圆形基坑分层开挖支护侧压力测试的模型试验系统与方法与流程
本发明涉及一种基坑工程的室内模型试验系统与测试方法，具体的，涉及一种圆形基坑分层开挖过程中支护结构上侧压力测试的模型试验系统与测试方法。
背景技术：
基坑逐步开挖卸荷，支护结构上土压力的变化等特点与分布规律是基坑工程研究的重要内容，也是支护结构安全性与支护方案选择的依据，矩形基坑的研究较多，圆形基坑分层卸荷工况及沿深度非均匀位移工况的土压力研究较少，由于圆形基坑环向楔紧作用的存在，侧压力的分布规律及侧压力随逐步卸荷导致径向位移的变化规律尚不明了。因此，展开上述两种工况下的土压力规律的室内模型试验尤为必要。
但是目前，国内外关于圆形基坑侧压力测试的模型试验装置并不多见，主要问题是圆形结构各弧段径向位移的均匀性难以控制和保证。圆筒结构侧压力装置以下文献与专利中有记载，现有的圆形基坑室内模型实验装置相对较少，且缺陷明显，主要表现为：圆筒分块较少，对称性较差；分层较少，难以模拟多层分步开挖工况。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种圆形基坑分层开挖支护侧压力测试的模型试验系统与方法，该系统和方法的径向位移均匀性好，位移控制与读数装置原理先进，精度高、读取方便；分层数多，使用操作简单。
根据本发明的第一方面，提供一种圆形基坑分层开挖支护侧压力测试的模型试验系统，所述系统包括整体定位架、数套径向收缩装置、橡皮套筒、微型土压力传感器和模型箱；
所述整体定位架设有一个圆形基座、一根中心柱和数根螺纹柱，其中：中心柱的柱端固定于圆形基座的中心，数根螺纹柱的柱端固定于圆形基座的圆周上，且中心柱和数根螺纹柱的柱体均贯穿数套径向收缩装置，并在中心柱的顶端设有螺栓加载板与标尺读数板；
数套所述径向收缩装置从下往上逐层叠放，每套径向收缩装置均设有位移定向盘、中心控制轴与拼接圆筒，其中：数套径向收缩装置的位移定向盘均被中心柱与数根螺栓柱贯穿，并通过螺栓紧固件固定在数根螺栓柱上；数套径向收缩装置的中心控制轴均由牢固粘结一体的中心圆柱管与倒置圆台构成，中心柱贯穿中心圆柱管，下层径向收缩装置的中心圆柱管分别从内部穿过上层各套径向收缩装置的中心圆柱管，且相邻层的两个中心圆柱管沿中心柱方向竖向自由滑动；数套径向收缩装置的拼接圆筒分别固定在其套内的位移定向盘上，每个拼接圆筒均由等分的t形弧片以拼接构成，每个t形弧片均由微弧片和内撑板组成t型结构，且内撑板的内侧边缘上部均为楔坡形；位移定向盘与每个t形弧片的内撑板之间均设有弹簧连接件，中心控制轴向上移动与弹簧连接件收缩以共同实现拼接圆筒的径向收缩；
多个所述微型土压力传感器分为数列，并分别设置在数套径向收缩装置的拼接圆筒层叠形成的整体柱筒的等弧间距位置的t形弧片列上；
所述橡皮套筒覆盖在数套径向收缩装置的拼接圆筒层叠形成的整体柱筒的最外侧表面上；
所述模型箱为一个圆柱筒结构，用于盛放与承载整体定位架、数套径向收缩装置及实验用松散介质。
优选地，每套所述的径向收缩装置还进一步包括读数标尺、加载螺栓；
所述加载螺栓包括螺丝杆与螺帽，其中：螺丝杆贯穿螺栓加载板；螺帽露在螺栓加载板的顶面上。
所述读数标尺设置在各套径向收缩装置中心圆柱管的顶端与加载螺栓的底端之间，读数标尺与螺丝杆下端采用销钉牢固连接、与中心圆管柱顶端采用卡环紧固件牢固连接。
更优选的，所述的螺帽的直径大于5cm～10cm，其尺寸以便于旋拧。
更优选的，所述的读数标尺采用钢质材质，以承受竖向加载力。
更优选地，所述卡环紧固件由开口卡环与螺栓构成，开口卡环套在中心圆柱管的圆周外侧并通过螺栓紧固。
