一種模擬基坑開挖過程中內(nèi)支撐安裝的試驗(yàn)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種巖土工程中的土工試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛢?nèi)支撐安裝和調(diào)節(jié)的實(shí)驗(yàn)方法，特別是涉及基坑寬度變化的基坑開挖模型，可模擬不同開挖寬度的基坑開挖過程中內(nèi)支撐的安裝和調(diào)節(jié)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，深基坑工程問題已成為巖土工程的一個(gè)重要領(lǐng)域。在深基坑開挖過程中，作用在擋土墻上的主動(dòng)或者被動(dòng)土壓力、坑外地面沉降、坑底土體隆起以及擋土墻位移等問題都與工程安全性及其環(huán)境影響息息相關(guān)，是基坑工程問題的重要研究?jī)?nèi)容。采用室內(nèi)土工模型試驗(yàn)?zāi)M基坑開挖工況，在巖土工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。其中，如何通過室內(nèi)土工模型試驗(yàn)客觀準(zhǔn)確地模擬基坑開挖過程是迫切需要解決的問題。
[0003]目前在基坑開挖模型試驗(yàn)中，為避免內(nèi)支撐安裝不當(dāng)對(duì)基坑土體和擋土墻的擾動(dòng)，通常采用預(yù)埋內(nèi)支撐的方法，即直接埋置安裝好內(nèi)支撐的擋土墻。該方法在模擬基坑開挖過程中所有內(nèi)支撐都將受力，而與實(shí)際工程中上部開挖土體的下方未安裝內(nèi)支撐不受力的情況并不相符合，不能模擬開挖過程中的加撐工序，無法反映實(shí)際開挖基坑的受力和變形情況。傳統(tǒng)基坑開挖模型試驗(yàn)中，模擬加撐工況是通過將內(nèi)支撐架設(shè)在擋土墻上或者直接抵住擋土墻的方法實(shí)現(xiàn)。此類方法中內(nèi)支撐與擋土墻不是固定連接，與實(shí)際基坑工程中內(nèi)支撐與擋土墻固定連接的情況不相符。因此，更為準(zhǔn)確地模擬基坑開挖過程中的加撐工況是基坑開挖模型試驗(yàn)中需要解決的問題。
[0004]實(shí)際工程中各類基坑尺寸變化較大，為能夠盡可能全面地通過土工模型試驗(yàn)?zāi)M不同尺寸的基坑開挖，盡量減少對(duì)試驗(yàn)裝置的改裝，節(jié)約試驗(yàn)成本和模型制作時(shí)間，因此需要可調(diào)節(jié)支撐來實(shí)現(xiàn)不同寬度基坑開挖過程的模擬。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種模擬基坑開挖過程中內(nèi)支撐安裝的試驗(yàn)裝置及方法。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種模擬基坑開挖過程中內(nèi)支撐安裝的試驗(yàn)裝置，該裝置包括若干道安裝于擋土墻上的內(nèi)支撐，每道內(nèi)支撐由若干位于同一水平高度的內(nèi)支撐單元組成;所述內(nèi)支撐單元包括伸縮桿、實(shí)心鋁桿和螺栓;所述伸縮桿為空心鋁管，壁厚由支撐剛度計(jì)算得到，伸縮桿上開有若干螺紋孔;所述實(shí)心鋁桿的直徑由支撐剛度計(jì)算得到，其上開有若干凹槽，一端具有內(nèi)螺紋口；所述螺栓穿過伸縮桿上的螺紋孔抵住實(shí)心鋁桿的凹槽，使得伸縮桿和實(shí)心鋁桿緊密連接，在試驗(yàn)過程中不發(fā)生滑動(dòng);所述擋土墻上開有若干螺紋孔，實(shí)心鋁桿上的內(nèi)螺紋口與穿過擋土墻螺紋孔的內(nèi)支撐固定螺栓螺紋連接，從而使得內(nèi)支撐單元固定在擋土墻上。
[0007]進(jìn)一步地，所述實(shí)心鋁桿上的凹槽的數(shù)量和間距根據(jù)模型試驗(yàn)內(nèi)支撐長(zhǎng)度的要求進(jìn)行設(shè)置。
[0008]進(jìn)一步地，所述螺栓和伸縮桿上與之對(duì)應(yīng)的螺紋孔的數(shù)量和間距根據(jù)內(nèi)支撐受力大小進(jìn)行調(diào)整。
