模擬波浪荷載作用下臨?；觿?dòng)態(tài)響應(yīng)模型試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種海洋基坑工程中土壓力、孔隙水壓力測(cè)量的試驗(yàn)裝置，特別是涉及波浪要素變化的臨?；又鞅粍?dòng)側(cè)土壓力以及孔隙水壓力響應(yīng)的模型試驗(yàn)裝置，可用于量測(cè)不同基坑開(kāi)挖寬度、不同基坑開(kāi)挖深度、不同擋墻入土深度以及不同擋墻、防波堤間距下臨海基坑主被動(dòng)側(cè)土壓力值和孔隙水壓力值。
技術(shù)背景
[0002]隨著沿海城市發(fā)展，越來(lái)越多的高層建筑、地下空間開(kāi)發(fā)項(xiàng)目、跨海隊(duì)道、跨海大橋等重大工程投入建設(shè)，隨之而來(lái)的是大量沿海深大基坑的開(kāi)發(fā)與建設(shè)。研究發(fā)現(xiàn)波浪作用下海床內(nèi)的孔隙水壓力對(duì)工程受力和變形的影響，海洋建(構(gòu))筑物的失穩(wěn)和破壞與海床內(nèi)的孔隙水壓力有著非常重要的關(guān)聯(lián)。在波浪循環(huán)荷載的作用下，臨海深基坑周圍土體內(nèi)產(chǎn)生不斷累積并震蕩的孔隙水壓力，孔隙水壓力的波動(dòng)幅值和累積量對(duì)臨海深基坑的變形及穩(wěn)定性有著非常重要的影響。但是我國(guó)現(xiàn)有的臨海工程設(shè)計(jì)中，僅考慮了波浪直接傳遞給海床及建(構(gòu))筑物的荷載，而未考慮波浪作用下海床內(nèi)的孔隙水壓力對(duì)工程受力和變形的影響。這使得臨?；釉O(shè)計(jì)與實(shí)際情況相比可能趨于保守而使得項(xiàng)目建設(shè)費(fèi)用高昂，也可能因?yàn)楹雎粤丝讐豪鄯e的作用而使得工程存在安全隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服已有臨?；釉O(shè)計(jì)上的不足，本發(fā)明提供了可以模擬波浪荷載作用下臨?；觿?dòng)態(tài)響應(yīng)模型試驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)了在不同波浪要素作用下，通過(guò)控制不同基坑開(kāi)挖寬度、不同基坑開(kāi)挖深度、不同擋墻入土深度以及不同擋土墻、防波堤間距，研究臨?；又鞅粍?dòng)側(cè)水土壓力響應(yīng)及規(guī)律。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種模擬波浪荷載作用下臨?；觿?dòng)態(tài)響應(yīng)模型試驗(yàn)裝置，該裝置置于波浪槽中進(jìn)行試驗(yàn)，該裝置包括模型箱、支撐鋼架、引流斜坡和量測(cè)系統(tǒng)四個(gè)部分;所述量測(cè)系統(tǒng)包括微型土壓力盒、孔壓傳感器和浪高儀;所述模型箱由模型箱框架、模型箱底板、模型箱左側(cè)板、模型箱右側(cè)板、鋼化玻璃、吊環(huán)、擋土墻、防波堤和傳感器固定支架組成;所述模型箱框架由鐵條焊接而成;所述模型箱底板、模型箱左側(cè)板和模型箱右側(cè)板均由鐵板制成并焊接到模型箱框架上;所述模型箱右側(cè)板與模型箱頂部之間具有矩形開(kāi)口；所述鋼化玻璃通過(guò)結(jié)構(gòu)膠粘貼在模型箱框架上;所述吊環(huán)安裝在模型箱框架四個(gè)角上，用于吊裝模型箱;所述擋土墻包括鋁合金板，鋁合金板的兩側(cè)中下部分別鉚接尼龍板A、尼龍板B，鋁合金板的上部固定橫截面為L(zhǎng)形的角鋼，擋土墻通過(guò)角鋼擱置于模型箱框架頂部，擋土墻和模型箱左側(cè)板通過(guò)剛性支撐連接;所述尼龍板A和尼龍板B上均鉆有圓形孔洞，圓形孔洞內(nèi)安置微型土壓力盒;所述防波堤橫截面為一直角梯形，由有機(jī)玻璃板材通過(guò)玻璃膠形成整體，擱置在海床上，海床由土樣在模型箱內(nèi)按設(shè)計(jì)要求填筑而成;所述防波提前方水域懸掛浪高儀;所述傳感器固定支架由圓柱形細(xì)長(zhǎng)鐵桿點(diǎn)焊于正方形薄鐵板中央，放置于模型箱箱底板上的不同位置，所述傳感器固定支架上車有凹槽，凹槽上安置孔壓傳感器;所述支撐鋼架由方鋼焊接而成，放置在模型箱底部，用于支撐模型箱;所述支撐鋼架上鉆有螺紋孔，螺紋孔處安裝吊環(huán);所述引流斜坡由斜坡框架、斜坡面板、兩塊有機(jī)玻璃板以及減震棒組成;所述斜坡框架由鐵塊、鐵條焊接而成;所述斜坡面板為一整塊鐵板，焊接在斜坡框架上，與水平面成1: 