优选地，所述的整体定位架中：
所述螺纹柱的数量不少于三根；
所述螺栓加载板与中心柱的顶端牢固连接，并在螺栓加载板的边缘附近设有螺丝孔，加载螺栓的螺丝杆贯穿于螺栓加载板上的螺丝孔，且螺丝孔的孔数与径向收缩装置的套数相等；
所述标尺读数板设置于螺栓加载板的下方，并在标尺读数板上与螺栓加载板的螺丝孔对应位置分别开有用于安装读数标尺的矩形孔。
更优选的，所述的螺栓加载板为圆形厚板构件，其半径不小于最上层径向收缩装置的卡环紧固件外径与读数标尺宽度之和，其厚度依据悬臂板的刚度条件确定并同时满足构造要求。
更优选的，所述的标尺读数板与螺栓加载板的净间距不小nmax*sa，其中：sa是按全高估算的主动极限位移值，sa取2.5％*rw与0.2％*hw的较大值，rw为拼接圆筒半径，hw为数套径向收缩装置的总高度；nmax是数套径向收缩装置中心控制轴的倒置圆台坡率最大值。
更优选的，所述的矩形孔的尺寸大于读数标尺的截面尺寸。
更优选地，所述的圆形基座的半径等于拼接圆筒的半径rw；
所述的中心柱的半径不超过3厘米，材质采用钢材、铝合金；
三根所述的螺纹柱的直径均不超过1.5厘米，材质采用钢材、铝合金。
优选地，各套所述的径向胀缩装置中的拼接圆筒的半径rw均相等，rw取值为10cm～100cm，各拼接圆筒的高度由实际工程经相似模拟确定
优选地，所述的模型箱的高度不低于数套径向收缩装置的总高，模型箱的半径不小于
优选地，所述的橡皮套筒的半径小于拼接圆筒半径rw。
优选地，所述的拼接圆筒中：
所述t形弧片中的微弧片是由一个半径为rw的完整圆筒经ns等分剖切、并考虑剖切造成的弧度损失值d后形成的弧段，其中：ns不小于18，ns取24～36；剖切造成的弧度损失值d不小于2πsa/ns、不大于4πsa/ns，取3πsa/ns；微弧片的弧度为2π/ns-d/ro、弧长为2πro/ns-d，微弧片的厚度tw根据悬臂弧长满足局部稳定要求确定；
所述t形弧片中的内撑板厚度tb不小于微弧片的厚度tw，内撑板的内侧边缘整体轮廓呈切角矩形：其上部切角坡度大于45度，坡率n取值范围为5～20，其下部设有一个内凹的矩形缺口，矩形缺口的高度大于弹簧连接件的外径，内凹宽度为内撑板总体宽度b的1/4～1/3，且在内凹侧竖边中点处开有孔作为设置弹簧连接件的拉孔，矩形缺口下侧的内撑板残余高度不小于内撑板的厚度tb。
优选地，所述的中心控制轴中：
所述中心圆柱管的内外表面光滑；相邻层径向收缩装置的中心圆柱管：半径尺寸，上层的中心圆柱管内径等于下层的中心圆柱管外径加0.5mm富余值，以保证下层的中心圆柱管顺利且恰好从内侧穿过上层的中心圆柱管，且无晃动；高度尺寸，下层的中心圆柱管高出上层的中心圆柱管n'*sa高度，其中n'为上层的径向收缩装置的内撑板的内侧边缘上部均为楔坡形上倾坡度，以保证上层的径向收缩装置的中心控制轴有使拼接圆筒产生径向收缩位移量即主动极限位移值sa的足够的竖向位移空间；
所述倒置圆台的下倾坡度与t形弧片中的内撑板上部的切角坡度即楔坡严格相同；倒置圆台的下端截面半径rn不小于最小径缩半径rcr与主动极限位移sa之和，最小径缩半径rcr为：根据ns个厚度为tb的内撑板径向收缩至各内端棱线相接时，正ns变形周长近似等于最小径缩圆的周长，求得的近似极限半径，rcr＝ns*tw/2π。
优选地，所述的位移定向盘包括底板、竖向定向筒、凸形轮盖和径向滑道盘；
