一种地下连续墙模型试验用装配式土工箱的制作方法

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1.本实用新型属于岩土工程试验装置领域，具体涉及一种地下连续墙模型试验用装配式土工箱。


背景技术：

2.地下连续墙因具有防渗、防漏、变形小等优点而被广泛应用于各类地下工程。由于其工程造价较高，前期的力学性能计算和结构设计极为重要。
3.在室内进行地下连续墙缩尺试验时，为了模拟土层对地下连续墙施加的荷载，传统的做法是在土工箱的整个范围内进行填土并压实，这种试验方式的缺点之一是工序繁琐。试验之前，需要用隔板分隔出填土区和非填土区，在填土的过程中为了保证土的密实度，在隔板后面的非填土区域要用砖块垒积以作为支撑，耗费了不必要的时间和人力。第二个缺点在于土工箱自身的体积较大，土工试验中的试件为了尽量接近工程应用中的实际尺寸有时体量相对较大，相应的土工箱的尺寸也较大，在制作、运输和安装土工箱的过程中往往也需要耗费大量的人力。
4.针对以上问题，本实用新型提出一种能够快速装配的土工箱，通过向土箱中灌注配制而成的具有一定容重的液体或泥浆来代替人工填土。这种做法在节省了人工的同时对土工箱的防渗性能提出了很高的要求，对整体性能较差的装配式结构来说更是要优先考虑的问题之一。
5.因此，提供一种能够快速装配并防渗性能良好的地下连续墙模型试验用土工箱，以研究地连墙力学性能并指导地下连续墙的设计、施工是十分必要的。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是为了克服当前土工箱因尺寸较大而造成的运输和安装困难、密闭性差、为模拟土压力而向土工箱内填土过程耗费大量时间和人力等缺陷，研发出一种适用于地下连续墙模型试验的装配式土工箱，该土工箱能够实现便捷组装并较好地模拟墙体周围的侧向土压力和地下结构的刚性层平面，为测试地下结构、土体的变形及受力规律从而保障结构的安全性提供试验设备的支持。
7.本实用新型的目的通过如下技术方案实现：
8.一种地下连续墙模型试验用装配式土工箱，包括钢底板、钢底板上方固定的由多个挡土面板围合形成一体的挡土围墙，所述挡土围墙外部套箍有紧固结构；所述挡土围墙内具有固定于钢底板上的地下连续墙模型，所述地下连续墙模型与挡土围墙之间设置有模拟支撑的加载装置。
9.优选的，所述地下连续墙模型包括墙体模型及预埋于墙体模型外周的预埋钢卡槽，预埋钢卡槽内嵌有墙周橡胶隔水垫，所述墙周橡胶隔水垫与预埋钢卡槽通过贯穿的螺栓固定连接。
10.优选的，所述钢底板上固定有位于挡土围墙内用于固定地下连续墙模型的模型支
座，模型支座由一对预留有对应螺栓孔的钢肋条制成，肋条间具有间隙，所述墙周橡胶隔水垫插入模型支座肋条间间隙中。
11.优选的，挡土面板包括一对横向面板及位于横向面板之间与横向面板侧部固定连接的纵向面板，相邻挡土面板通过螺栓固定连接，所述加载装置设置于横向面板与地下连续墙模型之间。
12.优选的，所述地下连续墙模型平行于横向面板，横向面板朝向地下连续墙模型的一侧固定有反力架，所述加载装置包括液压千斤顶和分配梁，液压千斤顶固定于横向面板的反力架上，所述分配梁两端搁置在分配梁支座上，所述加载装置沿高度方向具有多层。
13.优选的，横向面板与纵向面板连接处固定有橡胶隔水垫层，所述纵向面板由多个独立面板构成，各个独立面板之间通过螺栓固定连接，所述独立面板边缘具有向内弯折的拐边，所述拐边沿高度方向具有螺栓孔，所述地下连续墙模型固定于相邻的独立面板弯折的拐边之间。
14.优选的，所述紧固结构包括位于挡土围墙外部的一对槽钢和连接一对槽钢两侧的一对钢筋，所述钢筋两端分别贯穿槽钢并通过螺母锁固使一对槽钢夹紧挡土围墙两侧纵向面板。
15.优选的，所述钢底板上凸起有位于各个挡土面板底部外周用于限位挡土面板的底板卡槽，所述挡土面板与底板卡槽之间嵌入有底板塞条。
16.优选的，所述反力架底部固定连接有柱脚加劲肋，纵向面板上固定有支撑分配梁的分配梁支座。
17.优选的，所述底板塞条由橡胶制成。
18.与现有技术相比，本实用新型的有益效果包括：
19.1.本实用新型的土工箱通过螺栓连接，组装和拆卸方便，方便运输，可循环利用，节省大量人力物力，降低试验成本。
