一種模擬基坑開挖過程中內支撐安裝的試驗裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種巖土工程中的土工試驗模型內支撐安裝和調節(jié)的實驗方法，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支撐的安裝和調節(jié)。
【背景技術】
[0002]近年來我國經濟持續(xù)發(fā)展，深基坑工程問題已成為巖土工程的一個重要領域。在深基坑開挖過程中，作用在擋土墻上的主動或者被動土壓力、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，是基坑工程問題的重要研究內容。采用室內土工模型試驗模擬基坑開挖工況，在巖土工程領域得到了廣泛的應用。其中，如何通過室內土工模型試驗客觀準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中，為避免內支撐安裝不當對基坑土體和擋土墻的擾動，通常采用預埋內支撐的方法，即直接埋置安裝好內支撐的擋土墻。該方法在模擬基坑開挖過程中所有內支撐都將受力，而與實際工程中上部開挖土體的下方未安裝內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，無法反映實際開挖基坑的受力和變形情況。傳統(tǒng)基坑開挖模型試驗中，模擬加撐工況是通過將內支撐架設在擋土墻上或者直接抵住擋土墻的方法實現(xiàn)。此類方法中內支撐與擋土墻不是固定連接，與實際基坑工程中內支撐與擋土墻固定連接的情況不相符。因此，更為準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中需要解決的問題。
[0004]實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模擬不同尺寸的基坑開挖，盡量減少對試驗裝置的改裝，節(jié)約試驗成本和模型制作時間，因此需要可調節(jié)支撐來實現(xiàn)不同寬度基坑開挖過程的模擬。

【發(fā)明內容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種模擬基坑開挖過程中內支撐安裝的試驗裝置及方法。
[0006]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種模擬基坑開挖過程中內支撐安裝的試驗裝置，該裝置包括若干道安裝于擋土墻上的內支撐，每道內支撐由若干位于同一水平高度的內支撐單元組成;所述內支撐單元包括伸縮桿、實心鋁桿和螺栓;所述伸縮桿為空心鋁管，壁厚由支撐剛度計算得到，伸縮桿上開有若干螺紋孔;所述實心鋁桿的直徑由支撐剛度計算得到，其上開有若干凹槽，一端具有內螺紋口；所述螺栓穿過伸縮桿上的螺紋孔抵住實心鋁桿的凹槽，使得伸縮桿和實心鋁桿緊密連接，在試驗過程中不發(fā)生滑動;所述擋土墻上開有若干螺紋孔，實心鋁桿上的內螺紋口與穿過擋土墻螺紋孔的內支撐固定螺栓螺紋連接，從而使得內支撐單元固定在擋土墻上。
[0007]進一步地，所述實心鋁桿上的凹槽的數(shù)量和間距根據(jù)模型試驗內支撐長度的要求進行設置。
[0008]進一步地，所述螺栓和伸縮桿上與之對應的螺紋孔的數(shù)量和間距根據(jù)內支撐受力大小進行調整。
[0009]進一步地，所述內支撐的道數(shù)和每道內支撐的支撐單元數(shù)量和間距根據(jù)基坑模型試驗的實際情況設置。
[0010]—種模擬基坑開挖過程中內支撐安裝的試驗方法，該方法具體如下:
[0011]在擋土墻上安裝內支撐固定螺栓和土壓力盒后，將擋土墻放置在土工試驗模型箱中；向模型箱中裝填試驗土樣，在試驗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支撐底部，第二層開挖土體為第一道內支撐底部至第二道內支撐底部，以此類推，定義各個開挖土層。
[0012]豎向逐層開挖擋土墻一側的坑內土體，在整個基坑開挖過程中進行土壓力、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，將實心鋁桿的內螺紋口與擋土墻上的內支撐固定螺栓螺紋連接，調節(jié)伸縮桿使之頂緊反力架，擰緊螺栓保證伸縮桿和實心鋁桿緊密連接，完成第一道內支撐安裝。分層開挖第二層土體，采用如前所述方法安裝第二道內支撐，如此往復直至基坑開挖完成。
[0013]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0014]1、本發(fā)明可以準確模擬基坑開挖過程中的加撐工序，內支撐安裝過程中不會對基坑未開挖的土體有擾動影響；內支撐與擋土墻之間通過螺紋固定連接，較之傳統(tǒng)的基坑模型試驗將內支撐架設在擋土墻上或者直接抵住擋土墻實現(xiàn)加撐的方法，更能客觀地反映實際基坑工程開挖時的加撐情況;通過控制實心鋁桿直徑和空心鋁桿壁厚來實現(xiàn)基坑內支撐剛度的模擬，更加客觀地反映了內支撐對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，相比與傳統(tǒng)的基坑開挖模型試驗采用固定長度的支撐或者可伸縮支撐僅用于實現(xiàn)支撐安裝的實驗思路，可采用同一套試驗裝置開展多組不同寬度的基坑開挖試驗，減少了對試驗裝置的改裝，節(jié)約了試驗成本和模型制作時間，工作原理簡單，操作方便，具有很大的實用性。
[0016]3、本發(fā)明可根據(jù)土工模型試驗的需求，調整內支撐元件的數(shù)量，以及擋土墻上的內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為內支撐元件和擋土墻的側立面圖。
[0018]圖2(a)為伸縮桿剖面圖。
[0019]圖2(b)為實心鋁桿剖面圖。
[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中的應用示意圖。
[0022]圖中:伸縮桿I;螺紋孔1-1;實心鋁桿2;凹槽2-1;內螺紋口2-2;螺栓3;內支撐固定螺栓4;擋土墻5;擋土墻支架6;固定螺栓7; 土工試驗模型箱8;模型箱底座9;反力架10;試驗土樣 11 ο
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖和實施方式對本發(fā)明進一步說明。
[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支撐安裝的試驗裝置，該裝置包括若干道安裝于擋土墻5上的內支撐，每道內支撐由若干位于同一水平高度的內支撐單元組成，內支撐的道數(shù)和每道內支撐的支撐單元