支撐16與支撐17之間凈高為44mm，支撐17與支撐18之間凈高為47mm，支撐18與支撐19之間凈高為47mm（凈高即為上部支撐的下表面與下部支撐的上表面之間的距離）。另外，左右基坑底板均為184mm×164mm×3mm（長×寬×厚）的鋁合金板。多層框架建筑物模型被放置于模型箱左部，由底板44和建筑結(jié)構(gòu)45組成，其中建筑結(jié)構(gòu)包括地下一層地下室結(jié)構(gòu)和地上三層結(jié)構(gòu)，其右邊緣與左基坑左端水平間距為120mm。該建筑物模型的框架結(jié)構(gòu)均由9mm的鋁合金板拼接組成，其中建筑結(jié)構(gòu)45的投影尺寸為200mm×180mm（長×寬），地上結(jié)構(gòu)凈高均為60mm，地下室凈高為46mm，底板44的尺寸為240mm×180mm（長×寬）。百分表支架46被固定在位移計(jì)支架4上，百分表41、42、43分別通過百分表支架46固定在建筑結(jié)構(gòu)45中地上結(jié)構(gòu)每一層橫梁的左端。

如圖2所示，位移計(jì)支架4固定在模型箱1頂面，長度為1224mm，寬度為630mm，其中位移計(jì)支架4上開有20個(gè)外徑為20mm的預(yù)留小孔，便于lvdt位移計(jì)的固定。其中，小孔21-24中心位置位于位移計(jì)支架4豎直對(duì)稱軸上，小孔21中心位置位于建筑結(jié)構(gòu)45與左基坑之間中心處，小孔22中心位置位于左基坑與右基坑之間中心處，小孔23，24中心位置位于右基坑右側(cè)，小孔23中心位置與右基坑右端距離60mm，小孔24孔中心位置與小孔23孔中心位置距離為60mm；小孔25孔中心位置與小孔21孔中心位置距離為75mm，小孔26孔中心位置與小孔21孔中心位置距離為75mm，小孔27孔中心位置與小孔22孔中心位置距離為75mm，小孔28孔中心位置與小孔22孔中心位置距離為75mm；小孔29、34、38中心位置分別位于距建筑結(jié)構(gòu)、左基坑、右基坑的上邊界中點(diǎn)60mm位置處，小孔30、33、37中心位置分別與小孔29、34、38中心位置距離為60mm；小孔31、35、39中心位置分別位于距建筑結(jié)構(gòu)、左基坑、右基坑的下邊界中點(diǎn)60mm位置處，小孔32、36、40中心位置分別與小孔31、35、39中心位置距離為60mm。（注：位移計(jì)個(gè)數(shù)可根據(jù)研究項(xiàng)目和精度進(jìn)行調(diào)整）將小孔21-30、33-34、37-38共14個(gè)孔處的lvdt位移計(jì)末端分別用膠布粘結(jié)于粉質(zhì)粘土土體表面，小孔31、35、39處的lvdt位移計(jì)末端深入土層100mm（即粉質(zhì)粘土土體表面），小孔32、36、40處的lvdt位移計(jì)末端深入土層200mm（即淤泥質(zhì)粘土土體表面）。在本實(shí)施例中，位移計(jì)用于基坑群周圍土體各特征點(diǎn)的縱向沉降變形測(cè)量，其具體量測(cè)數(shù)值可由外接位移數(shù)據(jù)采集儀獲得。

如圖3所示，應(yīng)變計(jì)均勻布置在多層框架建筑物底板44底部，其中應(yīng)變計(jì)47-51系列、應(yīng)變計(jì)52-56系列、應(yīng)變計(jì)57-61系列、應(yīng)變計(jì)62-66系列以及應(yīng)變計(jì)67-71系列中心間的豎直距離相等，均為40mm，應(yīng)變計(jì)47-51系列中心距離底板44上邊緣為10mm，應(yīng)變計(jì)67-71系列中心距離底板44下邊緣為10mm；在每一系列中，應(yīng)變計(jì)中心之間的水平距離相等，均為40mm，應(yīng)變計(jì)47、52、57、62、67中心距離底板44左邊緣為40mm，應(yīng)變計(jì)51、56、61、66、71中心距離底板44右邊緣為40mm。其具體量測(cè)數(shù)值可由外接應(yīng)變數(shù)據(jù)采集儀獲得。

如圖4所示，左基坑支撐外圍尺寸為184mm×164mm（長×寬），將截面為3mm×3mm的鋁合金條橫向三根縱向三根均勻地放置并固定好，制成井字橫向支撐。

如圖5所示，右基坑支撐外圍尺寸為184mm×164mm（長×寬），將截面為3mm×3mm的鋁合金條橫向兩根縱向兩根均勻地放置并固定好，制成井字橫向支撐。

開始向模型箱內(nèi)填入淤泥質(zhì)粘土，當(dāng)土層厚度填至100mm，即填完基坑下臥層土?xí)r，按既定位置放入左右基坑的地下連續(xù)墻模型，并用水準(zhǔn)尺控制使地下連續(xù)墻底面與土層保持水平。將兩組基坑群開挖施工模擬裝置分別放入左右基坑，使其底面相平。

將填滿砂土的七個(gè)塑料砂土囊放入地下連續(xù)墻模型。繼續(xù)填入粉質(zhì)粘土，至土體厚度達(dá)到200mm時(shí)，開始填入砂土，填土過程中隨時(shí)測(cè)量校準(zhǔn)兩地下連續(xù)墻模型與模型箱中軸線之間的位置關(guān)系，當(dāng)填土深度達(dá)到236mm時(shí)，按既定位置放入多層框架建筑物模型。直至土體厚度達(dá)到300mm，即填土完成。此時(shí)地下連續(xù)墻模型入土深度為200mm。

