一种模拟基坑开挖过程中内支撑安装的试验装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种岩土工程中的土工试验模型内支撑安装和调节的实验方法，特别是涉及基坑宽度变化的基坑开挖模型，可模拟不同开挖宽度的基坑开挖过程中内支撑的安装和调节。
【背景技术】
[0002]近年来我国经济持续发展，深基坑工程问题已成为岩土工程的一个重要领域。在深基坑开挖过程中，作用在挡土墙上的主动或者被动土压力、坑外地面沉降、坑底土体隆起以及挡土墙位移等问题都与工程安全性及其环境影响息息相关，是基坑工程问题的重要研究内容。采用室内土工模型试验模拟基坑开挖工况，在岩土工程领域得到了广泛的应用。其中，如何通过室内土工模型试验客观准确地模拟基坑开挖过程是迫切需要解决的问题。
[0003]目前在基坑开挖模型试验中，为避免内支撑安装不当对基坑土体和挡土墙的扰动，通常采用预埋内支撑的方法，即直接埋置安装好内支撑的挡土墙。该方法在模拟基坑开挖过程中所有内支撑都将受力，而与实际工程中上部开挖土体的下方未安装内支撑不受力的情况并不相符合，不能模拟开挖过程中的加撑工序，无法反映实际开挖基坑的受力和变形情况。传统基坑开挖模型试验中，模拟加撑工况是通过将内支撑架设在挡土墙上或者直接抵住挡土墙的方法实现。此类方法中内支撑与挡土墙不是固定连接，与实际基坑工程中内支撑与挡土墙固定连接的情况不相符。因此，更为准确地模拟基坑开挖过程中的加撑工况是基坑开挖模型试验中需要解决的问题。
[0004]实际工程中各类基坑尺寸变化较大，为能够尽可能全面地通过土工模型试验模拟不同尺寸的基坑开挖，尽量减少对试验装置的改装，节约试验成本和模型制作时间，因此需要可调节支撑来实现不同宽度基坑开挖过程的模拟。
【发明内容】
[0005]为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种模拟基坑开挖过程中内支撑安装的试验装置及方法。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种模拟基坑开挖过程中内支撑安装的试验装置，该装置包括若干道安装于挡土墙上的内支撑，每道内支撑由若干位于同一水平高度的内支撑单元组成;所述内支撑单元包括伸缩杆、实心铝杆和螺栓;所述伸缩杆为空心铝管，壁厚由支撑刚度计算得到，伸缩杆上开有若干螺纹孔;所述实心铝杆的直径由支撑刚度计算得到，其上开有若干凹槽，一端具有内螺纹口；所述螺栓穿过伸缩杆上的螺纹孔抵住实心铝杆的凹槽，使得伸缩杆和实心铝杆紧密连接，在试验过程中不发生滑动;所述挡土墙上开有若干螺纹孔，实心铝杆上的内螺纹口与穿过挡土墙螺纹孔的内支撑固定螺栓螺纹连接，从而使得内支撑单元固定在挡土墙上。
[0007]进一步地，所述实心铝杆上的凹槽的数量和间距根据模型试验内支撑长度的要求进行设置。
[0008]进一步地，所述螺栓和伸缩杆上与之对应的螺纹孔的数量和间距根据内支撑受力大小进行调整。
[0009]进一步地，所述内支撑的道数和每道内支撑的支撑单元数量和间距根据基坑模型试验的实际情况设置。
[0010]—种模拟基坑开挖过程中内支撑安装的试验方法，该方法具体如下:
[0011]在挡土墙上安装内支撑固定螺栓和土压力盒后，将挡土墙放置在土工试验模型箱中；向模型箱中装填试验土样，在试验土样表面安装位移传感器;第一层开挖土体为地表面至第一道内支撑底部，第二层开挖土体为第一道内支撑底部至第二道内支撑底部，以此类推，定义各个开挖土层。
[0012]竖向逐层开挖挡土墙一侧的坑内土体，在整个基坑开挖过程中进行土压力、坑外土体沉降、坑底土体隆起和挡土墙位移数据的持续采集。完成第一层土体开挖后，将实心铝杆的内螺纹口与挡土墙上的内支撑固定螺栓螺纹连接，调节伸缩杆使之顶紧反力架，拧紧螺栓保证伸缩杆和实心铝杆紧密连接，完成第一道内支撑安装。分层开挖第二层土体，采用如前所述方法安装第二道内支撑，如此往复直至基坑开挖完成。
[0013]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0014]1、本发明可以准确模拟基坑开挖过程中的加撑工序，内支撑安装过程中不会对基坑未开挖的土体有扰动影响；内支撑与挡土墙之间通过螺纹固定连接，较之传统的基坑模型试验将内支撑架设在挡土墙上或者直接抵住挡土墙实现加撑的方法，更能客观地反映实际基坑工程开挖时的加撑情况;通过控制实心铝杆直径和空心铝杆壁厚来实现基坑内支撑刚度的模拟，更加客观地反映了内支撑对基坑开挖的工程影响。
[0015]2、本发明采用可伸缩支撑元件，可以模拟不同宽度的基坑开挖试验，相比与传统的基坑开挖模型试验采用固定长度的支撑或者可伸缩支撑仅用于实现支撑安装的实验思路，可采用同一套试验装置开展多组不同宽度的基坑开挖试验，减少了对试验装置的改装，节约了试验成本和模型制作时间，工作原理简单，操作方便，具有很大的实用性。
[0016]3、本发明可根据土工模型试验的需求，调整内支撑元件的数量，以及挡土墙上的内支撑固定螺栓的位置和数量，模拟不同基坑的开挖情况。
【附图说明】
[0017]图1为内支撑元件和挡土墙的侧立面图。
[0018]图2(a)为伸缩杆剖面图。
[0019]图2(b)为实心铝杆剖面图。
[0020]图3为挡土墙示意图。
[0021 ]图4为本发明在基坑开挖模型试验中的应用示意图。
[0022]图中:伸缩杆I;螺纹孔1-1;实心铝杆2;凹槽2-1;内螺纹口2-2;螺栓3;内支撑固定螺栓4;挡土墙5;挡土墙支架6;固定螺栓7; 土工试验模型箱8;模型箱底座9;反力架10;试验土样 11 ο
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。
[0024]如图1?图4所示，本发明提供的一种模拟基坑开挖过程中内支撑安装的试验装置，该装置包括若干道安装于挡土墙5上的内支撑，每道内支撑由若干位于同一水平高度的内支撑单元组成，内支撑的道数和每道内支撑的支撑单元