20.2.本实用新型的土工箱各部件的连接部位均设置橡胶隔水垫层，其中地下连续墙模型周边设置的橡胶垫层由于自身柔性，既起到了填土与非填土区隔板的作用又不会对墙身产生额外的约束。
21.3.本实用新型土工箱具有较高的密闭性，可以通过向土工箱内灌注不同容重的泥浆以代替人工填土模拟土压力的过程，缩短了试验周期。
22.4.本实用新型所述土工箱中设置的液压千斤顶在灌注泥浆的阶段可以代替非填土区的临时支撑，在试验阶段可以模拟地下结构刚性层，既节省了人力物力又较好的模拟了地下结构的实际情况。
附图说明：
23.图1为本实用新型土工箱的整体结构三维图；
24.图2为本实用新型土工箱的底板三维图；
25.图3为本实用新型土工箱的外围挡土面板的三维图；
26.图4为本实用新型的地下连续墙模型及其周围连接件三维图；
27.图5为本实用新型土工箱外围挡土面板外围合紧固结构三维图；
28.图6为本实用新型土工箱底板的塞条三维图；
29.图7为本实用新型地下连续墙模型与其周围连接件的组装示意图；
30.图8为本实用新型土工箱的整体组装步骤示意图一；
31.图9为本实用新型土工箱的整体组装步骤示意图二；
32.图10为本实用新型土工箱的整体组装步骤示意图三；
33.图11为本实用新型土工箱的注浆模拟土压力示意图。
34.图中：1-钢底板，11-底板卡槽，12-地下连续墙模型支座，2-挡土面板，21-第一挡土面板，211-反力架，212-柱脚加劲肋，213-角部橡胶隔水垫，22-第二挡土面板，221-分配梁支座，23-第三挡土面板，24-第四挡土面板，3-地下连续墙模型，31-墙体模型，32-墙周预埋卡槽，33-墙周橡胶隔水垫，4-紧固结构，41-槽钢，42-钢筋，5-液压千斤顶，51-分配梁，6-底板塞条。
具体实施方式：
35.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本实用新型的实施方式并不因此限定于以下实施例：
36.如图1所示，本实用新型提供了一种地下连续墙试验用装配式土工箱，该土工箱包括钢底板1、四周围成一体形成挡土围墙的挡土面板2、地下连续墙模型3及试验的支撑加载装置。
37.本实施例中，如图4，地下连续墙模型3包括墙体模型31、墙周的预埋卡槽32和墙周橡胶隔水垫33。
38.图7所示，所述的地下连续墙模型的具体装配方式如下：在浇筑地下连续墙模型试件时在墙体内预埋钢卡槽32，卡槽上预留螺栓孔，预留孔位的整块橡胶垫层33插入预埋卡槽32后利用螺栓进行连接。
39.如图2所示，钢底板1包括底板卡槽11和地下连续墙模型支座12，其中底板卡槽11用于辅助各个挡土面板的定位，地下连续墙模型支座12由两块预留螺栓孔的钢肋条制成，肋条焊接于底板上并且两个肋条具有一定的间隙，地下连续墙模型的预埋卡槽32置于底板的模型支座12上，墙周预埋卡槽间的墙周橡胶隔水垫33插入底板支座的两钢肋条的缝隙之间，利用螺栓锁紧模型支座。
40.如图3所示，挡土面板2包括横向设置的第一挡土面板21和第四挡土面板24，第一挡土面板21和第四挡土面板24之间具有纵向挡板，本实施例中，任意一侧的纵向挡板包括第二挡土面板22、第三挡土面板23，每一块面板的边缘沿竖向设置螺栓孔，四种类型共六块挡土面板独立加工而成在试验室内通过螺栓进行装配。
41.挡土围墙围合形成矩形状，所述的地下连续墙模型支座12平行于第一挡土面板21横向设置，各个挡土面板安装于底板卡槽11范围内。
42.相邻挡土面板间设置橡胶隔水垫层并通过螺栓进行连接，其中第一挡土面板21与第二挡土面板22、第三挡土面板23与第四挡土面板24间的橡胶隔水垫层为角部橡胶隔水垫层213。
43.第一挡土面板21与第四挡土面板24的螺栓孔位于两侧部且沿高度方向设置有多个；第二挡土面板22与第三挡土面板23侧部延伸有向内弯折的拐边，螺栓孔沿拐边高度方向设置；地下连续墙模型侧部的墙周橡胶隔水垫33夹于第二挡土面板22与第三挡土面板23
拐边之间，并通过贯穿拐边及墙周橡胶隔水垫的螺栓固定连接。
44.为了实现加载装置的固定，第一挡土面板21内侧还固定有反力架211，反力架211的下方固定有沿反力架周向固定的柱脚加劲肋212，目的是保证该面板具有足够的刚度以便后期安装加载装置。