竖向定向筒位于底板上，凸形轮盖位于竖向定向筒的顶部，且三者同轴线牢固粘结一体，并串穿在最下层的径向收缩装置的中心圆柱管上；径向滑道盘是由ns个弧边梯形在底板上等间距拼接而成的放射状径向槽阵，t形弧片中的ns个内撑板分别对应插入径向滑道盘的放射状径向槽阵内；底板与竖向定向筒的中心开孔用于分别插入各自套内中心控制轴的中心圆柱管；底板上还开设有用于螺纹柱贯穿的圆孔，螺纹柱上贯穿各层径向收缩装置的底板上、下表面处分别设置有紧固螺栓；凸形轮盖的外侧边缘设有凸出部分，凸出部分开有ns个孔以供弹簧连接件勾拉，孔的位置和数量与径向滑槽盘的放射状径向槽、各t形弧片的内撑板一一对应。
更优选地，所述底板为圆形薄板，其半径不大于拼接圆筒半径rw减去拼接圆筒主动极限位移估算值sa；
所述底板与竖向定向筒的中心孔孔径相同且均大于本套内的中心圆柱管外径，中心孔孔径取本套内的中心圆柱管外径加0.5mm富余尺寸；
所述倒置圆台的上端截面与上层的径向收缩装置中的位移定向盘底板距离不小于n*sa，其中n为本层径向收缩装置中的倒置圆台下倾坡度。
所述竖向定向筒的高度hz大于t形弧片的内撑板下部内凹的矩形缺口高度与内凹的矩形缺口下部残余高度的和；
所述径向滑道盘的放射状径向槽的宽度大于t形弧片中的内撑板厚度tb，取内撑板厚度tb加0.5mm富余尺寸；
所述凸形轮盖的半径不小于倒置圆台的下端半径，凸形轮盖外侧边缘的凸出部分尺寸不小于1cm。
优选地，所述的弹簧连接单元的一端连接在拼接圆筒中内撑板上的内凹矩形缺口内侧边上的小孔上、另一端连接在位移定向盘中凸形压盖外侧边缘凸出部分对应的小孔上；所述弹簧连接单元的直径为0.5cm～1.5cm。
优选地，所述的微型土压力传感器的半径为1cm～2cm、厚度为4mm～8mm。
本发明中：所述位移定向盘的底板只固定在螺纹柱上，底板的中心位置设有孔，被下层径向胀缩装置的中心控制轴的中心圆柱管穿过而与中心柱隔离开；设置螺丝柱和螺栓紧固件的目的为了通过固定位移定向盘的底板而间接固定各套径向收缩装置；中心柱的作用是引导个中心控制轴竖沿竖向自由滑动，实现竖向准确加载，并为顶端的螺栓加载板提供反力；位移定向盘的底板上设置竖向定向筒是为了固定凸形轮盖，凸形轮盖上开设有连接弹簧连接件的拉孔，为弹簧连接件产生径向拉力拉动t形弧片的内撑板提供基础，只要中心控制轴有竖向位移，弹簧连接件拉动内撑板就可以产生径向位移，从而实现径向收缩的目的，同时依据中心控制轴的竖向位移与t形弧片径向位移之间满足楔坡比例n倍关系的原理，通过读取竖向位移实现对微小径向位移量的精确读数。
根据本发明的第二方面，提供一种上述系统的拼装方法，步骤如下：
(1)需要布设微型土压力传感器的各层径向收缩装置的t形弧片分别完成布设；
(2)先将圆形基座固定在模型箱的中心位置，然后将中心柱与数根螺纹柱分别固定在圆形基座的中心位置和圆周位置上；
(3)将最下层径向收缩装置的位移定向盘贯穿在步骤(1)的中心柱与数根螺纹柱上，并将螺栓紧固件套在螺纹柱上旋至位移定向盘的顶面，底层径向收缩装置的位移定向盘安装就位；
(4)将各弹簧连接件的一端分别安装在最下层位移定向盘中的凸形轮盖的孔上；
(5)将最下层径向收缩装置中各t形弧片的内撑板逐个径向插入径向滑道盘的放射状径向槽阵中，并将步骤(4)中的弹簧连接件另一端分别安装到对应的t形弧片内撑板下部矩形缺口开设的孔上，底层径向收缩装置的拼接圆筒安装就位；
(6)将底层径向收缩装置的中心控制轴套在步骤(2)的中心柱外、步骤(3)的底层位移定向盘的中心柱管内的二者间隙里，至此，底层径向收缩装置安装就位；