下面列出利用本發(fā)明的模型箱進(jìn)行模擬的幾種情況。

模擬一：首先取出左基坑中的第一層砂土囊，即完成左基坑第一階段地基開挖模擬，記錄外接位移數(shù)據(jù)采集儀讀數(shù)、百分表讀數(shù)以及外接應(yīng)變數(shù)據(jù)采集儀讀數(shù)，同時(shí)安裝橫向支撐12；接著取出左基坑第二層砂土囊，即完成左基坑第二階段地基開挖模擬，記錄各測(cè)量儀器讀數(shù)，同時(shí)安裝橫向支撐13；進(jìn)而取出左基坑第三層砂土囊，即完成左基坑第三階段地基開挖模擬，記錄各測(cè)量儀器讀數(shù)，同時(shí)安裝橫向支撐14及底板15。左側(cè)基坑開挖模擬完成之后以相同的步驟對(duì)右基坑進(jìn)行四階段開挖模擬，記錄數(shù)據(jù)，最后得出先將左側(cè)深基坑開挖支護(hù)完成后再對(duì)右側(cè)基坑開挖支護(hù)的情況下，周圍地層的沉降情況以及鄰近建筑物的變形受力情況。

模擬二：首先取出右基坑第一層砂土囊，即完成右基坑第一階段地基開挖模擬，記錄外接位移數(shù)據(jù)采集儀讀數(shù)、百分表讀數(shù)以及外接應(yīng)變數(shù)據(jù)采集儀讀數(shù)，同時(shí)安裝橫向支撐16；接著取出右基坑第二層砂土囊，即完成右基坑第二階段地基開挖模擬，記錄各測(cè)量儀器讀數(shù)，同時(shí)安裝橫向支撐17；進(jìn)而取出右基坑第三層砂土囊，即完成右基坑第三階段地基開挖模擬，記錄各測(cè)量儀器讀數(shù)，同時(shí)安裝橫向支撐18；最后取出右基坑第四層砂土囊，即完成右基坑第四階段地基開挖模擬，記錄各測(cè)量儀器讀數(shù)，同時(shí)安裝橫向支撐19及底板20。右側(cè)基坑開挖模擬完成之后以相同的步驟對(duì)左基坑進(jìn)行三階段開挖模擬，記錄數(shù)據(jù)，最后得出先將右側(cè)深基坑開挖支護(hù)完成后再對(duì)左側(cè)基坑開挖支護(hù)的情況下，周圍地層的沉降情況以及鄰近建筑物的變形受力情況。

模擬三：首先取出左基坑第一層砂土囊，即完成左基坑第一階段地基開挖模擬，記錄外接位移數(shù)據(jù)采集儀讀數(shù)、百分表讀數(shù)以及外接應(yīng)變數(shù)據(jù)采集儀讀數(shù)，同時(shí)安裝橫向支撐12；接著對(duì)右基坑進(jìn)行第一階段開挖，記錄各測(cè)量儀器讀數(shù)，同時(shí)安裝橫向支撐16；再對(duì)左基坑進(jìn)行第二階段開挖模擬，記錄數(shù)據(jù)，安裝第二層橫向支撐13；以此類推，便可以得到兩基坑分階段相繼開挖支護(hù)（右滯后）對(duì)周圍地層沉降以及鄰近建筑物的變形受力的影響情況。

模擬四：首先取出右基坑第一層砂土囊，即完成右基坑第一階段地基開挖模擬，記錄外接位移數(shù)據(jù)采集儀讀數(shù)、百分表讀數(shù)以及外接應(yīng)變數(shù)據(jù)采集儀讀數(shù)，同時(shí)安裝橫向支撐16；接著對(duì)左基坑進(jìn)行第一階段開挖，記錄各測(cè)量儀器讀數(shù)，同時(shí)安裝橫向支撐12；再對(duì)右基坑進(jìn)行第二階段開挖模擬，記錄數(shù)據(jù)，安裝第二層橫向支撐17；以此類推，便可以得到兩基坑分階段相繼開挖支護(hù)（左滯后）對(duì)周圍地層沉降以及鄰近建筑物的變形受力的影響情況。

模擬五：同時(shí)對(duì)左右基坑分階段進(jìn)行開挖支護(hù)模擬，記錄外接位移數(shù)據(jù)采集儀讀數(shù)、百分表讀數(shù)以及外接應(yīng)變數(shù)據(jù)采集儀讀數(shù)，并安放橫向支撐，即可得到左右基坑同時(shí)開挖對(duì)周圍地層沉降以及鄰近建筑物的變形受力的影響情況。

通過控制左右基坑開挖以及支撐模擬并同時(shí)進(jìn)行外接位移數(shù)據(jù)采集儀、百分表以及外接應(yīng)變數(shù)據(jù)采集儀數(shù)據(jù)的整理，我們可以很直觀地對(duì)比觀測(cè)基坑群開挖順序及支撐情況對(duì)周圍地層以及鄰近建筑物的變形受力的影響。

以上對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不以此為限，還可以在不超出本發(fā)明的要點(diǎn)的范圍內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)變更。

本發(fā)明上述實(shí)施例通過基坑群開挖對(duì)鄰近建筑物變形影響的室內(nèi)模型試驗(yàn)裝置，可以獲得基坑群在不同開挖順序以及不同支撐情況下，開挖施工對(duì)周圍地層及鄰近建筑物的影響效應(yīng)，從而達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量基坑群開挖施工引起的周圍地層縱向位移值以及鄰近建筑物受力和變形情況的技術(shù)效果。