5?10的斜坡;所述有機(jī)玻璃板與斜坡框架鉚接，兩塊有機(jī)玻璃板之間通過(guò)連接鐵條鉚接相連;所述減震棒由減震棒主體和尼龍帽組成，減震棒主體一端削去2厘米長(zhǎng)半圓柱，用于卡住有機(jī)玻璃板，另一端與圓柱形尼龍帽相連，抵住波浪槽，減震棒用于穩(wěn)定引流斜坡，防止引流斜坡在引導(dǎo)波浪時(shí)產(chǎn)生抖動(dòng);所述模型箱右側(cè)板與模型箱頂部之間具有矩形開(kāi)口，所述引流斜坡與模型箱通過(guò)矩形開(kāi)口連通。
[0005]進(jìn)一步地，所述鋁合金板上從上到下依次開(kāi)有以2行2列為一組，共三組一厘米深的孔洞，用于安插剛性支撐，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要選用不同組別的孔洞用于模擬不同的入土深度，也可以調(diào)節(jié)擋土墻模型箱左側(cè)板的距離，模擬基坑不同開(kāi)挖寬度；
[0006]進(jìn)一步地，所述防波堤可以放置在海床不同位置上用于研究防波堤到擋土墻不同的距離產(chǎn)生的影響。
[0007]進(jìn)一步地，所述尼龍板A和尼龍板B上均鉆有陣列式圓形孔洞。
[0008]進(jìn)一步地，所述微型土壓力盒和尼龍板A以及尼龍板B厚度一致，微型土壓力盒信號(hào)傳輸線通過(guò)尼龍板A和尼龍板B上刻有的線槽引出，連接到數(shù)據(jù)采集儀和微型土壓力盒供電裝置上。
[0009]進(jìn)一步地，所述擋土墻和鋼化玻璃之間的縫隙利用玻璃膠密封，防止水通過(guò)縫隙從主動(dòng)側(cè)滲流到被動(dòng)側(cè);鋁合金板、尼龍板A和尼龍板B底部用玻璃膠密封，防止水滲透到三塊板之間的縫隙，影響土壓力盒工作;所述防波堤和鋼化玻璃之間的縫隙利用結(jié)構(gòu)膠密封，防止水從防波堤外側(cè)通過(guò)縫隙滲透到防波堤內(nèi)部。
[0010]進(jìn)一步地，所述孔壓傳感器外徑曲率與傳感器固定支架上的凹槽曲率一致，通過(guò)綁扎帶固定在傳感器固定支架上。所述孔壓傳感器信號(hào)傳輸線沿著傳感器固定支架、模型箱底板、鋼化玻璃的順序連接到數(shù)據(jù)采集儀和孔壓傳感器供電裝置上。
[0011]進(jìn)一步地，所述斜坡面板和模型箱右側(cè)板之間的縫隙以及鋼化玻璃和有機(jī)玻璃板之間的縫隙利用聚酯纖維薄膜連接作過(guò)渡處理。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
[0013]1、本發(fā)明可以通過(guò)調(diào)整擋土墻不同入土深度、擋土墻距離模型箱左側(cè)板的距離以及擋土墻距離防波提的距離研究統(tǒng)一外界荷載(波浪作用)下合理的基坑開(kāi)挖參數(shù)。
[0014]2、本發(fā)明擋土墻由鋁合金板和尼龍板組成。鋁合金板提供擋土墻主要?jiǎng)偠龋瑫r(shí)由于鋁合金板剛度較大，利于試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷目s小。尼龍板制洞方便，價(jià)格低廉，可以根據(jù)擋土墻不同入土深度，設(shè)計(jì)不同的微型土壓力盒埋置位置以及槽線，通過(guò)更改尼龍板而非鋁合金板在保證實(shí)驗(yàn)組數(shù)的同時(shí)降低實(shí)驗(yàn)成本。
[0015]3、本發(fā)明中將土壓力盒埋設(shè)于尼龍板(板厚與土壓力盒厚度一致)內(nèi)，同時(shí)將土壓力盒信號(hào)傳輸線也埋設(shè)于尼龍板背面的槽線中，再將尼龍塑料板用螺絲固定于鋁合金板上。這樣處理一是可以保證擋墻的表面平整，避免表面不平整而出現(xiàn)的應(yīng)力集中現(xiàn)象;二是可以保證土壓力盒背面的絕對(duì)剛性。
[0016]4、本發(fā)明在模型箱底板上放置一系列傳感器固定支架，支架上放置數(shù)量不等的孔壓傳感器，用來(lái)量測(cè)任意時(shí)刻下基坑主被動(dòng)側(cè)孔隙水壓力值，進(jìn)而描繪滲流場(chǎng)內(nèi)等水頭線以及流線并研究其變化規(guī)律。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為模擬波浪荷載作用下臨?；觿?dòng)態(tài)響應(yīng)模型試驗(yàn)裝置正視圖；