(7)先将固定倒数第二层径向收缩装置的位移定向盘的底部螺栓紧固件套在螺纹柱上，旋至第一层径向收缩装置顶部适当位置，流高差余地以确保底层径向收缩装置的t形弧片能够径向自由滑动；然后将倒数第二层径向收缩装置的位移定向盘对准孔位贯穿在步骤(1)的中心柱与数根螺纹柱上；再将固定倒数第二层径向收缩装置的位移定向盘的顶部螺栓紧固件套在螺纹杆上，旋至位移定向盘的上表面处，倒数第二层径向收缩装置的位移定向盘安装就位；
(8)重复步骤(4)，单侧安装弹簧连接件，将各弹簧连接件的一端分别安装在最下层位移定向盘的凸形轮盖孔上；
(9)重复步骤(5)，安插t形弧片与安装弹簧连接件，完成倒数第二层径向收缩装置的拼接圆筒安装；
(10)重复步骤(6)，安装中心控制轴，完成倒数第二层径向胀缩装置安装；
(11)重复步骤(7)～(10)，直至顶层的径向收缩装置完成安装后，再将橡皮套筒套在各层径向收缩装置的拼接圆筒层叠形成的整体柱筒的最外侧表面上；
(12)将各套径向收缩装置的读数标尺分别连接固定在各套内的中心圆柱管的顶端位置，旋动中心圆柱管，使读数标尺正对或者穿过标尺读数板上的各个矩形孔；
(13)将各加载螺栓从顶部的螺栓加载板的螺丝孔中旋入，并与步骤(12)中安装的读数标尺上端头牢固连接；
至此，圆形基坑分层开挖支护侧压力测试的模型试验系统安装完毕。
根据本发明的第三方面，提供一种圆形基坑分层开挖工况的支护结构土压力测试方法，包括如下步骤：
(1)选定模型试验半径rw，依据实际工程的基坑半径r0，分层开挖深度hi换算模型试验的分层开挖深度值hwi，以确定径向收缩装置的套数，并计算各套的高度hwi；
(2)完成采用圆形基坑分层开挖支护侧压力测试的模型试验系统的组装，并旋动各套径向收缩装置顶部的加载螺栓，将读数标尺和中心控制轴推至最底端，并记录此时的刻度值；
(3)选择摩擦角与实际工程接近的松散砂，向模型箱内均匀填装填至所需高度；
(4)向上旋出第一层径向收缩装置的加载螺栓，旋处位移不小于n1*sa1，其中sa1＝max{2.5％*rw，0.2％*hw1}，记录并采集各微型土压力传感器的压力数据，即得第一层开挖卸荷时圆形基坑支护侧壁上的土压力分布值；
(5)向上旋出第一层、第二层径向收缩装置的加载螺栓，旋处位移不小于sa2*max{n1,n2}，其中sa2＝max{2.5％*rw，0.2％*(hw1+hw2)}，记录并采集各微型土压力传感器的压力数据，即得第一层、第二层开挖卸荷时圆形基坑支护侧壁上的土压力分布值；
(6)向上旋出第一层、第二层、…、第i层径向收缩装置的加载螺栓，旋处位移不小于sai*max{n1,n2,…,ni}，其中sai＝max{2.5％*rw，0.2％*(hw1+hw2+…+hwi)}，记录并采集各微型土压力传感器的压力数据，即得第一层、第二层、…、第i层开挖卸荷时圆形基坑支护侧壁上的土压力分布值；
直至i＝n时，分层开挖完毕，实验结束。
与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果：
本发明采用径向收缩装置，径向位移均匀性好，进一步的，位移控制与读数装置原理先进，精度高、读取方便；分层数多，使用操作简单；
本发明可以模拟圆形基坑分层开挖过称，并测取支护结构侧压力；
本发明可以模拟圆形基坑沿深度不均匀位移工况支护结构的侧压力，为工程设计与支护提供依据。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一实施例的三维视图；
图2为本发明一实施例的三维视图(无模型箱)；
图3为本发明一实施例的立面图；
图4为图3立面图的a部分放大图；
图5为图3立面图的b部分放大图；