[0009]進(jìn)一步地，所述內(nèi)支撐的道數(shù)和每道內(nèi)支撐的支撐單元數(shù)量和間距根據(jù)基坑模型試驗(yàn)的實(shí)際情況設(shè)置。
[0010]—種模擬基坑開挖過程中內(nèi)支撐安裝的試驗(yàn)方法，該方法具體如下:
[0011]在擋土墻上安裝內(nèi)支撐固定螺栓和土壓力盒后，將擋土墻放置在土工試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖渲?；向模型箱中裝填試驗(yàn)土樣，在試驗(yàn)土樣表面安裝位移傳感器;第一層開挖土體為地表面至第一道內(nèi)支撐底部，第二層開挖土體為第一道內(nèi)支撐底部至第二道內(nèi)支撐底部，以此類推，定義各個(gè)開挖土層。
[0012]豎向逐層開挖擋土墻一側(cè)的坑內(nèi)土體，在整個(gè)基坑開挖過程中進(jìn)行土壓力、坑外土體沉降、坑底土體隆起和擋土墻位移數(shù)據(jù)的持續(xù)采集。完成第一層土體開挖后，將實(shí)心鋁桿的內(nèi)螺紋口與擋土墻上的內(nèi)支撐固定螺栓螺紋連接，調(diào)節(jié)伸縮桿使之頂緊反力架，擰緊螺栓保證伸縮桿和實(shí)心鋁桿緊密連接，完成第一道內(nèi)支撐安裝。分層開挖第二層土體，采用如前所述方法安裝第二道內(nèi)支撐，如此往復(fù)直至基坑開挖完成。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0014]1、本發(fā)明可以準(zhǔn)確模擬基坑開挖過程中的加撐工序，內(nèi)支撐安裝過程中不會(huì)對(duì)基坑未開挖的土體有擾動(dòng)影響；內(nèi)支撐與擋土墻之間通過螺紋固定連接，較之傳統(tǒng)的基坑模型試驗(yàn)將內(nèi)支撐架設(shè)在擋土墻上或者直接抵住擋土墻實(shí)現(xiàn)加撐的方法，更能客觀地反映實(shí)際基坑工程開挖時(shí)的加撐情況;通過控制實(shí)心鋁桿直徑和空心鋁桿壁厚來實(shí)現(xiàn)基坑內(nèi)支撐剛度的模擬，更加客觀地反映了內(nèi)支撐對(duì)基坑開挖的工程影響。
[0015]2、本發(fā)明采用可伸縮支撐元件，可以模擬不同寬度的基坑開挖試驗(yàn)，相比與傳統(tǒng)的基坑開挖模型試驗(yàn)采用固定長(zhǎng)度的支撐或者可伸縮支撐僅用于實(shí)現(xiàn)支撐安裝的實(shí)驗(yàn)思路，可采用同一套試驗(yàn)裝置開展多組不同寬度的基坑開挖試驗(yàn)，減少了對(duì)試驗(yàn)裝置的改裝，節(jié)約了試驗(yàn)成本和模型制作時(shí)間，工作原理簡(jiǎn)單，操作方便，具有很大的實(shí)用性。
[0016]3、本發(fā)明可根據(jù)土工模型試驗(yàn)的需求，調(diào)整內(nèi)支撐元件的數(shù)量，以及擋土墻上的內(nèi)支撐固定螺栓的位置和數(shù)量，模擬不同基坑的開挖情況。
【附圖說明】
[0017]圖1為內(nèi)支撐元件和擋土墻的側(cè)立面圖。
[0018]圖2(a)為伸縮桿剖面圖。
[0019]圖2(b)為實(shí)心鋁桿剖面圖。
[0020]圖3為擋土墻示意圖。
[0021 ]圖4為本發(fā)明在基坑開挖模型試驗(yàn)中的應(yīng)用示意圖。
[0022]圖中:伸縮桿I;螺紋孔1-1;實(shí)心鋁桿2;凹槽2-1;內(nèi)螺紋口2-2;螺栓3;內(nèi)支撐固定螺栓4;擋土墻5;擋土墻支架6;固定螺栓7; 土工試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖?;模型箱底座9;反力架10;試驗(yàn)土樣 11 ο
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0024]如圖1?圖4所示，本發(fā)明提供的一種模擬基坑開挖過程中內(nèi)支撐安裝的試驗(yàn)裝置，該裝置包括若干道安裝于擋土墻5上的內(nèi)支撐，每道內(nèi)支撐由若干位于同一水平高度的內(nèi)支撐單元組成，內(nèi)支撐的道數(shù)和每道內(nèi)支撐的支撐單元