[0018]圖2為模型箱正視圖(a)和俯視圖(b);
[0019]圖3為引流斜坡立體圖(a)、正視圖(b)和俯視圖(C)；
[0020]圖4為支撐鋼架正視圖(a)、左視圖(b)和俯視圖(c);
[0021]圖5為擋土墻及剛性支撐正視圖(a)和俯視圖(b);
[0022]圖6為尼龍板A(a)、尼龍板B(b)和鋁合金板(C)開(kāi)洞與線槽圖；
[0023]圖7為減震棒剖視圖(a)、左視圖(b)和俯視圖(c);
[0024]圖8為防波堤立體圖；
[0025]圖9為傳感器固定支架正視圖(a)和俯視圖(b)。
[0026]圖中:模型箱框架I；模型箱底板2;模型箱左側(cè)板3;模型箱右側(cè)板4;鋼化玻璃5;吊環(huán)6;擋土墻7;鋁合金板7-1;尼龍板A7-2;尼龍板B7-3;角鋼7_4;防波堤8;傳感器固定支架9;微型土壓力盒10;孔壓傳感器11;支撐鋼架12;螺紋孔13;斜坡框架14;斜坡面板15;有機(jī)玻璃板16;減震棒17;減震棒主體17-1;尼龍帽17-2;剛性支撐18;浪高儀19;連接鐵條20。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0028]如圖1所示，本發(fā)明模擬波浪荷載作用下臨?；觿?dòng)態(tài)響應(yīng)模型試驗(yàn)裝置，包括模型箱、支撐鋼架12、引流斜坡和量測(cè)系統(tǒng)四個(gè)部分。
[0029]如圖2所示，所述模型箱由模型箱框架1、模型箱底板2、模型箱左側(cè)板3、模型箱右側(cè)板4、鋼化玻璃5、吊環(huán)6、擋土墻7、防波堤8和傳感器固定支架9組成;所述模型箱框架I由8毫米厚鐵條焊接而成整個(gè)模型箱的骨架;所述模型箱底板2、模型箱左側(cè)板3和模型箱右側(cè)板4均由8毫米鐵板制成并點(diǎn)焊接到模型箱框架I上;模型箱底板2封蓋模型箱底面;模型箱左側(cè)板3封蓋模型箱左側(cè)面;模型箱右側(cè)板4封蓋模型箱右側(cè)面下部，其高度等同于海床深度，需要計(jì)算;鋼化玻璃5共兩塊，厚一厘米，分別用結(jié)構(gòu)膠粘貼在模型箱框架I前側(cè)面以及后側(cè)面；由模型箱框架1、模型箱底板2、模型箱左側(cè)板3、模型箱右側(cè)板4和鋼化玻璃5組成的模型箱除了頂面以及右側(cè)面上部開(kāi)口，其他部分均密封;所述吊環(huán)6通過(guò)螺母安裝在模型箱框架I四個(gè)角預(yù)先鉆有的螺紋孔上，用于吊裝模型箱;如圖5所示，所述擋土墻7由鋁合金板7-1、尼龍板A7-2、尼龍板B7-3和角鋼7-4通過(guò)螺母連接形成整體;所述擋土墻7擱置于模型箱框架I頂部不同位置，用于模擬基坑不同開(kāi)挖寬度;所述鋁合金板7-1厚2公分;所述尼龍板A7-2、尼龍板B7-3厚度和微型土壓力盒10高度保持一致，為I厘米;如圖6所示，所述鋁合金板7-1從上到下依次開(kāi)有以2行2列為一組，共三組一厘米深的孔洞，用于安插剛性支撐19，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要選用不同組別的孔洞用于模擬不同的入土深度;孔洞所開(kāi)鑿的位置及深度可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要計(jì)算調(diào)整;兩塊尼龍板均鉆有3行2列圓形孔洞，用于安置微型土壓力盒10;所述微型土壓力盒10信號(hào)傳輸線通過(guò)尼龍板A7-2和尼龍板B7-3上刻有的線槽引出，連接到數(shù)據(jù)采集儀和微型土壓力盒10供電裝置上;所述尼龍板A7-2與剛性支撐重合部分開(kāi)有孔洞，用于安插剛性支撐;所述剛性支撐18為四根鋁合金圓柱，直徑以及長(zhǎng)度均需要經(jīng)過(guò)計(jì)算，其一端通過(guò)鋁合金板7-1和尼龍板A7-2上開(kāi)鑿的對(duì)應(yīng)孔洞與擋土墻7相連，另一端抵在模型箱左側(cè)板3上;所述鋁合金板7-1、尼龍板A7-2和尼龍板B7-3底部利用玻璃膠進(jìn)行密封;所述擋土墻7和鋼化玻璃5之間的縫隙通過(guò)有機(jī)玻璃進(jìn)行密封;如圖8所示，所述防波堤8橫截面為一直角