图6为本发明一实施例的整体定位架的三维视图；
图7为本发明一实施例的第一套径向收缩装置三维视图(从下往上)；
图8为本发明一实施例的第二套径向收缩装置三维视图(从下往上)；
图9为本发明一实施例的第三套径向收缩装置三维视图(从下往上)；
图10为本发明一实施例的第四套径向收缩装置三维视图(从下往上)；
图11为本发明一实施例的第四套(从下往上)径向收缩装置的位移定位盘三维视图；
图中：1—整体定位架，2—径向收缩装置，3—圆形橡胶薄膜套筒，4—微型土压力传感器，5—模型箱；6—圆形基座，7—中心柱，8—螺纹柱，9—标尺读数板，10—螺栓加载板，11—中心控制轴，12—拼接圆筒，13—位移定向盘，14—回复弹簧，15—读数标尺，16—加载螺栓，17—螺栓紧固件；18—t形弧片，19—微弧片，20—内撑板，21—中心圆柱管，22—倒置圆台，23—定向盘底板，24—径向滑道盘，25—竖向定向筒，26—凸形压盖；27—卡环紧固件。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1-5所示，为一种圆形基坑分层开挖支护侧压力测试的模型试验系统的结构示意图，该系统可以用于圆形基坑分层开挖工况与沿深度非均匀径向位移工况支护结构土压力测试，图1是三维视图的240度范围部分。
如图所示，所述系统包括：整体定位架1，四套径向收缩装置2，圆形橡胶薄膜套筒3，微型土压力传感器4，模型箱5；
所述整体定位架1设有中心柱7，所述中心柱7的顶端设有螺栓加载机构(包括螺栓加载板10)和标尺读数板9，所述中心柱7的中部连接四套径向收缩装置2；
四套所述径向收缩装置2从下往上依次放置，并连接所述中心柱7；每套径向收缩装置2均设有拼接圆筒12和中心控制轴11，所述拼接圆筒12由等分的t形弧片18间隔拼接构成，t形弧片18由微弧片19和内撑板20组成t型结构；所述中心控制轴11由牢固粘结一体的中心圆柱管21与倒置圆台22构成，放置于下部的各套径向收缩装置2的中心圆柱管21分别从内部穿过上部的径向收缩装置2中的中心圆柱管21，相邻层的两个中心圆柱管21间能够竖向自由滑动，从而实现径向收缩；
多个所述微型土压力传感器4分别设置在四套所述径向收缩装置2的拼接圆筒12的等弧间距位置的t形弧片18上；
所述圆形橡胶薄膜套筒3覆盖在四套所述径向收缩装置2的拼接圆筒12拼接后的整体柱筒的最外侧；
所述模型箱5为一个圆柱筒结构，内部用于承载整体定位架1、四套径向收缩装置2及实验用松散介质。
如图6所示，在部分优选实施例中，所述的整体定位架1包括：圆形基座6、中心柱7、三根螺纹柱8、标尺读数板9、螺栓加载板10；
所述圆形基座6为圆形台座结构，在圆形台座的中心位置开有用于安装中心柱7的孔，中心柱7安插在中心孔中；在圆形基座6的1/2半径的圆周上三等分点位置上分别设置一个螺纹孔，用于安装三根螺纹柱8；螺栓加载板10设置在中心柱7的顶端且与中心柱7牢固连接，并在靠近螺栓加载板10的边缘处开有四个螺栓孔用于安装加载螺栓16；标尺读数板9设置在螺栓加载板10的下方，并在标尺读数板9边缘处设置有与螺栓加载板10上四个螺栓孔位置一一对应的矩形槽用于安装读数标尺15；所述螺纹柱8上套有螺栓紧固件17，并紧贴每套径向收缩装置2的位移定向盘13的上、下面。
进一步的，在一优选实施例中，所述圆形基座6优选为有机玻璃材质，其厚为2cm、半径为50cm；所述圆形基座6上开设的中心孔的直径为3cm、三个螺纹孔的直径均为1.5cm；
所述中心柱7为直径3cm的铝合金圆柱；
