一种地下浮力模型试验装置的制作方法

本发明涉及岩土工程领域，尤其是一种地下浮力模型试验装置。

背景技术：

对于埋深较深、抗浮水位较高的地下结构工程，若结构抗浮不满足要求，不妥善处理问题，可能会引起结构整体或局部上浮，底板开裂等严重问题，导致地下结构的破坏。在目前多种解决地下抗浮问题的方法中，确定结构在土体中所受浮力的变化曲线是重中之重，确定不同结构埋在不同土体中所受到的浮力范围是解决问题的关键所在。也是从根源上解决抗浮问题的一种基本方法。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，解决待测材料的抗浮能力的测量问题，为此，本发明提供一种地下浮力模型试验装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种地下浮力模型试验装置，包括腔体、测量结构、试验结构，所述腔体上方还设置有测量结构固定部件，所述测量结构一端固定在测量结构固定部件的下方，另一端与位于腔体内的试验结构的一端连接；所述腔体的侧壁靠下位置设置有通孔，所述通孔上设置有伸入到腔体内的水管，所述试验结构与腔体之间设置有均匀分布的土层，所述水管位于土层的下方，腔体从土层底部向上的方向上设置有刻度。

优化的，所述土层与腔体内的下底面之间还设置水处理部分，所述水处理部分从土层到腔体内的下底面方向上依次设置有过滤网、设置有板孔的板体、沙层，所述水管设置在沙层内。

优化的，所述水管包括进水管，伸入到腔体内的进水管沿管长方向上设置有多个过孔。

优化的，所述进水管为软管，水平盘绕在沙层内。

优化的，装置包括围成腔体外边缘的外围固定框架，所述外围固定框架内设置有形成腔体的钢化玻璃。

优化的，形成腔体下底面的钢化玻璃与外围固定框架之间还设置起保护钢化玻璃的保护层。

优化的，所述测量结构固定部件与外围固定框架固定连接，所述测量结构固定部件为横杆，所述横杆与腔体的下底面平行且位于下底面的中线的正上方。

优化的，所述外围固定框架包括使腔体的下底面与地面的距离为设定距离的支撑部。

优化的，所述测量结构可拆卸。

优化的，所述测量结构为压力传感器。

本发明的优点在于：

(1)本发明通过安装试验结构，通过水管进水后，通过测量结构和查看水位在土层的高度之间的关系，最终实现土体中水位与浮力之间的关系的测量。

(2)本发明通过设置水处理部分使得土层和水管的隔离，有效防止水土混合物阻塞水管的过孔，并且可以使得水管排除的水均匀流向土层。

(3)本发明中的进水管上设置过孔和进水管水平盘绕在沙层内均起到进水管均匀排水的效果。

(4)本发明中的外围固定框架起到加固作用，钢化玻璃替换现有技术中的有机玻璃，能大大降低成本。

(5)本发明中设置的保护层是增强底部钢化玻璃的强度。

(6)腔体的下底面与地面有高度差，这样方便搬运实验装置，并且利用水头差方便排水。

(7)本发明中外围固定框架可拆卸，这样可以根据测量不同量程范围内的浮力值。

附图说明

图1为本发明一种底下抗浮模型实验装置的主视图。

图2为本发明一种底下抗浮模型实验装置的主视剖面图。

图中标注符号的含义如下：

1-钢化玻璃101-通孔2-外围固定框架3-测量结构固定部件4-保护层

5-进水管6-测量结构7-试验结构8-过滤网9-砂砾层

10-板体111-板孔11-沙层12-土层13-刻度14-卸泥阀

具体实施方式

如图1-2所示，一种地下浮力模型试验装置，包括腔体、测量结构6、试验结构7，本实施例中，测量结构6为压力传感器，腔体上端开口。腔体上方还设置有测量结构固定部件3，测量结构6一端固定在测量结构固定部件3的下方，另一端与位于腔体内的试验结构7的一端连接；腔体的侧壁靠下位置设置有通孔101，通孔101上设置有伸入到腔体内的水管，试验结构7与腔体之间设置有均匀分布的土层12，水管位于土层12的下方，腔体从土层12底部向上的方向上设置有刻度13。

