置有可上下运动的预制板6，预制板6下方的两侧均固定有滑轮7，隔板4上设置有对滑轮7进行导向的轮轨8。预制板6的下方设置有水囊9，水囊9的供水口与水箱系统10的相应管路相通，通过水囊9的膨胀、收缩可驱使预制板上、下升降。在模拟实验过程中，通过水箱系统10控制不同方格5中水囊9的膨胀和收缩动作以及缩胀量，进而驱使基底框架3上不同位置处的预制板6上下升降，以实现不同位置地基层15的不均匀沉降。
[0018]所示的基底框架3的上方还设置有土工布14，通过土工布14对地基层15中泥土的阻挡，可有效避免泥土通过预制板6与隔板4之间的缝隙落入方格5中，以免影响预制板6的自由升降。
[0019]为了便于模拟实验过程中对地基层15变化状态的观察，所示模型箱I的一个侧壁可以做成透明玻璃门11的形式，模型箱I上设置有对透明玻璃门11进行固定的固定框架12，固定框架12上开设有于透明玻璃门11相配合的导向槽。所示的透明玻璃门11上设置有刻度线13，以便在试验过程中观察地基层15的沉降量。
[0020]如图3所示，给出了本发明的模拟地基不均匀沉降的试验模型应用原理图，所示的地基层15设置于基底框架3的上方，工程结构层16设置于地基层15的上方，地基层15和工程结构层16中均设置有传感器，传感器的类型根据需要进行设置，如压力传感器、位移传感器和/或应变传感器。实验过程中，通过对传感器输出数据的分析，即可获取地基不同位置、不均匀沉降对地基层15和工程结构层16造成的影响。
[0021]本发明的基于水囊法的模拟地基不均匀沉降的试验模型的实验方法，通过以下步骤来实现:
a).构建模型箱，根据试验要求和目的，构建长、宽、高尺寸符合要求的模型箱；
b).布置基底框架，根据要模拟的实际工程情况，首先在模型箱空腔的底部安装尺寸、方格数目符合要求的基底框架；
c).设置水囊和预制板，首先根据所要构建的地基层和工程结构层的重量，计算出每个预制板的受力范围，在基底框架的每个方格内安装水囊，并使水囊与水箱系统的相应端口相连接，然后在水囊的上方安置预制板，并保证预制板上的滑轮落入隔板上的轮轨中；
d).填筑地基层，根据要模拟的实际工程地质条件，选取适宜的土质铺设于基底框架的上方，形成地基层;并根据试验要求在地基层中埋设一定数量的压力传感器、位移传感器；
e).构建上部工程结构层，针对模拟对象，在地基层上修筑与待模拟对象一致的工程构筑物，形成工程结构层，并在相应的位置埋设应变、压力、位移传感器；
f).地基沉降模拟，根据设定的沉降位置，通过水箱系统控制相应方格内的水囊进行收缩，以实现模型箱中地基层相应位置的沉降，通过控制水囊的缩胀大小来控制地基层的沉降量；
g).数据采集和分析，在地基沉降模拟过程中，测量并记录所有埋设传感器的数据，通过监测数据传感器的数据变化，分析地基多点不均匀沉降引起的上部结构受力变形的变化规律，模拟测试可至地基层上的工程结构层完全破坏。
【主权项】
1.一种基于水囊法的模拟地基不均匀沉降的试验模型，包括上端开口的模型箱(I)，模型箱的内部为设置地基层(15)的空腔(2)，地基层的上方用于设置待试验的工程结构层(16);其特征在于:所述模型箱空腔的底部设置有基底框架(3)，基底框架由相互交错的隔板(4)组成，相邻隔板之间形成内部为空腔的方格(5)，方格中设置有预制板(6);所述预制板的下方设置有水囊(9)，预制板下方的两侧固定有滑轮(7)，隔板上设置有对滑轮导向的轮轨(8)，水囊连接有水箱系统(10);通过水箱系统可控制不同方格内的水囊缩胀，以实现地基层不同位置的沉降。2.根据权利要求1所述的基于水囊法的模拟地基不均匀沉降的试验模型，其特征在于:所述基底框架(3)的上方设置有防止地基层(15)中的泥土下漏至方格(5)中的土工布(14)。3.根据权利要求1或2所述的基于水囊法的模拟地基不均匀沉降的试验模型，其特征在于:所述模型箱(I)的一个侧面为便于观察空腔(2)中状况的透明玻璃门(11)，透明玻璃门的两侧设置有固定于模型箱上的固定框架(12)，固定框架上设置有便于玻璃门插入和取出的导向槽。4.一种根据权利要求1所述的基于水囊法的模拟地基不均匀沉降的试验模型的实验方法，其特征在于，通过以下步骤来实现: a).构建模型箱，根据试验要求和目的，构建长、宽、高尺寸符合要求的模型箱； b).布置基底框架，根据要模拟的实际工程情况，首先在模型箱空腔的底部安装尺寸、方格数目符合要求的基底框架； c).设置水囊和预制板，首先根据所要构建的地基层和工程结构层的重量，计算出每个预制板的受力范围，在基底框架的每个方格内安装水囊，并使水囊与水箱系统的相应端口相连接，然后在水囊的上方安置预制板，并保证预制板上的滑轮落入隔板上的轮轨中； d).填筑地基层，根据要模拟的实际工程地质条件，选取适宜的土质铺设于基底框架的上方，形成地基层;并根据试验要求在地基层中埋设一定数量的压力传感器、位移传感器； e).构建上部工程结构层，针对模拟对象，在地基层上修筑与待模拟对象一致的工程构筑物，形成工程结构层，并在相应的位置埋设应变、压力、位移传感器； f).地基沉降模拟，根据设定的沉降位置，通过水箱系统控制相应方格内的水囊进行收缩，以实现模型箱中地基层相应位置的沉降，通过控制水囊的缩胀大小来控制地基层的沉降量； g).数据采集和分析，在地基沉降模拟过程中，测量并记录所有埋设传感器的数据，通过监测数据传感器的数据变化，分析地基多点不均匀沉降引起的上部结构受力变形的变化规律，模拟测试可至地基层上的工程结构层完全破坏。
【专利摘要】本发明的基于水囊的模拟地基不均匀沉降的试验模型，包括上端开口的模型箱，特征在于：模型箱空腔的底部设置有基底框架，基底框架由隔板组成，隔板之间为方格，方格中设置有预制板；预制板的下方设置有水囊，水囊连接有水箱系统。本发明的实验方法，包括：a).构建模型箱；b).布置基底框架；c).设置水囊和预制板；d).填筑地基层；e).构建上部工程结构层；f).地基沉降模拟；g).数据采集和分析。本发明的实验模型及方法，水囊可驱使相应方格内预制板的升降，实现地基层多点、不均匀沉降的模拟，由于采用水囊，使得实验与地基受地下水上升或下降的情形十分接近，具有模拟效果好、成本低、可重复实验性强的优点。
【IPC分类】E02D33/00
【公开号】CN105604105
【申请号】CN201610116289
【发明人】李晋
【申请人】山东交通学院
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年3月2日