本实用新型涉及岩土工程中的一种试验装置，具体地，为一种模拟基坑中若干根支护桩破坏造成基坑连续垮塌的装置，通过此装置可以得出基坑连续破坏的传递机理。
背景技术：
近些年国内外发生了大量重大的基坑垮塌事故，例如新加坡、杭州、科隆等地，造成了非常严重的损失。根据这些事故发现，基坑的失稳破坏是一个非常复杂的过程，尤其在基坑深、大、平面形状不规则或支护结构复杂的情况下，其破坏则可能是由某一种局部破坏引起，进而发展演变为多种破坏的模式，也可能是由局部支护结构破坏或局部土体失稳引起，进而引起周边支护结构直至大范围倒塌的模式，即深基坑的垮塌过程是一个连续破坏过程。
根据新加坡Nicoll Highway地铁基坑事故破坏过程的记录可以发现，长近百米的基坑垮塌是从局部最薄弱的位置(即66kV电缆通过处地连墙存在缺口的位置)开始的。事发当天，地连墙缺口处第九道撑(S335)的围檩和支撑首先脱开，并导致此处地连墙发生垮塌，破坏停止2分钟后，坍塌开始沿基坑长度方向发展，直至垮塌至100m之外。大量基坑事故发生后，许多事故的调查和总结仍然会忽略事故的连续破坏机理。
在结构工程领域，针对多高层建筑、大跨结构以及桥梁等建构筑物在爆炸、地震、火灾、撞击等突发情况下的连续倒塌研究已经较为成熟，研究手段也很丰富，包括理论推导、模型试验及数值模拟等，同时很多国家和地区均对上部结构的抗连续倒塌设计制定了相关的规范和指导性文件。与结构工程中连续破坏问题的研究已经取得显著进展相比，目前岩土工程领域连续破坏的研究还很少，并且还未引起应有的重视。
目前的基坑稳定破坏模式(整体稳定破坏、倾覆破坏、坑底隆起破坏和踢脚破坏等)显然已经无法反映深基坑连续破坏的特点与机理，同时也无法为其控制方法的研究提供足够的支撑，因此，对深基坑连续破坏这种重大地下工程灾害的产生与演变机理进行深入研究极为有必要，只有揭示了局部破坏引发的破坏沿基坑深度、宽度、长度方向的传递发展机理和自然终止机理，并建立评价基坑连续倒塌可能性的量化评价指标和评价方法，才能提出防止基坑支护结构抗连续倒塌的理论和设计方法。
由于深基坑的连续破坏是一个大变形、非线性、多场耦合的问题，现有的极限平衡法、极限分析法、常规弹塑性有限元法及强度折减法等方法大都只能涉及到基坑即将破坏的临界状态，至于破坏开始后的发展与演变，这些传统方法就很难模拟和描述了。因此，为了研究深基坑的连续破坏，合理的大变形计算方法与模型试验等连续破坏研究手段也急需探索。
目前已通过大型物理模型试验、数值模拟的研究，以及通过设置可断的支护桩模拟了基坑局部垮塌的过程，发现基坑局部垮塌会引起相邻支护桩弯矩一定倍数的增长，但前期试验所用的矩形PVC桩强度太大，无法模拟基坑连续倒塌的过程，需进一步探索试验方法，以模拟基坑连续倒塌的过程。
技术实现要素：
本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，解决模型试验中模拟由基坑局部支护桩破坏而引发基坑支护桩沿长度方向连续破坏的问题，提供一种模拟不同抗弯强度的预设断面支护桩试验装置，本实用新型能够在基坑开挖阶段作为普通支护桩正常工作，在预设的可断支护桩断裂后能模拟基坑连续破坏的过程。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
一种模拟不同抗弯强度的预设断面支护桩试验装置，用于模拟基坑支护桩连续破坏的过程，包括预制断桩、垫片、螺母、带眼尼龙螺栓、铰链紧固件、铰链和钢丝绳，所述预制断桩中部通过预设桩断面分为上半截桩和下半截桩，位于基坑内侧的上半截桩和下半截桩之间通过所述铰链紧固件和铰链相连接，位于基坑外侧的上半截桩和下半截桩上分别安装所述带眼尼龙螺栓，所述钢丝绳穿过所述带眼尼龙螺栓的螺栓眼并通过所述垫片和螺母固定。
进一步的，通过预制断桩在基坑内侧和基坑外侧的受力不同分别分为受压侧和受拉侧。
进一步的，通过调整所述试验装置数量可模拟不同数目支护桩的同时破坏试验。
进一步的，所述预制断桩是由铝质、铁质、不锈钢或PVC其中的任何一种材料构成的矩形结构。
与现有技术相比，本实用新型的技术方案所带来的有益效果是：
1.通过预设截断面，并将两截断桩的受压侧利用铰链连接，而受拉侧利用细钢丝绳连接，模拟了排桩支护结构在初始局部支护桩破坏引发临近支护桩的破坏，实现了连续破坏的模拟。