土层12与腔体内的下底面之间还设置水处理部分，水处理部分从土层12到腔体内的下底面方向上依次设置有过滤网8、设置有板孔111的板体10、沙层11，水管设置在沙层11内。其中板体10上的板孔111均匀设置，使得进水管5的水均匀的向土层12流动。该实施例中板体10为木板。优化的，在板体10和过滤网8之间还设置有砂砾层9。砂砾层9不仅可以进化从土层12流向出水管的水，也起到了使进水管5的水均匀进入到土层12的作用。

装置包括围成腔体外边缘的外围固定框架2，外围固定框架2内设置有形成腔体的钢化玻璃1。在该实施例中腔体四周的钢化玻璃1的尺寸为0.8m×1.15m，厚度为1cm，腔体下底面使用的钢化玻璃1幅宽为0.8m×0.8m，厚度为1cm。相邻的两个钢化玻璃1的接缝处采用中性硅酮玻璃胶进行密封处理。钢化玻璃1板足以承载纯水实验中水对侧壁的压力不会碎裂，密封采取的玻璃胶同样足以保证玻璃主结构不会因为水的侧向压力导致出现缝隙从而出现漏水的情况，保证了结构的整体性与密封性。

外围固定框架2由50×50×5mm的l型角钢连接固定形成，在该实施例中两相邻固定的角钢通过高强螺栓连接，在保证了强度和整体性的同时兼顾了结构的可拆卸性。

形成腔体下底面的钢化玻璃1与外围固定框架2之间还设置起保护钢化玻璃1的保护层4。保护层4下方的外围固定框架2处加设了一根角钢，可以拖住保护层4和腔体下底面的钢化玻璃1。在该实施例中保护层4为木板，这样可以在保证结构稳定的情况下减少钢化玻璃1的厚度要求，降低装置的成本，还保证玻璃主结构底板均匀受力，不会因为支撑面积太小与荷载太大导致碎裂。

测量结构固定部件3与外围固定框架2固定连接，测量结构固定部件3为横杆，横杆与腔体的下底面平行且位于下底面的中线的正上方。测量结构固定部件3的横杆也是由组成外围固定框架2相同的角钢。在该实施例中测量结构固定部件3、外围固定框架2之间的所有角钢通过高强螺栓连接构成一体结构。

外围固定框架2包括使腔体的下底面与地面的距离为设定距离的支撑部，使得试验过程中可轻易利用水头差进行排水，额外的，当试验装置在试验过程中遇到紧急情况需要移动时，可以使用叉车轻松挪动。

测量结构6可拆卸。这样可以根据测量不同量程范围内的浮力值。

水管包括进水管5和出水管，进水管5和出水管位于腔体内的末端为封口结构。进水管5为软管，水平盘绕在沙层11内。伸入到腔体内的进水管5沿管长方向上设置有多个过孔。该装置中固定水管的通孔101在两个相抵的两快钢化玻璃1上对称设置，分别作为进水管5和出水管安装孔。

使用上述抗浮模型实验装置的步骤如下：

(1)拆除外围固定框架2上的测量结构固定部件3，进水管5位于腔体外的一端与水龙头连接，设置腔体内的进水管5和出水管；

(2)在腔体内依次设置沙层11、板体10、砂砾层9、过滤网8，填一定高度的土层12，将实验用的试验结构7放置在土体上，然后继续填土，直至填满腔体与试验结构7之间的空间；填土时，保证土层12的密度一致。

(3)土体填筑完成后，将压力传感器的一端安装在横杆上，另一端固定在试验结构7上表面，将横杆固定在外围固定框架2上。

(4)通过进水管5向腔体内灌水，通过读取压力传感器上的数值和钢化玻璃1上的刻度13对应的水位数据，得到不同水位下的浮力数值。

上述实施例中，还可以在腔体开口处设置使试验结构7在竖直方向上运动的限位部件(图中未示出)，限位部件设置在外围固定框架2上，限位部件与试验结构7接触处设置有减少摩擦力的润滑机构。

在该实施例中，钢化玻璃1的侧面从上到下的方向上设置有多个卸泥阀14。由于试验结构7在做完试验后从进了水的土形成的泥中拿出，并且需要将泥排除，此时出水管可以关闭，直接打开进水管5，将钢化玻璃1内的土变成流动的泥状，然后打开不同高度上的卸泥阀14，卸载内部的泥土。

以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。