所述螺纹柱8为直径1.5cm的钢质螺杆；
所述标尺读数板9为铝合金圆环板；
所述螺栓加载板10为钢质环板；
所述螺栓紧固件17为钢质圆形螺栓。
进一步的，在一优选实施例中，所述标尺读数板9与螺栓加载板10间隔不小于n*sa，其中：n为径向收缩装置2的拼接圆筒12中的内撑板20坡率；sa为拼接圆筒12主动极限位移估算值，按照拼接圆筒12半径rw与拼接圆筒12高度hw估算，优选的sa取2.5％*rw与0.2％*hw的较大值。
如图1、图2所示，在部分实施例中，所述的径向收缩装置2，从下往上共有四套，每套径向收缩装置2均包括：中心控制轴11、拼接圆筒12、位移定向盘13、回复弹簧14、读数标尺15、加载螺栓16和卡环紧固件27；整体定位架1中的中心柱7插在中心控制轴11内，通过中心控制轴11给四套径向收缩装置2定位，保证四套径向收缩装置2竖向对齐。
如图3、图4、图7、图8、图9、图10所示，四套径向收缩装置2共四个中心控制轴11，每个中心控制轴11均由牢固粘结成一体的中心圆柱管21与倒置圆台22构成；其中：下部各套径向收缩装置2的中心圆柱管21分别从内部穿过上部各套径向收缩装置2的中心圆柱管21，由下往上的四套径向收缩装置2的中心圆柱管21外半径分别为3.0cm、3.5cm、4.0cm、4.5cm，四个中心圆柱管21的厚度均为4.5mm、管间空隙均为0.5mm，相邻层两个中心圆柱管21的顶端高度相差10cm；四个中心圆柱管21均为有机玻璃材质且其内、外表面光滑；四个倒置圆台22均为有机玻璃材质且其外表面光滑，高均为10cm；四个倒置圆台22的下端半径均为7cm，倒置圆台22下端距本套径向收缩装置2的位移定向盘13中的定向盘底板23高度均为5cm。
四套径向收缩装置2共四个拼接圆筒12，四个拼接圆筒12的半径均为50cm、高度均为25cm；每个拼接圆筒12均由30个等分的t形弧片18间隔2mm拼接构成，每个t形弧片18均由微弧片19、内撑板20组成t型结构，其中：微弧片19的厚为1.5cm、弧长为10.4cm；内撑板20的厚为1cm、高为24cm、宽度b为39.5cm；内撑板20的内侧边缘上部的内倾坡度1:5、下部的矩形缺口宽度为9cm、高度为1.5cm，矩形缺口内侧竖边中点位置距离边1cm处开有直径为5mm的孔作为设置回复弹簧14的拉孔，矩形缺口下部内凸部分高度为2.5cm。
四套径向收缩装置2共四个位移定向盘13，四个位移定向盘13均包括：定向盘底板23、径向滑道盘24、竖向定向筒25和凸形压盖26(如图11所示)，其中：四个定向盘底板23均为厚1cm、半径40cm的圆形薄板，四个定向盘底板23的中心分别开孔，从下往上四个中心孔的半径依次为3.0cm、3.5cm、4.0cm、4.5cm，定向盘底板23中心孔用于分别插入各自套内的中心圆柱管21，并在每个定向盘底板23上与圆形基座6对应的三个螺栓孔位置处分别开有相同半径的螺栓孔，用于分别插入整体定位架1的三根螺纹柱8，各套径向收缩装置2的定向盘底板23位于其下层径向收缩装置2的顶部并分别通过螺栓紧固件17牢固固定在整体定位架1的中心柱7与三根螺纹柱8上；
四套径向收缩装置2共四个径向滑道盘24，四个径向滑道盘24均由30个弧边梯形间隔1.05cm拼接而成，30个弧边梯形间的间隔形成滑槽，30个等分的t形弧片18的内撑板20分别径向插入在径向滑道盘24的各个滑槽内；
四套径向收缩装置2共四个竖向定向筒25，四个竖向定向筒25的高均为5cm，从下往上的半径依次为3.0cm、3.5cm、4.0cm、4.5cm；