2.通过调节钢丝绳的抗拉强度模拟支护桩的极限抗拉强度，可结合实际工况并根据实验需求调节支护桩的强度，并实现支护桩在水平土拱效应下由局部破坏引发的连续破坏。
3.将预制断桩受压侧用铰链连接，铰链既可承担此预设断面处的剪力，防止受剪破坏，又可以在此断面达到极限弯矩、产生破坏时自由转动，模拟桩折断；
4.实现了支护桩在弯矩控制下由于加荷作用和卸荷作用发生破坏的模拟。
5.本实用新型装置整体结构简单，实用可靠，便于操作且易于实现，对于模拟基坑开挖及支护桩局部破坏引发连续破坏的模型试验研究具有重要的意义。
附图说明
图1为本实用新型示意图及其局部放大剖视结构示意图；
图2-1和图2-2分别为本实用新型装置受拉侧、受压侧的正视结构示意图；
图3为本实用新型在试验时的基坑示意图。
图中各装置为:1、垫片，2、螺母，3、带眼尼龙螺栓，4、铰链紧固件，5、铰链，6、钢丝绳、7、上半截桩，8、下半截桩
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。
如图1至图3所示，一种模拟不同抗弯强度的预设断面支护桩试验装置，用于模拟基坑支护桩连续破坏的过程，包括预制断桩、垫片1、螺母2、带眼尼龙螺栓3、铰链紧固件4、铰链5和钢丝绳6，预制断桩中部通过预设桩断面分为上半截桩7和下半截桩8，位于基坑内侧的上半截桩7和下半截桩8之间通过铰链紧固件4和铰链5相连接，位于基坑外侧的上半截桩7和下半截桩8上分别安装带眼尼龙螺栓3，钢丝绳6穿过带眼尼龙螺栓3的螺栓眼并通过垫片1和螺母2固定。
本实用新型装置在试验过程中的使用方法如下：
1.将上、下半截桩对接在一起，用铰链与铰链紧固件连接住上、下半截桩的受压侧，用一定强度的钢丝绳穿过带眼尼龙螺栓的螺丝眼，拧紧螺母，形成一根完整的本实用新型具体实施装置。
2.再将一定数目的本实用新型放置在预定位置处，制备模型试验土体。
3.调试、架设试验监测设备后，进行试验正常开挖，此时本实用新型装置与其余支护桩一起构成悬臂型排桩支护，正常开挖到预定深度后停止开挖，并对各项检测指标进行检测。
4.控制预设的初始破坏桩发生破坏，模拟基坑局部支护桩倒塌，引发若干根本实用新型装置断裂，直至连续倒塌停止。
具体实施过程中，本实用新型按一定的刚度相似比选用矩形PVC桩，预设支护桩断面，并按桩身受力定义预制断桩位于基坑内侧、外侧分别为受压侧、受拉侧，在基坑试验的正常开挖阶段，受拉侧由钢丝绳传递上下断桩间的轴力，受压侧由铰链传递上下断桩间的轴力与剪力，将一定数目的本实用新型放置在邻近预设局部破坏位置处，即与其余完好的支护桩一同构成了悬臂型排桩支护结构；正常开挖阶段结束后，通过控制可断的支护桩断裂对基坑局部支护桩破坏进行模拟，由此引发破坏邻近位置本实用新型桩身受力的增长，受拉侧钢丝绳拉断，本实用新型上半截桩向基坑内倒塌，由局部支护桩破坏引发了基坑支护桩的连续倒塌，直至倒塌最终停止。
以上为该试验装置模拟基坑局部破坏的使用方法，通过在本实用新型上粘贴应变片可以用于测量桩身弯矩；通过本实用新型与试验中监测桩、土压力盒、预设可断的支护桩共同使用，可以成功模拟基坑连续破坏的传递和终止，得出基坑连续破坏时荷载传递的机理。
本实用新型与现有试验装置相比，其不同点在于：
通过预设桩断面，并将两段桩即上、下半截桩的受拉侧利用细钢丝绳连接，可结合实际工况并根据实验需求调节支护桩的强度，钢丝绳在桩断面两侧利用螺母牢固地固定在桩表面，可避免在受拉时滑移。而预制断桩的受压侧用铰链连接，铰链既可承担此预设桩断面处的剪力，防止受剪破坏，又可以在此断面达到极限弯矩、产生破坏时自由转动，模拟桩折断，这是已有模型支护桩所不能实现的。现有基坑试验常用的支护桩常用铝制或硬质PVC矩形管模拟，但完整的PVC模型桩强度较高，无法在排桩支护基坑连续破坏模型试验中所受到的荷载范围内发生破坏。而本实用新型可以实现初始局部支护桩破坏引发邻近支护桩的破坏，即实现连续破坏模拟，并可以实现支护桩在水平土拱效应下由局部破坏引发的连续破坏。
本实用新型装置设计巧妙，简单但却功能强大，便于操作，试验过程的可重复性好，能够满足各种砂土类基坑模型试验的需要。
尽管上面对本实用新型的试验过程进行了描述，但是本实用新型使用功能并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以将其用于其它支护结构基坑连续破坏的模型试验，这些均属于本实用新型的保护范围。