45.为了保证受力均匀，所述的加载装置可以设计有多个，可以如说明书附图所示设计有多层加载装置，各层可以根据千斤顶的受力面积设计数量以适应第一挡土面板21宽度。
46.本实施例中，所述加载装置包括液压千斤顶5和分配梁51，液压千斤顶固定于横向面板的反力架上，所述分配梁51两端搁置在分配梁支座上。所述加载装置沿高度方向具有多层，液压千斤顶的伸缩端抵顶分配梁51，通过分配梁51将千斤顶的支撑力传导至地下连续墙模型3上。
47.液压千斤顶51在灌注泥浆的阶段可以代替非填土区的临时支撑，在试验阶段可以模拟地下结构刚性层，既节省了人力物力又较好的模拟了地下结构的实际情况。
48.如图3所示，在本实用新型的一个实施例中，第二挡土面板22上焊接有便于放置分配梁的支座221。
49.如图5所示，在本实用新型的一个实施例中，挡土面板外部设置的紧固结构4由槽钢41制成并通过钢筋42装配连接，每一层紧固结构包括两根槽钢41，钢筋42穿过槽钢翼缘拉紧后用螺栓连接形成套箍的形式使一对槽钢夹紧挡土围墙对应的两侧面。
50.如图6所示，在本实用新型的一个实施例中，为了能够提高密封性，所述挡土面板与底板卡槽之间嵌入有底板塞条6，所述底板塞条由橡胶制成，所有挡土面板就位并且紧固结构组装完成后，在挡土面板2的底部边缘和底板卡槽11之间的缝隙中塞入塞条6完成密封。
51.如图8-11所示，所述的地下连续墙试验用装配式土工箱具体装配顺序如下：
52.步骤1：首先将钢底板1置于试验场地上，然后将刚性的第一挡土面板21置于钢底板1上；
53.步骤2：先将角部橡胶隔水垫层213紧贴第一挡土面板21的侧边螺孔区域放置，然后将第二挡土面板22定位于第一挡土面板21和底板地下连续墙模型支座12之间的区域，再利用螺栓穿过第二挡土面板22拐边、角部橡胶隔水垫层213和第一挡土面板21边缘进行固定；
54.步骤3：定位地下连续墙模型时需将墙体模型31边缘的橡胶隔水垫层33紧贴第二挡土面板22，墙周隔水垫层33的下边缘插入底板模型支座12上两条钢肋条的缝隙之间，地下连续墙模型的预埋卡槽32置于底板模型支座12上，利用螺栓锁紧底板上的模型支座12，通过这种方式实现墙底铰接约束以模拟实际工程中墙身的反弯点；
55.步骤4：以地下连续墙3墙身平面为对称平面，将第三挡土面板23布置在对应第二挡土面板22的位置，利用螺栓穿过第三挡土面板23拐边、墙周橡胶隔水垫33和第二挡土面板22拐边进行固定；
56.步骤5：定位第四挡土面板24，将角部橡胶隔水垫层213布置在第三挡土面板23和第四挡土面板24边缘的缝隙之间，利用螺栓穿过第三挡土面板23拐边、角部橡胶隔水垫层213和第四挡土面板24边缘进行固定，至此挡土围墙组装完毕；
57.步骤6：在挡土围墙外部套箍紧固结构，紧固结构沿高度方向设置多层，紧固结构利用两根钢筋42拉紧两根槽钢41并用螺母固定连接以完成一层紧固结构，以相同的做法完成土工箱高度方向上各层紧固结构的安装，然后将四根塞条6塞入挡土面板底边和底板卡槽11之间的缝隙中，在第一挡土面板的反力架211上安装两个液压千斤顶5，以第二挡土面板上焊接的分配梁支座221为支撑安装两根分配梁51，地下连续墙试验用装配式土工箱装配完毕。
58.如图7所示，本实施例的地下连续墙试验用装配式土工箱应用于研究土压力对地下结构影响的大型岩土模型试验的流程，包括以下步骤：根据试验需求，确定模型箱尺寸；组装图1所示的地下连续墙试验用装配式土工箱，形成图9所示的a和b两个箱室空间；液压千斤顶通过分配梁支撑地下连续墙模型，在模型箱的a、b箱室内同时注入泥浆至合适的平齐高度，再继续向b箱室内注入泥浆直到达到试验要求的高度；在改变泥浆高度时，采集地下连续墙试验模型的应力、变形数据和液压千斤顶的读数。
59.除了采用泥浆还可以替换为重液，地下连续墙模型一侧的泥浆(或重液)可根据模拟需要调整其容重和液面高度。
60.以上所述，仅为本实用新型专利较佳的实施例，但本实用新型专利的保护范围并不局限于此。任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型专利所公开的范围内，根据本实用新型专利的技术方案，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，都属于本实用新型专利的保护范围。