四套径向收缩装置2共四个凸形压盖26，四个凸形压盖26的厚均为2cm，其外侧边缘凸出部分径向宽度均为1cm、厚度均为1cm，外侧边缘凸出部分的1cm位于凸形轮盖26的2cm厚度中间部分，且每个凸形压盖26的外侧边缘凸出部分均开有30个直径为5mm的孔以供回复弹簧14勾拉，且孔的位置与径向滑道盘24的各滑槽、各t形弧片18的内撑板20一一对应。
如图2、图3、图4所示，四套径向收缩装置2的回复弹簧14数量与每套径向收缩装置2内的t形弧片18数量相同，回复弹簧14的作用是拉动各个t形弧片18径向移动，以实现径向收缩的效果；每套径向收缩装置2内的回复弹簧14的一端连接在该套内的拼接圆筒12中内撑板20的下部矩形缺口内侧竖边中点位置的孔上、另一端连接在位移定向盘13中凸形压盖26的外侧边缘凸出部分的孔上；每个回复弹簧14的直径均为1.2cm。
如图2、图3、图5、图7、图8、图9、图10所示，所述加载螺栓16有四个并分别插入在螺栓加载板10边缘上开的四个螺栓孔内，加载螺栓16的上端为螺帽、下端为螺丝杆，螺丝杆与读数标尺15的上端连接固定，卡环紧固件27用于读数标尺15的下端与中心圆柱管21之间的连接；
所述读数标尺15有四个并分别插入在标尺读数板9边缘处设置的四个矩形槽内；
所述卡环紧固件27有四个，四个卡环紧固件27分别连接四个读数标尺15的下端并分别固定在四个中心控制轴11的中心圆柱管21的圆周外侧。
所述的圆形橡胶薄膜套筒3(如图1、图2所示)，覆盖在四套径向收缩装置2的拼接圆筒12拼接后的整体柱筒的最外侧表面上，圆形橡胶薄膜套筒3用于隔离实验用松散介质与各t形弧片18之间的缝隙；所述圆形橡胶薄膜套筒3的半径为48cm。
所述的微型土压力传感器4(如图1、图2所示)，有多个并分别设置在弧度近似120度的每套径向收缩装置2中的三条微弧片19上，微型土压力传感器4用于记录实验用松散介质对拼接圆筒12筒壁(即t形弧片18)产生的压力；多个微型土压力传感器3的半径均为1.5cm、厚度均为5mm。
所述的模型箱5(如图1所示)，用于盛放径向收缩装置2与实验用松散介质，所述圆形基座6置于模型箱5的正中间并由螺栓固定；
所述模型箱5为有机玻璃材质的圆柱筒状结构，模型箱5的壁厚为1.5cm、高度为100cm、半径为50cm。
所述的系统组装过程为：各套径向收缩装置2依次串在中心柱7上，然后将圆形橡胶薄膜套筒3套在各套径向收缩装置2的拼接圆筒12拼接后组成的整体柱筒外侧表面上。
所述的系统工作过程为：
向上拧出加载螺栓16，加载螺栓16下端的螺丝杆带动读数标尺15向上移动，读数标尺15又带动中心控制轴11上移，由于中心控制轴11的倒置圆台22向上产生位移后，并与各t形弧片18产生径向间距，各t形弧片18便在回复弹簧14的拉力作用下向中心产生径向位移，整个径向收缩装置2便径向收缩，径向收缩装置2外的砂土向中心流动，从而对t形弧片18产生新的压力值，设置在t形弧片18上的微型土压力传感器4测得的压力值即为待测取的卸荷压力。
图4、图5中：
各套所述径向收缩装置2的中心控制轴11的倒置圆台22的顶面与其上层径向收缩装置2的中心控制轴11的顶端距离不小于按照各套径向收缩装置2按全高估算的主动极限位移值sa与本套径向收缩装置2的中心控制轴11的倒置圆台22坡率的乘积；
各套所述径向收缩装置2的中心控制轴11的倒置圆台22的顶截面与上层径向收缩装置2的定向盘底板23之间的间距不小于按照各套径向收缩装置2按全高估算的主动极限位移值sa与本套径向收缩装置2的中心控制轴11的倒置圆台22坡率的乘积；
所述sa满足：sa＝max{2.5％*rw,0.2％*(hw1+hw2+hw3+hw4)}，其中：rw拼接圆筒2半径，hw1，hw2，hw3，hw4分别为各套径向收缩装置2的高度。
所述的系统适用工况包括：圆形基坑分层开挖与圆形基坑支护结构径向位移沿竖向呈非均匀分布；包括两个方面：
一、圆形基坑分层开挖工况的支护结构土压力测试方法，要点为：
逐个向上拧出第一套、第二套、第三套、第四套径向收缩装置2(对应第一、二、三、四层径向收缩装置2)对应的加载螺栓16，并记录各次卸载时各个微型土压力传感器4的信息。
具体包括：
(1)向上拧动第四层径向收缩装置2的加载螺栓16，向上位移不小于n4*sa4，其中：
sa4是按照第四层径向收缩装置2的高度估算的极限位移值，sa4＝max{2.5％*rw,0.2％*hw4}，n4为第四层径向收缩装置2的中心控制轴11的倒置圆台22坡率；
各层径向收缩装置2的t形弧片18上的微型土压力传感器4记录的压力值，即为第一层开挖卸荷时的土压力值；
(2)向上拧动第三、四层径向收缩装置2的加载螺栓16，向上位移分别不小于n3*sa3，n4*sa3，其中：
sa3是按照第三、四层径向收缩装置2高度估算的极限位移sa3＝max{2.5％*rw,0.2％*(hw3+hw4)}，n3、n4分别为第三、四层径向收缩装置2的中心控制轴11的倒置圆台22坡率；
各层径向收缩装置2的t形弧片18上的微型土压力传感器4记录的压力值，即为上二层开挖卸荷时的土压力值；
(3)向上拧动第二、三、四层径向收缩装置2的加载螺栓16，向上位移分别不小于n2*sa2，n3*sa3，n4*sa4，其中：
sa2是按照第二、三、四层径向收缩装置2高度估算的极限位移sa2＝max{2.5％*rw,0.2％*(hw2+hw3+hw4)}，n2、n3、n4分别为第二、三、四层径向收缩装置2的中心控制轴11的倒置圆台22坡率；
各层径向收缩装置2的t形弧片18上的微型土压力传感器4记录的压力值，即为上三层开挖卸荷时的土压力值；
(4)向上拧动第一、二、三、四层径向收缩装置2的加载螺栓16，向上位移分别不小于n1*sa1，n2*sa1，n3*sa1，n4*sa1，其中：
sa1是按照第一、二、三、四层径向收缩装置2高度估算的极限位移sa1＝max{2.5％*rw,0.2％*(hw1+hw2+hw3+hw4)}，n1、n2、n3、n4分别为第一、二、三、四层径向收缩装置2的中心控制轴11的倒置圆台22坡率；
各层径向收缩装置2的t形弧片18上的微型土压力传感器4记录的压力值，即为全部四层开挖卸荷时的土压力值。
二、圆形基坑沿竖向非均匀径向位移工况的支护结构土压力测试方法，要点为：
按照设定的位移要求，一次性拧动四套径向收缩装置2对应的加载螺栓16到设定位移要求，各加载螺栓16设置完成后再读取各个微型土压力传感器4的信息。
具体的：
按照预设的圆形基坑侧壁径向位移曲线，逐个拧动各层径向收缩装置2的加载螺栓16以设置各层径向收缩装置2的径向位移值；设置完成后，读取各层径向收缩装置2的t形弧片18上的微型土压力传感器4记录的压力值，即为设定的非均匀径向位移模式对应的土压力值。
以上实施例是以四套径向收缩装置为例，在其他实施例里径向收缩装置的数量可以根据需要设定，其他组成部件的设置只需做相应的调整即可。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
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